Verifica delle prestazioni e dei limiti operativi di generatori di vapore a recupero in condizioni di fuori progetto

HRSG (Heat Recovery Steam Generator) it’s an organ of energetic system that can be used to recover heat from gas combusted of a gas turbine and transfer it to vapour at high pressure and temperature. The goal of the work is to develop a DLL in Fortran90 communicating with an Excel sheet and receving in input the architechture of the plant and giving in output the operative parameters. This approach allows to evaluate all the paramaters of interest and to make off-project analysis. The HRSG considered is mono-level without degasator as the union of economizer (water in liquid phase), evaporator (water changing phase) and superheater (water in gasous phase). In order to solve the problem is identified a set of 12 equations in 12 variables. The equations are balances of enthalpy, heat transfer and momentum of motion quantity. Correlations were used to evaluate thermodynamic and transport properties of substances and to calculate heat transfer coefficients and friction losses. Once obtained the program we procedeed with simulation analysis to verify the coerence with Thermoflex ( the commercial program on wich we obtained the initial project) and to analyse the off-project of a combined cycle.

La caldaia a recupero (spesso indicata con gli acronimi GVR- Generatore di Vapore a Recupero – o HRSG – Heat Recovery Steam Generator) è un organo utilizzabile nei sistemi energetici per recuperare calore dai fumi di scarico di una turbina a gas e trasferirlo a del vapore ad alta pressione e temperatura. L’obbiettivo del lavoro è sviluppare una DLL in Fortran90 in grado di comunicare con una tabella Excel e ricevere in input l’architettura dell’impianto e restituire in output i parametri di funzionamento. Questo approccio permette la valutazione di tutti i parametri di interesse, l’effettuazione di analisi di funzionamento fuori progetto e l’ottimizzazione. Viene considerato un HRSG mono-livello senza degasatore schematizzabile come l’insieme di tre banchi di scambio: economizzatore (acqua in fase liquida), evaporatore a corpo cilindrico (acqua in cambiamento di fase) e surriscaldatore (acqua in fase gassosa). Per la risoluzione del problema viene identificato un set di 12 equazioni in 12 incognite. Le equazioni sono i bilanci entalpici, di scambio termico e di quantità di moto sul ato esterno di ogni banco ed i bilanci di quantità di moto sul lato interno di economizzatore e surriscaldatore. Le incognite sono la portata di vapore, le temperature e le pressioni nei punti di entrata ed uscita dai banchi. Viene anche imposto un vincolo sulla pressione di uscita dall’economizzatore che viene regolata da una valvola “anti-steaming” in modo tale da garantire la non vaporizzazione in questo banco di scambio. Sono state necessarie correlazioni per le proprietà termodinamiche e di trasporto delle sostanze e per il calcolo dei coefficienti di scambio termico e delle perdite di carico. Una volta ottenuto il programma si effettuano le analisi di simulazione, inizialmente, per verificare la conformità con Thermoflex (il programma commerciale su cui è stato fatto il progetto inziale) ed ottenere parametri di interesse non presenti in quest’ultimo e successivamente, per effettuare un analisi di funzionamento fuori-progetto di un ciclo combinato.