CENTRALES CICLOS COMBINADOSIng. Serapio Quillos Ruiz E-mail: serapio_alumnos@hotmail.comASIGNATURA: PLANTAS GENERADORAS DE POTENCIATEMA:UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

ESQUEMA DEL CICLO BRAYTON Y TRANSFORMACIONES DEL FLUIDO DE TRABAJO EN CADA FASE DEL CICLO

ESQUEMA DEL CICLO BRAYTON Y TRANSFORMACIONES DEL FLUIDO DE TRABAJO EN CADA FASE DEL CICLOConsiderando que el costo para generar un Kw trmico es casi tres veces superior al necesario para generar un Kw hidrulico.

Una planta de ciclo combinado consiste en la integracin de dos o ms ciclos termodinmicos energticos.

Para lograr una conversin de la energa aportada en trabajo, lo ms completa y eficiente posible.

En la actualidad, el concepto de ciclo combinado se aplica a un sistema compuesto por una turbina de gas, un generador de vapor recuperador de calor y una turbina de vapor.

Es combinar un ciclo Brayton de gases a alta temperatura y un ciclo Rankine de media o baja temperatura, de forma que el calor residual de escape del ciclo Brayton sea el calor aportado al ciclo Rankine.CICLOS COMBINADOS Y COGENERACIN

El problema que se plantea radica en la necesidad de maximizar la eficiencia a un coste econmico.

Cuando el generador de vapor recuperador de calor suministra, al menos, una parte del vapor para un proceso, la aplicacin se denomina cogeneracin.CICLOS COMBINADOS Y COGENERACIN

SISTEMA DE CICLO COMBINADO SIMPLEConsta de:

- Un grupo simple turbina de gas-alternador.- Un generador de vapor recuperador de calor (HRSG).- Un grupo simple turbina de vapor alternador.- Un condensador.- Sistemas auxiliares.

Si las regulaciones medioambientales lo requieren, en el generador de vapor se puede integrar un sistema de reduccin selectiva cataltica (SCR), para controlar las emisiones de Nox.

Resulta particularmente atractivo, porque este catalizador se puede ubicar en un recinto de temperatura ptima dentro del (HRSG).

SISTEMA DE CICLO COMBINADO SIMPLELa temperatura de los gases que salen de la turbina de gas est normalmente entre 950 1050F = (510 566C).

La temperatura ptima de la catlisis (SRC) es de 675840F = (357 449C).

La mejora en la eficiencia del ciclo de vapor se puede obtener suministrando vapor mediante varios circuitos de presin, independientes del (HRSG): De baja presin para desgasificacin. De calentamiento del agua de alimentacin, que sustituye al calentamiento con vapor de extraccin, utilizado en los ciclos convencionales energticos de vapor.

SISTEMA DE CICLO COMBINADO SIMPLE

CICLOS COMBINADOS

SISTEMAS COMERCIALES DE CICLO COMBINADO Las configuraciones actuales son complejas, como consecuencia de los requisitos de aplicacin y del grado de integracin. - Turbina de gas-alternador Los grupos - Turbina de vapor-alternador - Generador de vapor-( HRSG)

Estn disponibles comercialmente en toda una gama de tamaos y disposiciones especficas.Frecuentemente se disponen varias turbinas de gas con sus correspondientes recuperadores de calor de gases de escape, que alimentan a un nico ciclo de turbina de vapor; aguas abajo de la turbina de gas existen un silenciador y una chimenea bipaso de humos, instalados de forma que sta funcione independiente del ciclo de vapor.

CICLOS COMBINADOS Dados los elevados niveles de oxgeno residual presentes en el escape de la turbina de gas, se pueden instalar un sistema de combustin suplementaria (post-combustin) aguas arriba (en el lado de humos) del generador de vapor recuperador de calor (HRSG), lo que permite:

Una gran flexibilidad de operacin. Mejorar el control de la temperatura del vapor. Incrementar la capacidad energtica global de la planta.

HRSGEl generador de vapor recuperador de calor (HRSG) se puede disear con circuitos independientes de caldera (1 a 4), operando a presiones diferentes, (uno de AP, dos de MP y uno de BP), dentro de la misma envolvente.

Para optimizar la recuperacin de calor y maximizar la eficiencia del ciclo.

La eficiencia del ciclo, en determinados casos, se puede incrementar an ms cuando se introduce en el mismo un recalentamiento del vapor; a mayor complejidad del sistema y de sus componentes, mayor es el campo de eficiencias disponibles.

HRSGEficiencias globales de ciclos de generacin de energa elctrica, referidas al poder calorfico superior del combustible, cuando se utiliza una turbina de gas con una temperatura de entrada de 2 200F (1 204C).

SISTEMARENDIMIENTO %CONSUMO ESPECIFICO BTU/KWHTURBINA DE GAS SIMPLE3210 700TURBINA DE GAS + SISTEMA SIMPLE DE VAPOR SIN COMBUSTION428 200TURBINA DE GAS AVANZADO + SISTEMA MULTIPLE DE VAPOR SIN COMBUSTION487 100TURBINA DE GAS + SISTEMA DE VAPOR PRESION DUAL + USO VAPOR PROCESOS (COGENERACION)61-------

EMISIONES MEDIOAMBIENTALESLas emisiones medioambientales de los ciclos combinados suelen ser, en general, bastante bajas .Si se quema gas natural, las emisiones de SO2 y de partculas son despreciables.

Las emisiones finales de NOx procedentes de la turbina de gas son bajas, de 10 70 ppm, y dependen de: El diseo de los combustores (cmara de combustin) de la turbina de gas. El sistema de combustin suplementaria utilizado (si se usa). La incorporacin de un sistema de control de NOx de reduccin cataltica selectiva (SCR).

Tenemos mejoras en eficiencia trmica y en bajas emisiones medioambientales,

BENEFICIOS DE LA PLANTA DE CICLO COMBINADOSon: La construccin, montaje y entrega de la turbina de gas, puede ser de un ao. La turbina de gas se utiliza para una rpida puesta en servicio y para atender horas puntas de demanda. El sistema de la HRSG requiere, para pasar desde el estado fro al 100% de plena carga, unos 60 minutos. La inversin es baja, como consecuencia de la construccin modular, entrega rpida, montaje corto y costes mnimos de los sistemas soporte.

Estos beneficios se sopesan frente al elevado costo de: Los combustibles limpios usados en las turbinas de gas.- Las cuestiones de mantenimiento y disponibilidad- Los requisitos de carga

HRSGSe identifica en algunas ocasiones como caldera recuperadora de calor residual (WHRB) o como caldera de gases de escape de turbina (TEG).

Una caldera de vapor recuperadora de calor (HRSG), adecuada para su utilizacin con una turbina de gas acoplada a un alternador entre 1 y 220 MW, se presenta en las Fig. 3.

Es un diseo modular, de circulacin natural, aplicable a una gran variedad de sistemas de ciclos combinados.

La caldera de AP, con sobrecalentador, puede llegar hasta 1 005F (541C), y se utiliza para la generacinde energa.

HRSGLa caldera de MP se puede utilizar para: Generar vapor. Inyectar agua o vapor en el combustor de la turbina de gas, para limitar la formacin de Nox. Suministrar vapor a procesos

La caldera de BP se usa para Calentamiento del agua de alimentacin. Desgasificacin

PARAMETROS HRSG

Tamao turbina de gas1 MW a 220 MWPresin mxima (AP)

Presin media (MP)

Presin baja (BP)mayor de 400 psig (29 bar)50 a 400 psig.(4,4 a 29 bar)15 a 50 psig. (2 a 4,4 bar)Flujos de gases de escape25.000 a 5.000.000 lb/h(0,32 a 630 kg/s)Temperatura de escape turbina gasmenor de: 1200F (649C)Temperatura vaporHasta 1005F (541C)

Gasto de vapor

15.000 a 700.000 lb/h(1,9 a 88,2 kg/s)Temperatura. combustin suplementariade: 1600FCombustibles suplementariosFuelleo 2, gas natural

HRSG

HRSG

HRSG DE LA CENTRAL TERMICA DE TULA-MEXICO

HRSG DE LA CENTRAL TERMICA DE TULA-MEXICO

T.E. DE LA CENTRAL TERMICA DE TULA-MEXICO

BOMBAS DE LA CENTRAL TERMICA DE TULA-MEXICO

HRSGLas calderas (HRSG) se disean para manipular grandes flujos de gases, con cadas mnimas de presin, lo que permite una mayor generacin de electricidad por la turbina de gas-alternador.

Hay que prestar atencin especial a la configuracin de las conexiones de los conductos de gases y a las vlvulas desviadoras, con el fin de minimizar las cadas de presin originadas por los cambios de direccin en las lneas de flujo o por velocidades excesivamente altas.

Las prdidas de calor a travs de la envolvente de la caldera y de los conductos, se minimizan mediante aislamiento trmico.

En el diseo de circulacin natural, los tubos verticales facilitan la altura necesaria para alcanzar una circulacin estable eliminando las bombas de circulacin, diseo que produce una rpida respuesta en los transitorios, comunes en los ciclos combinados.

PERFIL DE TEMPERATURAS EN HRSG DE UNA PRESION

Muchas gracias