EMISIONES EN TURBINAS DE GAS Jornada Técnica sobre el Desarrollo Normativo para la Cogeneración Madrid 15 Diciembre 2015 Òscar Andreu TURBOMACH
Emisiones en turbinas de gas
Emisiones en turbinas de gas NOx : Óxidos de Nitrógeno CO:
Monóxido de Carbono
CO2 : Dióxido de Carbono
Efectos
NOx Forma niebla fotoquímica Daña el tejido pulmonar y reduce su capacidad Causa bronquitis y asma CO Forma niebla tóxica Tóxico para los seres humanos y animales
Efectos
NOx Contribuye a la lluvia ácida humedad en el aire óxidos de nitrógeno dióxido de azufre trióxido de azufre
Son gases de efecto invernadero (especialmente el CO2) Contribuyen al calentamiento global
NOx y CO NOx:
Óxidos de Nitrógeno NOx Nombre común para NO y NO2 No son un producto de la combustión Se forman por la elevada temperatura y presión en la cámara de combustión
Menor Ratio fuel/aire
CO:
Mayor Ratio fuel/aire
Monóxido de Carbono Se forma en el caso de temperaturas bajas en la cámara de combustión
NOx y CO
Emisiones CO / NOx
CO
Pobre
Rango de Operación deseado
Ratio Fuel/Aire
NOx
Rico
Combustión
Tipos de llamas de combustión en turbinas de gas LLAMA POR DIFUSIÓN – –
LLAMA CON PREMEZCLA
Usada en quemadores convencionales La mezcla aire/combustible se produce en la zona de combustión
– – –
Usada en quemadores de bajas emisiones La mezcla aire/combustible se produce antes de la inyección en la cámara de combustión La combustión se produce a una temperatura menor
Quemador Bunsen
Combustión
Cámara de combustión
Inyector Antorcha de ignición
Entrada de combustible
Entrada de aire para premezcla
Combustión Quemador Bunsen
Llama con premezcla ↓ Temp. de combustión ↓ Creación de NOx
Llama por difusión ↑ Temp. de combustión ↑ Creación de NOx
Entrada de combustible
Entrada de aire para premezcla
Combustión
Sistema de bajas emisiones SoLoNOx – Solar Low NOx
Combinación de ambas llamas en la misma cámara de combustión Llama por difusión + Llama con premezcla
Combustión
Convencional
Bajas emisiones - SoLoNOx
Llama por difusión
Combinación de llama por difusión y llama con premezcla
Inyector Inyector
Cámara de combustión convencional
Cámara de combustión de bajas emisiones
Combustión
Convencional
Bajas emisiones - SoLoNOx
Llama por difusión
Combinación de llama por difusión y llama con premezcla
2300°C
750ºC
1600°C
Misma temperatura a la entrada de la turbina
750ºC
Combustión
Convencional
Bajas emisiones - SoLoNOx
Llama por difusión
Combinación de llama por difusión y llama con premezcla Combustible
Combustible
40% 70% 2300°C
750ºC
PREMEZCLA
30%
Aire
60%
1600°C
Aire
Misma temperatura a la entrada de la turbina Misma cantidad de combustible
750ºC
Combustión Bajas emisiones - SoLoNOx Combustible
Combinación de llama por difusión y llama con premezcla
Llama con premezcla Llama por difusión
40% 60% PREMEZCLA
1600°C
Aire
La llama exterior (Main) es de premezcla, produce un nivel bajo de emisiones de NOx. 97% del combustible. La llama interior (Pilot) es de difusión, produce un nivel alto de emisiones de NOx (relativo) pues consume 3% del combustible. Ayuda a la estabilidad de la llama exterior (actúa como ‘ancla’).
Combustión Bajas emisiones - SoLoNOx Resumen comparativo Vs sistema convencional •
Uso de quemadores con dos tipos de llama: •
Difusión
(altas emisiones)
(3% combustible)
•
Premezcla
(bajas emisiones) (97% combustible)
•
Disminución de la temperatura de combustión para crear menos NOx
•
Redistribución del aire de refrigeración de turbina: •
Se consigue la misma temperatura y caudal de gases de combustión en la entrada a turbina
•
Misma cantidad de combustible
•
Misma potencia mecánica, misma potencia eléctrica
•
Mismo rendimiento
Combustión
Cámaras de combustión Convencional
Bajas emisiones - SoLoNOx Mayor volumen de aire Más grandes
Combustión
Inyectores Convencional
Bajas emisiones - SoLoNOx Mayor volumen de aire Más grandes Disponen de dos entradas de combustible
Sistema convencional / Sistema de bajas emisiones
Turbina de gas TITAN 130 Sistema convencional
Sistema de bajas emisiones
Experiencia
CO2
La combustión completa convierte todo el carbono del combustible en CO2