Departamento de Ingeniería Energética Universidad de Sevilla
Fundamento del ciclo combinado QB
H
ηH WH
Q HC QL
QP
L
ηL WL Q LC
ηC =
WH + WL Q B ·η H + Q L ·η L Q B ·η H + [Q B ·(1 − η H ) − ν P ·Q B ]·η L = = = QB QB QB
= η H + η L ·(1 − η H ) − ν P ·η L = η H + η L − η L ·η H − ν P ·η L
Turbina de Gas
Planta de Ciclo Combinado
Planta de Vapor Con Recalentamiento
Sin Recalentamiento
Ta(K)
950-1000
640-700
550-630
950-1000
Tc(K)
500-550
320-350
320-350
320-350
ηC(%)
42-47
45-54
37-50
63-68
1200 1000 800 600 400 200 0 TG
TV(sin recalentamiento)
Ta (K)
Tc (K)
TV(con recalentamiento)
10xRendimiento
CC
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
combustión suplementaria limitada: se quema combustible en el generador de vapor de recuperación hasta que los gases alcanzan una temperatura de 750 ºC
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
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
GMTS
EL CICLO DE VAPOR EN PLANTAS CICLO COMBINADO
Diferencias planta convencional – planta CC.
W TV ηtv = mv Δhv ηCR =
mv Δhv mgc pg ΔTg0 + mf Hp
ηTV
W TV = mgc pg ΔTg0 + mf Hp
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
Ciclo básico a una presión. TG
TV
DG
CD
HRSG
Ciclo básico a una presión. Efecto de la presión de vapor vivo
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).
Ciclo a dos presiones.
Ciclo a tres presiones.
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
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. - 750 ºC presenta peculiaridades por los perfiles de temperaturas en el economizador de la caldera.
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
6. Tipología de calderas (HRSG, HRB). Según disposición: horizontal / vertical Chimenea (Stack) Chimenea (diverter)
HORIZONTAL
6. Tipología de calderas (HRSG, HRB). Según disposición: horizontal / vertical
VERTICAL
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: -
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.