CICLOS DE VAPOR COMBINADO
1.1. CICLO COMBINADO
Ciclo
combinado es la unión de un ciclo de gas con uno de vapor permite llegar a
rendimientos de producción eléctrica más altos que si tuviéramos cada ciclo
trabajando por separado.
También
es sabido que si tenemos una máquina térmica trabajando entre dos focos
térmicos el rendimiento de la misma es mayor cuanto mayor es la diferencias
entre las temperaturas del foco caliente y el foco frío, siendo este máximo
cuando la maquina térmica es una máquina de Carnot; decir que el ciclo de
Carnot es aquel en el que todos los procesos que experimenta el fluido de
trabajo son reversibles, la adición de calor al mismo se hace a la máxima
temperatura y la cesión de calor se hace a la mínima temperatura, ambas
constantes.
Por lo tanto a modo de introducción vamos tratar de
responder si es razonable ligar un ciclo de gas
con uno de vapor.
Esta ecuación, aplicada a los ciclos típicos de
gas y de vapor por separado nos da lo siguiente
Los rendimientos reales de dichos ciclos serán
del orden del 80 % de los reflejados en la tabla, debido a que son ciclos no
reversibles.
Sin embargo podemos hacer otra apreciación
importante y es que si nos fijamos en los valores de la temperatura de cesión
de calor del ciclo de gas y la temperatura de adición de calor del ciclo de
vapor vemos que sería coherente colocar el ciclo de gas como un ciclo de
cabecera y el de vapor como un ciclo de cola.
Al
igual que antes, a ese rendimiento de Carnot habría que aplicarle un
modificador que tenga en cuenta las irreversibilidades externas e internas, así
como que los intercambios de calor entre el ciclo de alta y de baja no tienen
un eficacia del 100%.
1.1. ESQUEMA GENERAL DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO
La
configuración más simple de ciclo combinado es la de un nivel de presión, de la
que en la actualidad, se instalan pocas configuraciones, sin embargo, su
descripción es muy útil para entender el funcionamiento de estas centrales de
potencia. Consta de una turbina de gas, una caldera de recuperación de calor y
una turbina de vapor.
A
grandes rasgos el funcionamiento de este tipo de plantas se puede describir de
la siguiente manera: en el ciclo de gas se utiliza un compresor para alimentar
con aire a la cámara de combustión, en la que se realiza la combustión con un
dosado muy pobre.
Los
productos de ésta se expanden en la turbina de gas, en la que se genera energía
mecánica para, por una parte, impulsar al compresor y, por otra parte, impulsar
la carga (alternador). Posteriormente los gases calientes se introducen en la
caldera de recuperación de calor. En ella se obtiene el vapor sobrecalentado
que alimentará la turbina de vapor.
Con
la unión de ambas plantas de potencia se obtiene un rendimiento mayor que el
que se obtendría con cada una de ellas por separado. Esto es porque se
aprovecha la energía térmica residual de los productos del escape de la turbina
de gas, consiguiendo además que disminuya la temperatura de los gases que
escapan a la atmósfera. En la siguiente sección se describen con más detalle
los elementos más importantes que componen el ciclo combinado.
A
continuación vemos un esquema básico de una planta de un nivel de presión:
La
CRC (Caldera de Recuperación de Calor) es un elemento de vital importancia y lo
que buscaremos será que la eficiencia en el intercambio de calor entre el ciclo
de gas y de vapor sea lo mayor posible.
Al
producirse en la CRC un intercambio de calor entre fluidos con diferentes
propiedades y a diferentes temperaturas, se ocasiona que aparezcan pérdidas
tanto por irreversibilidades externas como internas.
LAS
razones principales por las que se presentan
estas pérdidas son las siguientes:
·
La
superficie de intercambio de la caldera de recuperación de calor no tiene un
área infinita lo que implica que la temperatura de salida del fluido frío
(vapor) no alcance el valor de la temperatura del fluido caliente (gases de
escape).
·
El
hecho de que el agua evapore a una temperatura fija hace que exista una
diferencia elevada de temperaturas entre los dos fluidos, motivo por el cual la
trasferencia de calor se hace más irreversible. Esto es consecuencia de que
cuando el vapor alcanza su estado de saturación, su temperatura no cambia y la
del gas sí.
·
El
peligro de corrosión en los materiales de la caldera hace que deba limitarse la
temperatura de salida de los gases de la misma. Por lo tanto hay que buscar una
solución que nos permita sobrepasar estos escollos en la transferencia de
calor.
·
Con
respecto al tamaño de la caldera, esta será aproximadamente fija ya que el
espacio está limitado; por tanto tendremos que optimizar la geometría de la
misma y así conseguir un intercambio de calor lo mas efectivo posible.
·
En
cuanto a la temperatura de escape de gases de la caldera, esta debe tener un
valor fijo para evitar las corrosiones y por tanto tampoco se puede tocar.
·
Finalmente
el único parámetro que nos quedaría por tocar sería la diferencia de
temperaturas entre los fluidos:
Dado
que el problema se encuentra en el proceso de cambio de fase, la solución que
se ha buscado para reducir la diferencia de temperaturas que existe entre el
vapor y el gas dentro de la caldera de recuperación de calor ha sido
incrementar el número de niveles de presión e inclusive implementar ciclos de
vapor que alcancen presiones supercríticas. De este modo se consiguen acercar
más las curvas de evolución de las temperaturas entre los fluidos.
Es
esta la línea de investigación que más se ha seguido en el campo de los ciclos
combinados, así como la búsqueda de las geometrías más idóneas de CRC para cada
aplicación.
1.2.1. PLANTAS DE CICLO COMBINADO EN EL PERU
·
PLANTA
TERMOELECTRICA DE CHILCA
tiene
la capacidad de generar hasta 570.10 Mw que equivalen al 10% de la energía que
consume el Perú. La inversión total asciende a US$ 857 millones.
A
partir de las 00:00 horas del 24 de diciembre del 2014, el Comité de Operación
Económica del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (COES) aprobó el inicio
de la operación comercial del ciclo combinado de la Central Termoeléctrica
Fénix que pertenece a la compañía Fénix
Power Perú.
El
proyecto comprende la instalación de una planta a gas natural que opera en
Ciclo Combinado y en la planta se ha instalado dos Turbinas a Gas (GT11 y
GT12), dos Calderas de Recuperación de calor, Una Turbina de Vapor (TV10),
Sistema de Enfriamiento de la Turbina de Vapor, plantas desalinizadora de agua,
Subestación y Línea de Transmisión en 500 kV.
·
PLANTA
TERMOELECTRICA DE VENTANILLA - provincia Callao
La
planta, cuya construcción ha demando dos años, es la primera central de ciclo
combinado de Perú y la primera también que utiliza el gas natural proveniente
de los yacimientos de Camisea.
Es
la central termoeléctrica de mayor capacidad y la más moderna y eficiente del
país. Su construcción demandó una inversión de 135 millones de dólares.
2
turbinas de gas Siemens V84.3 A
2
calderas recuperadoras de calor
1
turbina a vapor
POTENCIA 498 MW
·
PLANTA
TERMOELECTRICA DE MOLLENDO
El
proyecto consiste en construir y operar una central termoeléctrica con una
potencia nominal de 500MW. La central inicialmente operará con diésel, para
después utilizar gas natural proveniente del Gasoducto Sur Peruano. La planta
termoeléctrica Mollendo es parte del proyecto Nodo Energético del Sur, que
tiene por objetivo generar 1000MW de energía termoeléctrica por medio de la
construcción y operación de centrales distribuidas entre los departamentos
peruanos de Apurímac, Cusco, Moquegua, Puno, Arequipa y Tacna. La planta
termoeléctrica es desarrollada por el consorcio Samay I, filial de la firma
local Kallpa Generación, mientras que su construcción se adjudicó en marzo del
2014 a la firma ecuatoriana Santos CMI, la cual está a cargo de la construcción
de los edificios, vías internas, montajes mecánicos, así como de la instalación
de un oleoducto y de cuatro turbinas a gas, entre otras obras
La
CRC (Caldera de Recuperación de Calor) es un elemento de vital importancia y lo
que buscaremos será que la eficiencia en el intercambio de calor entre el ciclo
de gas y de vapor sea lo mayor posible.
Al
producirse en la CRC un intercambio de calor entre fluidos con diferentes
propiedades y a diferentes temperaturas, se ocasiona que aparezcan pérdidas
tanto por irreversibilidades externas como internas.
LAS
razones principales por las que se presentan
estas pérdidas son las siguientes:
·
La
superficie de intercambio de la caldera de recuperación de calor no tiene un
área infinita lo que implica que la temperatura de salida del fluido frío
(vapor) no alcance el valor de la temperatura del fluido caliente (gases de
escape).
·
El
hecho de que el agua evapore a una temperatura fija hace que exista una
diferencia elevada de temperaturas entre los dos fluidos, motivo por el cual la
trasferencia de calor se hace más irreversible. Esto es consecuencia de que
cuando el vapor alcanza su estado de saturación, su temperatura no cambia y la
del gas sí.
·
El
peligro de corrosión en los materiales de la caldera hace que deba limitarse la
temperatura de salida de los gases de la misma. Por lo tanto hay que buscar una
solución que nos permita sobrepasar estos escollos en la transferencia de
calor.
·
Con
respecto al tamaño de la caldera, esta será aproximadamente fija ya que el
espacio está limitado; por tanto tendremos que optimizar la geometría de la
misma y así conseguir un intercambio de calor lo mas efectivo posible.
·
En
cuanto a la temperatura de escape de gases de la caldera, esta debe tener un
valor fijo para evitar las corrosiones y por tanto tampoco se puede tocar.
·
Finalmente
el único parámetro que nos quedaría por tocar sería la diferencia de
temperaturas entre los fluidos:
Dado
que el problema se encuentra en el proceso de cambio de fase, la solución que
se ha buscado para reducir la diferencia de temperaturas que existe entre el
vapor y el gas dentro de la caldera de recuperación de calor ha sido
incrementar el número de niveles de presión e inclusive implementar ciclos de
vapor que alcancen presiones supercríticas. De este modo se consiguen acercar
más las curvas de evolución de las temperaturas entre los fluidos.
Es
esta la línea de investigación que más se ha seguido en el campo de los ciclos
combinados, así como la búsqueda de las geometrías más idóneas de CRC para cada
aplicación.
La
CRC (Caldera de Recuperación de Calor) es un elemento de vital importancia y lo
que buscaremos será que la eficiencia en el intercambio de calor entre el ciclo
de gas y de vapor sea lo mayor posible.
Al
producirse en la CRC un intercambio de calor entre fluidos con diferentes
propiedades y a diferentes temperaturas, se ocasiona que aparezcan pérdidas
tanto por irreversibilidades externas como internas.
LAS
razones principales por las que se presentan
estas pérdidas son las siguientes:
·
La
superficie de intercambio de la caldera de recuperación de calor no tiene un
área infinita lo que implica que la temperatura de salida del fluido frío
(vapor) no alcance el valor de la temperatura del fluido caliente (gases de
escape).
·
El
hecho de que el agua evapore a una temperatura fija hace que exista una
diferencia elevada de temperaturas entre los dos fluidos, motivo por el cual la
trasferencia de calor se hace más irreversible. Esto es consecuencia de que
cuando el vapor alcanza su estado de saturación, su temperatura no cambia y la
del gas sí.
·
El
peligro de corrosión en los materiales de la caldera hace que deba limitarse la
temperatura de salida de los gases de la misma. Por lo tanto hay que buscar una
solución que nos permita sobrepasar estos escollos en la transferencia de
calor.
·
Con
respecto al tamaño de la caldera, esta será aproximadamente fija ya que el
espacio está limitado; por tanto tendremos que optimizar la geometría de la
misma y así conseguir un intercambio de calor lo mas efectivo posible.
·
En
cuanto a la temperatura de escape de gases de la caldera, esta debe tener un
valor fijo para evitar las corrosiones y por tanto tampoco se puede tocar.
·
Finalmente
el único parámetro que nos quedaría por tocar sería la diferencia de
temperaturas entre los fluidos:
Dado
que el problema se encuentra en el proceso de cambio de fase, la solución que
se ha buscado para reducir la diferencia de temperaturas que existe entre el
vapor y el gas dentro de la caldera de recuperación de calor ha sido
incrementar el número de niveles de presión e inclusive implementar ciclos de
vapor que alcancen presiones supercríticas. De este modo se consiguen acercar
más las curvas de evolución de las temperaturas entre los fluidos.
Es
esta la línea de investigación que más se ha seguido en el campo de los ciclos
combinados, así como la búsqueda de las geometrías más idóneas de CRC para cada
aplicación.
1.2.1. PLANTAS DE CICLO COMBINADO EN EL PERU
·
PLANTA
TERMOELECTRICA DE CHILCA
tiene
la capacidad de generar hasta 570.10 Mw que equivalen al 10% de la energía que
consume el Perú. La inversión total asciende a US$ 857 millones.
A
partir de las 00:00 horas del 24 de diciembre del 2014, el Comité de Operación
Económica del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (COES) aprobó el inicio
de la operación comercial del ciclo combinado de la Central Termoeléctrica
Fénix que pertenece a la compañía Fénix
Power Perú.
El
proyecto comprende la instalación de una planta a gas natural que opera en
Ciclo Combinado y en la planta se ha instalado dos Turbinas a Gas (GT11 y
GT12), dos Calderas de Recuperación de calor, Una Turbina de Vapor (TV10),
Sistema de Enfriamiento de la Turbina de Vapor, plantas desalinizadora de agua,
Subestación y Línea de Transmisión en 500 kV.
·
PLANTA
TERMOELECTRICA DE VENTANILLA - provincia Callao
La
planta, cuya construcción ha demando dos años, es la primera central de ciclo
combinado de Perú y la primera también que utiliza el gas natural proveniente
de los yacimientos de Camisea.
Es
la central termoeléctrica de mayor capacidad y la más moderna y eficiente del
país. Su construcción demandó una inversión de 135 millones de dólares.
2
turbinas de gas Siemens V84.3 A
2
calderas recuperadoras de calor
1
turbina a vapor
POTENCIA 498 MW
·
PLANTA
TERMOELECTRICA DE MOLLENDO
El
proyecto consiste en construir y operar una central termoeléctrica con una
potencia nominal de 500MW. La central inicialmente operará con diésel, para
después utilizar gas natural proveniente del Gasoducto Sur Peruano. La planta
termoeléctrica Mollendo es parte del proyecto Nodo Energético del Sur, que
tiene por objetivo generar 1000MW de energía termoeléctrica por medio de la
construcción y operación de centrales distribuidas entre los departamentos
peruanos de Apurímac, Cusco, Moquegua, Puno, Arequipa y Tacna. La planta
termoeléctrica es desarrollada por el consorcio Samay I, filial de la firma
local Kallpa Generación, mientras que su construcción se adjudicó en marzo del
2014 a la firma ecuatoriana Santos CMI, la cual está a cargo de la construcción
de los edificios, vías internas, montajes mecánicos, así como de la instalación
de un oleoducto y de cuatro turbinas a gas, entre otras obras
1.1. ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN PLANTA DE CICLO COMBINADO SIMPLE
A
continuación veremos cuáles son los elementos principales y las funciones que
estos desempeñan en la planta de ciclo combinado, de manera que podremos
entender mejor el funcionamiento de la misma.
1.3.1 CICLO DE GAS
Es
el ciclo de alta temperatura y constituye un elemento de vital importancia en
la planta de ciclo combinado ya que es donde se da el aporte energético y el
que suministra energía a la caldera de recuperación a través de su escape. A
medida que se consigue una temperatura de aporte más alta se consigue hacer el
ciclo más competitivo.
El
ciclo de gas corresponde a un ciclo Brayton que funciona de la siguiente
manera:
·
El
aire es comprimido en el compresor desde las condiciones ambientales hasta una
presión adecuada. La relación de compresión puede variar entre 14 y 30. Este
aumento de presión va acompañado de aumento de temperatura que puede llegar a
ser hasta de 600 K.
·
El
aire comprimido se dirige a la cámara de combustión donde se mezcla con el
combustible y se produce una combustión a presión (idealmente) constante. En
ella los gases de escape pueden alcanzar temperaturas del orden de 1500 K.
·
Los
gases calientes se dirigen a la turbina donde se expanden hasta la presión
atmosférica, con una temperatura a la salida relativamente alta, entre 500 y
900 ºC.
Los
parámetros principales que aquí manejamos son la relación de
compresión/expansión y la relación entre temperaturas extremas.
En
general, un incremento en la temperatura de entrada de la turbina, aumenta el
rendimiento energético del ciclo, aun cuando esto implica un incremento en las
irreversibilidades dentro de la turbina.
Por
otro lado, si se piensa en un ciclo combinado acoplado a la turbina de gas debe
tenerse en cuenta que cuanto mayor sea la temperatura de escape de la turbina
de gas, mayor será el rendimiento del ciclo de vapor. Por lo tanto, debe
pensarse en sacrificar parte del rendimiento del ciclo de gas, para incrementar
el del ciclo combinado.
Las
distintas configuraciones que nos podemos encontrar del ciclo, integrado en un
ciclo combinado, son:
·
Montaje En Eje Simple. Consta solamente de un compresor,
una cámara de combustión y una turbina. Su funcionamiento es el que se ha
descrito anteriormente.
Montaje
En Eje Doble. Consta de dos turbinas, una de ellas arrastra
al compresor, estando unida a éste mediante un eje, formando lo que se conoce
como generador de gas. La segunda turbina es la que está acoplada al generador
por lo que es la que realmente produce potencia. Esta configuración se comporta
mejor a cargas parciales, aunque su tiempo de respuesta a variaciones bruscas
de la carga es sensiblemente más alto.
Turbinas Con Combustión Secuencial. Presentan dos cámaras de combustión: en la primera de
ellas se calienta el gas para alimentar la primera turbina, donde genera
potencia. Posteriormente, el gas expandido entra a la segunda cámara de
combustión, en ella es quemado con combustible adicional para alimentar la
segunda turbina, donde el gas es
·
Turbina Con Alabes Refrigerados. Como se ha mencionado anteriormente,
cuanto mayor sea la temperatura de los gases que entran a la turbina de gas,
mayor será el rendimiento del ciclo. Sin embargo, el valor de esta temperatura
se ve limitado por las características de los materiales utilizados.
Actualmente, se ha recurrido al empleo de alabes refrigerados en los primeros
escalonamientos de la turbina, con ello se pueden alcanzar temperaturas
superiores a 1500 K [6]. En un ciclo combinado este tipo de turbina es muy
útil, debido a dos circunstancias: la primera, que al aumentar la temperatura
de entrada a la turbina, aumenta la temperatura de los gases de escape y, por
lo tanto, el rendimiento del ciclo combinado. La segunda es que los alabes se
pueden refrigerar empleando agua del ciclo de vapor, lo cual permite que el
vapor producido durante la refrigeración pueda ser utilizado en el ciclo de
vapor.
·
Ciclo Regenerativo. En este montaje se aprovecha la
energía de los gases escape para calentar, mediante un intercambiador, los
gases a la salida del compresor y por lo tanto ahorrar combustible. Este
montaje no tiene sentido en centrales de ciclo combinado puesto que la energía
sobrante en el escape de la turbina de gas es aprovechada por la CRC.
·
Compresión Escalonada Refrigerada. Se trata hacer la compresión en dos
o tres etapas diferentes (mas etapas pueden llegar a reducir el rendimiento) y
entre cada etapa refrigerar los gases haciendo de este modo que la compresión
se asemeje a un compresión isoterma y por lo tanto reduciendo el trabajo de
compresión. No es tampoco una configuración que se use en centrales de ciclo
combinado.
Por
último comentar que en las turbinas de gas no solo se utiliza gas natural como
combustible. Existe una técnica llamada gasificación, mediante la cual, a otros
combustibles (carbón y residuos sólidos y líquidos de la refinación) se les
extrae un gas que puede ser usado como combustible en el ciclo de gas,
conformando los llamados ciclos combinados con gasificación integrada (IGCC,
integrated gasification combined cycles).
1.1.2. CALDERA DE RECUPERACIÓN DE CALOR (CRC)
Este
es otro elemento muy importante del ciclo combinado debido a que es la unión
entre el ciclo de gas y el de vapor. Su función es recuperar la energía
calorífica proveniente de los gases de escape de la turbina de gas y con ella
generar vapor en las condiciones deseables para alimentar la turbina de vapor.
La
diferencia principal entre estos elementos y las calderas convencionales es el
mecanismo de transferencia de calor, ya que estas últimas, al tener combustión,
presentan focos con temperaturas muy altas a las cuales el intercambio de calor
por radiación es predominante. En cambio en las CRC el mecanismo de
transferencia de calor, es en general, de carácter convectivo. Por lo tanto, la
cantidad de calor recuperado es controlada por la cantidad de energía
disponible en los gases.
Las
CRC se pueden clasificar en dos categorías: calderas sin combustión adicional,
en las que el mecanismo de transferencia de calor es esencialmente convectivo y
calderas con combustión suplementaria (postcombustión), en las que se aprovecha
el exceso de oxígeno que se encuentra disponible en los gases de escape de la
turbina para utilizarlo en una segunda combustión y generar más vapor o
incrementar la temperatura del mismo a la salida de la caldera. Ésta se divide
en:
·
Combustión suplementaria limitada: se quema el O2 sobrante hasta
alcanzar 750 ºC.
·
Combustión suplementaria máxima: se quema todo el O2 que quede en el
escape o incluso se puede introducir una corriente de aire fresco.
Las
aplicaciones de las CRC con combustión suplementaria han disminuido
considerablemente en los últimos tiempos debido a que el desarrollo de las
turbinas de gas ha dado como resultado diseños que alcanzan una temperatura de
salida de los gases mayor, lo cual hace innecesaria la combustión adicional.
Sea cual
fuere el tipo de la caldera de recuperación de calor, ésta consiste en un
intercambiador de calor de flujos cruzados en el que el agua, como líquido
sub-enfriado, entra por la zona de escape de los humos, es decir, la última
zona de la CRC conocida como economizador.
En esta
sección el agua se lleva hasta una temperatura un poco menor que la temperatura
de saturación correspondiente a la presión de trabajo. El hecho de que en esta
sección no se alcance la temperatura de saturación del vapor es muy importante
debido a que debe evitarse que se presente evaporación en este elemento para
evitar bloqueos, por ello debe existir un margen de seguridad en cuanto a la
temperatura.
Posteriormente,
el agua, prácticamente en su estado de saturación, se envía a un depósito en el
que se produce la separación de las fases conocido con el nombre de calderín.
La fase líquida del agua del calderín se hace circular por otra sección de la
CRC, que va colocada inmediatamente después del economizador y que se conoce
con el nombre de evaporador, en la que se produce la evaporación del agua y el
vapor resultante es llevado nuevamente al calderín.
Finalmente
el vapor que se ha separado en el calderín se hace circular por la primera
sección de la CRC, que está justo a la entrada de los gases provenientes de la
turbina de gas. Esta sección es conocida como sobrecalentado y en ella se lleva
al vapor a las condiciones de entrada de la turbina de vapor. El esquema de la
configuración más simple de CRC con sus elementos más importantes se muestra en
la figura siguiente, seguida del diagrama energía-temperatura correspondiente
al proceso que se acaba de explicarse.
En la gráfica
7 se observa la línea recta continua (en color rojo) que representa el
enfriamiento de los gases de escape de la turbina de gas y, en color azul, la
línea que representa el calentamiento del agua. En el diagrama pueden
distinguirse claramente las tres secciones de la CRC; la primera, de A a B,
corresponde al economizador; la segunda, de C a D, al evaporador; y la tercera,
de D a E, al sobrecalentador. Puede observarse que la región de C a D es
horizontal debido a que en esta zona se produce la evaporación del agua y, por
lo tanto, no hay incremento de temperatura de la misma. Por otra parte, en el
mismo diagrama se observan también tres diferencias de temperaturas
importantes:
·
Pinch Point (PP): Corresponde a la diferencia entre la
temperatura de los gases en la salida del evaporador y la del agua a la entrada
del mismo (diferencia entre el punto C y 3 en el diagrama). Esta diferencia es
un parámetro muy importante en el diseño del CRC, ya que cuanto menor sea el
pinch point, mayor será el rendimiento del ciclo (mejor aprovechamiento de la
energía), pero también mayor será el área de intercambio de calor y, por tanto,
el coste.
·
Approach Point (AP). Corresponde a la diferencia entre la
temperatura del agua que abandona el economizador y la temperatura de
saturación a la presión de trabajo (diferencia entre los puntos B y C del
diagrama). Esta diferencia de temperaturas es un margen de seguridad para
evitar evaporación en el economizador y como recomendación se sugiere que su
valor no sea menor a 3 K, aunque dependerá del nivel de presión que se trate.
·
Diferencia terminal de temperaturas
(ΔT). Corresponde a
la diferencia entre la temperatura del vapor sobrecalentado que abandona la
caldera y la temperatura de entrada de los gases a la caldera. Su valor tiene
una influencia significativa tanto en el rendimiento como en el coste. Por ese
motivo, tanto este parámetro, como el approach point y el pinch point, se
considerarán variables de diseño importantes de la CRC.
1.1.1. CICLO DE VAPOR
·
El
ciclo de cola lo conforma el ciclo de vapor, cuyo esquema más sencillo es el
siguiente:
Los
elementos que presenta esta figura son:
·
Generador de vapor. En el caso que nos ocupa, el de un
ciclo combinado, es una CRC, anteriormente descrita.
·
Condensador. Corresponde a un intercambiador de
calor que puede ser del tipo de tubos envolvente o de contacto directo. En el
cual el vapor cede calor para condensarse y alcanzar el estado de líquido
saturado.
·
Bomba de alimentación. Eleva la presión del agua que sale
del condensador para llevarla a la presión de trabajo del generador de vapor.
·
Desgasificador. Extrae gases tales como oxígeno,
dióxido de carbono y amoniaco que a menudo se encuentran disueltos en el agua
de condensado, para proteger la tubería del sistema de agua de alimentación y
el generador de vapor contra la corrosión. El vapor con el que se alimenta al
desgasificador puede provenir de una extracción de la turbina o de alguna
recirculación de la CRC.
·
Turbina de vapor. Es el elemento motriz que hace girar
el generador eléctrico a una velocidad impuesta por él. En la turbina se recibe
el vapor sobrecalentado proveniente del generador de vapor y se expande a
través de varios escalonamientos hasta llevarlo a la presión de operación del
condensador (50 a 80 mbar). Se trata de un elemento sumamente complejo, sin
embargo, en este apartado sólo se describe de manera general haciendo énfasis
en las características importantes de aquellos que se acoplan a un ciclo
combinado.
Las
turbinas de vapor empleadas para ciclos de potencia son generalmente del tipo
axial y pueden constar de uno o varios cuerpos, dependiendo de su aplicación y
de la potencia requerida. También existen turbinas con varias extracciones de
vapor a distintas presiones, que se usan en los ciclos regenerativos, pero en
ciclos combinados no es muy común encontrarlos porque en un ciclo de este tipo
no interesa incrementar la temperatura del agua de alimentación de la CRC como
en un ciclo de vapor convencional.
Las
turbinas que se utilizan en ciclos combinados deben ser diseños especiales que
estén preparadas para trabajar con presión deslizante, que consiste en regular
la carga siguiendo a la presión de la caldera; la razón es que en ciclos
combinados la turbina de gas puede trabajar a carga parcial, con lo que
disminuye la temperatura de entrada de los gases en la CRC, impidiendo que el
vapor que alimenta a la turbina de vapor alcance su temperatura de diseño y por
tanto una reducción en la presión de la caldera hace que nos adaptemos mejor a
una nueva temperatura de los gases de escape de la turbina.
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