Analisi termodinamica di cicli IGCC ad alta efficienza

The worldwide growth of electric energy demand, the reduction of fossil fuels resources and the increasing attention on the effects of electric power plants emissions, calls for studying advanced solutions to generate electricity from fossil fuels with high conversion efficiency and reduced emissions. This work regards integrated gasification combined cycles, which have the same efficiency of a USC steam cycle, but lower pollutant emissions. The aim of this work is the analysis of the performances of new IGCC plant configurations to get higher thermodynamic efficiency in syngas cooling. In the studied configurations the recovered heat is supplied to the gas cycle instead of to the steam cycle. In the first two chapters the advantages of using IGCC plants and the state of art of this technology are described. In the third chapter is presented the code used for simulations and the simulation assumptions. In the fourth chapter the configuration of the reference plant with traditional syngas cooling is described and the results of simulations are presented. In the next chapters are shown three advanced IGCC plant configurations, and the results of the simulation for each configuration. The first solution is an IGCC plant with an air heater before the gas cycle compressor. The second configuration has, besides the air heater, an intercooled compression, and the third one has a recombustion after the first gas expansion. In the last chapter the results of all simulations are compared. The plant configuration with the air heater shows higher conversion efficiency than the reference plant.

A seguito della continua crescita del fabbisogno di energia elettrica a livello mondiale, della progressiva riduzione delle riserve di combustibili fossili e della crescente preoccupazione per gli effetti dannosi delle emissioni dagli impianti di produzione di energia elettrica è opportuno studiare soluzioni tecnologicamente avanzate per la generazione di energia elettrica da combustibile fossile con elevato rendimento di conversione e con ridotte emissioni di sostanze inquinanti. In particolare questo studio si concentra sugli impianti a ciclo combinato con gassificazione del carbone integrata, i quali hanno rendimento simile a quello che si ottiene con un impianto a vapore USC, ma con emissioni inquinanti ridotte rispetto a questi ultimi. L’obiettivo di questo lavoro è l’analisi delle prestazioni di nuove configurazioni di impianto al fine di migliorare l’efficienza termodinamica del processo di raffreddamento del syngas. Nelle configurazioni studiate il calore recuperato dal syngas è fornito al ciclo a gas invece che al ciclo a vapore. Nei primi due capitoli vengono illustrati i vantaggi derivanti dall’utilizzo degli impianti IGCC e lo stato attuale della tecnologia di tali impianti. Nel terzo capitolo vengono illustrate le caratteristiche del programma utilizzato per le simulazioni e le assunzioni di calcolo adottate. Segue un capitolo in cui è illustrata la configurazione di riferimento con i syngas coolers tradizionali e sono presentati i risultati della relativa simulazione. Infine, nei capitoli successivi sono illustrate in dettaglio tre configurazioni di impianto avanzate, le ipotesi di calcolo e i risultati delle simulazioni effettuate per ciascuna configurazione. La prima soluzione analizzata prevede la sola aggiunta dello scambiatore che preriscalda l’aria compressa a monte del combustore. La seconda prevede, oltre al citato preriscaldatore, una compressione interrefrigerata, mentre l’ultima configurazione è dotata anche di ricombustione. Nel capitolo conclusivo è presente il confronto dei risultati ottenuti. La configurazione con il solo preriscaldamento dell’aria permette di ottenere efficienza di conversione maggiore rispetto all’impianto di riferimento.