GMTS. Ciclos Combinados. Departamento de Ingeniería Energética Universidad de Sevilla

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1 GMTS Ciclos Combinados Departamento de Ingeniería Energética Universidad de Sevilla

2 Fundamento del ciclo combinado Q B H η H W H Q P Q HC L Q L η L W L Q LC η C = W H = η + W Q B L = Q B η H + Q Q B L η L = Q B η H + [ Q (1 η ) ν Q ] H + ηl 1 ηh ) ν P ηl = ηh + ηl ηl ηh ν P ( η B Q B H L P B η L =

3 Turbina de Gas Planta de Vapor Con Recalentamiento Sin Recalentamiento Planta de Ciclo Combinado T a (K) T c (K) η C (%) TG TV(sin recalentamiento) TV(con recalentamiento) CC Ta (K) Tc (K) 10xRendimiento

4 CLASIFICACIÓN DE LOS CICLOS COMBINADOS DE GAS Y VAPOR a) La aportación de calor al ciclo de vapor se realiza por los gases de escape de la turbina de gas en un generador de vapor con o sin combustión suplementaria en el mismo

5 combustión suplementaria limitada: se quema combustible en el generador de vapor de recuperación hasta que los gases alcanzan una temperatura de 750 ºC

6 combustión suplementaria máxima: se quema en una caldera todo el combustible que permite el oxígeno contenido en los gases de escape. En algunos casos, para poder quemar más combustible se introduce una corriente adicional de aire en el hogar de la caldera

7 b) La aportación de calor se realiza conjuntamente a la turbina de gas y a la de vapor en una caldera presurizada por el compresor de la turbina de gas

8 GMTS EL CICLO DE VAPOR EN PLANTAS CICLO COMBINADO

9 Diferencias planta convencional planta CC. η = CR η = tv g W TV m Δh v mvδhv m c Δ T + mh v pg g0 f p η = TV W TV m c Δ T + mh g pg g0 f p

10 Diferencias planta convencional planta CC. Γ α Γ = pinch point α = subenfriamiento Caldera convencional Transmisión de calor controlada por el extremo frío del economizador Mayores irreversibilidades asociadas a la diferencia de temperaturas entre fluidos Caldera de recuperación Transmisión de calor controlada por el extremo frío del evaporador ( pinch point ) Aproximación al comportamiento de cambiador de calor ideal

11 Ciclo básico a una presión. TG TV DG CD HRSG

12 Ciclo básico a una presión. Efecto de la presión de vapor vivo

13 Ciclo a varias presiones. Interés del ciclo a varias presiones - conseguir vapor de alta calidad para producir trabajo presiones altas. - disminuir las pérdidas energéticas en el escape de la caldera vapor a muy baja presión pero con capacidad razonable para producir trabajo. - disminuir irreversibilidades en el intercambio aproximar los perfiles de temperaturas del agua/vapor y del gas (perfil de intercambiador ideal). - la recuperación de calor a varias presiones será tanto más interesante cuanto más baja sea la temperatura de los gases de entrada a la caldera (mayor influencia del pinch point en la recuperación de calor).

14 Ciclo a dos presiones.

15 Ciclo a tres presiones.

16 Combustión suplementaria. - La cámara de combustión de una TG quema el combustible con un gran exceso de aire, por lo que en el escape de la TG existe mucho oxígeno disponible para quemar combustible adicional combustión suplementaria. - Combustión suplementaria limitada: no se agota el oxígeno existente en el escape de la turbina de gas (generalmente T < 750 ºC). - Combustión suplementaria máxima: se consume todo el oxígeno contenido en los gases de escape de la TG e, incluso, se añade más aire mediante una soplante

17 Combustión suplementaria. -la combustión suplementaria en dos/tres presiones no presenta atractivo a partir de 750 ºC ya que los rendimientos de las plantas a una y dos/tres presiones se igualan a esta temperatura y posteriormente caen ºC presenta peculiaridades por los perfiles de temperaturas en el economizador de la caldera.

18 6. Tipología de calderas (HRSG, HRB). 1. Según disposición: horizontal / vertical 2. Según circulación del agua: natural / forzada 3. Según combustión: sin combustión / con combustión suplementaria / con combustión suplementaria máxima 4. Según configuración del ciclo: a una / dos / tres / cuatro presiones

19 6. Tipología de calderas (HRSG, HRB). Según disposición: horizontal / vertical Chimenea (Stack) Chimenea (diverter) HORIZONTAL

20 6. Tipología de calderas (HRSG, HRB). Según disposición: horizontal / vertical VERTICAL

21 7. Estado del arte. Configuración de la turbina de gas: - Turbina de eje único. - Alabes guía (IGV) y estátor de geometría variable en los 5/6 primeros escalonamientos. - Frecuentemente compresión escalonada con refrigeración intermedia mediante vapor de agua de baja presión llevado a turbina de vapor. - En algunos casos combustión secuencial ( ABB/ALSTOM GT24/26). - Turbina con TBC y FC todos los escalonamientos. Prestaciones de la turbina de gas: - Gasto de aire: 450 kg/s (hasta 730 kg/s MITSUBISHI 701 G). - Relación de compresión: 16-17:1. - TIT: ºC (1.400 ºC). - TET: 570 ºC (640 ºC ALSTOM GT 26). - Potencia: 175 MW (334 MW MITSUBISHI 701 G). - Rendimiento: 36,5 % (39,5 %). - Precio: 25 MUSD (50 MUSD).

22 7. Estado del arte. Configuración del ciclo de vapor: - Media potencia: HP + RED + IP/LP. - Alta potencia: HP + IP/LP. - Ciclo a tres presiones con recalentamiento acoplado a IP. - Vapor de baja presión sobrecalentado. - Desgasificador integrado con calderín LP. - Regulación por presión deslizante. Parámetros del ciclo de vapor: - Presiones: 140 / 35 / 4,5 (165 / 37 / 4,5). - Temperaturas: 550 ºC / 550 ºC (565 ºC / 585 ºC). - Presión de condensación: mbar. - Potencia: - - Rendimiento: 36 %.

23 GMTS Diseño de ciclos combinados Departamento de Ingeniería Energética Universidad de Sevilla

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