11-07-2024 - Energy systems - The recovery boiler [EN]-[IT]

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ENGLISH
11-07-2024 - Energy systems - The recovery boiler [EN]-[IT]

The recovery boiler

The recovery boiler
The recovery boiler, or Heat Recovery Steam Generator, HRSG, is responsible for the heat transfer between the gases coming out of the gas turbine and the fluid (water-steam)
which runs through the Hirn cycle.
This boiler has the function of recovering residual heat and generating steam to power a steam turbine, which in turn generates further electrical energy.
The main components are listed below:
-Economizer: Heats the supplied water using the residual heat of the exhaust gases
-Evaporator: Transforms heated water into steam using the residual heat of exhaust gases
-Superheater: Further increases the temperature of the steam produced, improving its energy and efficiency in the steam turbine.
-Intermediate Steam Heaters (optional): Used in cycles with multiple pressure stages to further heat the steam before introducing it into subsequent expansion phases in the turbine.
In a recovery steam generator (HRSG), the two significant temperature differences are:
-Pinch Point: The minimum temperature difference between the hot exhaust gases and the working fluid (water/steam) at the point of maximum heat transfer.
-Approach Point: The temperature difference between the feed water and the evaporation temperature.

Advantages of an HRSG boiler
Increased overall efficiency
Reduction of emissions
Greater energy production

NOTE 1:
In a recovery steam generator it is possible to superheat the steam to benefit the efficiency of the cycle
NOTE 2:
In a recovery steam generator the heat exchange between gas and steam is characterized by two significant temperature differences.
NOTE 3:
In a recovery boiler the pinch-point delta T is the difference between the evaporation temperature and that of the water at the economizer outlet.
NOTE 4:
By observing the T-Q heat exchange diagram of a recovery boiler it is possible to superheat the steam to the benefit of the cycle efficiency

NOTE 5:
The recovery steam generator is responsible for the heat transfer between the gases coming out of the gas turbine and the fluid that passes through the Hirn cycle
NOTE 6:
The subcooling delta T is necessary to avoid the risk of evaporation starting in the economizer

System
The three heat exchange sections of a HRSG recovery steam generator are represented below.

Thermal power exchanged
Below is the diagram of the thermal power exchanged

Mass flow rate
Below is the formula to obtain the mass flow rate of steam processed in the boiler

Fume temperature
The temperature of the fumes discharged to the chimney of the recovery boiler is determined in the following way

Recovery efficiency
Below is the expression of the heat recovery efficiency of the recovery boiler.

Conclusions
The recovery boiler, also known as Heat Recovery Steam Generator (HRSG), is a fundamental component in combined cycle plants

Request
Have you ever studied or heard of the HRSG recovery boiler?

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ITALIAN
11-07-2024 - Sistemi energetici - La caldaia a recupero [EN]-[IT]

La caldaia a recupero

La caldaia a recupero
La caldaia a recupero, o Heat Recovery Steam Generator, HRSG, è sede del trasferimento di calore tra i gas uscenti dalla turbina a gas e il fluido (acqua-vapore)
che percorre il ciclo Hirn.
Questa caldaia ha la funzione di recuperare il calore residuo e generare vapore per alimentare una turbina a vapore, la quale a sua volta genera ulteriore energia elettrica.
Qui di seguito sono elencati i componenti principali:
-Economizzatore: Riscalda l'acqua alimentata utilizzando il calore residuo dei gas di scarico
-Evaporatore: Trasforma l'acqua riscaldata in vapore utilizzando il calore residuo dei gas di scarico
-Surriscaldatore: Aumenta ulteriormente la temperatura del vapore prodotto, migliorandone l'energia e l'efficienza nella turbina a vapore.
-Riscaldatori di Vapore Intermedi (opzionali): Utilizzati in cicli con più stadi di pressione per riscaldare ulteriormente il vapore prima di introdurlo in successive fasi di espansione nella turbina.
In un generatore di vapore a recupero (HRSG), le due differenze di temperatura significative sono:
-Pinch Point: La minima differenza di temperatura tra i gas di scarico caldi e il fluido di lavoro (acqua/vapore) nel punto di massimo trasferimento di calore.
-Approach Point: La differenza di temperatura tra l'acqua di alimentazione e la temperatura di evaporazione.

Vantaggi di una caldaia HRSG
Aumento dell'efficienza complessiva
Riduzione delle emissioni
Maggiore produzione di energia

NOTA 1:
In un generatore di vapore a recupero è possibile surriscaldare il vapore a beneficio del rendimento del ciclo
NOTA 2:
In un generatore di vapore a recupero lo scambio termico tra gas e vapore è caratterizzato da due differenze di temperature significative.
NOTA 3:
In una caldaia a recupero il delta T di pinch-point è la differenza tra la temperatura di evaporazione e quella dell'acqua all'uscita dell'economizzatore.
NOTA 4:
Osservando il diagramma T-Q di scambio termico di una caldaia a recupero è possibile surriscaldare il vapore a beneficio del rendimento del ciclo

NOTA 5:
Il generatore di vapore a recupero è sede del trasferimento di calore tra i gas uscenti dalla turbina a gas e il fluido che percorre il ciclo Hirn
NOTA 6:
Il delta T di sottoraffreddamento è necessario per evitare il rischio di inizio di evaporazione nell'economizzatore

Impianto
Qui di seguito sono rappresentate le tre sezioni di scambio termico di un generatore di vapore a recupero HRSG.

Potenza termica scambiata
Qui di seguito il diagramma della potenza termica scambiata

Portata massica
Qui di seguito la formula per ricavare la portata massica di vapore elaborata nella caldaia

Temperatura dei fumi
La temperatura dei fumi scaricati al camino della caldaia a recupero si determina nella seguente maniera

Efficienza di recupero
Qui di seguito è rappresentata l’espressione dell’efficienza di recupero termico della caldaia a recupero.

Conclusioni
La caldaia a recupero, nota anche come Heat Recovery Steam Generator (HRSG), è un componente fondamentale negli impianti a ciclo combinato

Domanda
Avete mai studiato o sentito parlare della caldaia a recupero HRSG?

THE END