Ciclo Combinado

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA EN ENERGÍA

MONOGRAFIA

“CENTRALES TERMOELECTRICAS DE CICLO COMBINADO”

AUTOR: Ing. Robert Guevara Chinchayan

CURSO: Tecnología Energética

I UNIDAD

NUEVO CHIMBOTE, 2009.

I. INTRODUCCIÓN:

La industria de gas natural en el Perú ha entrado en un proceso desarrollo, al incrementarse el mercado de consumo de en GN en la ciudad de lima, la reconversión de las centrales termoeléctricas deben tenía y Santa Rosa, así como la puesta en operación de la central de ciclo combinado de ventanilla y la pronta o puesta en operación de la planta de de la Central de Quilca en y la Central de Kallpa, ambas de ciclo combinado con gas natural, así como la pronta operación de la planta de licuefacción de planta a Melchorita.

La rotura expansión este recurso energético, el cual en lo referente a la generación de energía alcanza su máximo aprovechamiento en centrales de tipo ciclo combinado, el cual opera en forma conjunta con los ciclos Joule Brayton y ciclos Rankine, llegando a eficiencias de planta de 52 a 54%.

Las centrales de ciclo combinado pueden ser según su configuración del tipo 2*2 *1 ó 3 *3 *1, y en forma independiente de generación de vapor dual (las más comunes) ó de generación trial, en ciertos casos sin combustible adicional o con combustible adicional en el ciclo inferior.

La presente Monografía tiene por r objeto desarrollar el diseño de ciclos combinados simples y de configuración 2*2 *1 de generación de vapor dual, tomando en cuenta las restricciones energéticas en el diseño de los flujos operarlo dentro de este, el cual debe realizarse con la máxima economía posible

Las plantas de ciclo combinado se usan en una amplia gama de aplicaciones de producción de energía y calor en industrias que van desde el suministro de los servicios públicos a la industria de los alimentos, de la pulpa y del papel y para industrias químicas. Siempre que requiera una solución de bajo costo, eficiente y amigable con el medio ambiente para sus necesidades de generación de energía; (y una solución que también pueda ser utilizada en áreas densamente pobladas), la planta de ciclo combinado será la mejor elección.

Esperando que este documento permita ser el modelo de base para el Trabajo Monográfico de la 1 Unidad y además como contribución al desarrollo y calculo de Centrales de Ciclo Combinado en el Perú, por los futuros egresados de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería en Energía.

II. FUNDAMENTO TEORICO

2.1 GENERALIDADES:

Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la co-existencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión.

En una central eléctrica el ciclo de gas genera energía eléctrica mediante una turbina de gas y el ciclo de vapor de agua lo hace mediante una o varias turbinas de vapor. El principio sobre el cual se basa es utilizar los gases de escape a alta temperatura de la turbina de gas para aportar calor a la caldera o generador de vapor de recuperación, la que alimenta a su vez de vapor a la turbina de vapor. La principal ventaja de utilizar el ciclo combinado es su alta eficiencia, ya que se obtienen rendimientos superiores al rendimiento de una central de ciclo único y mucho mayores que los de una de turbina de gas.

Consiguiendo aumentar la temperatura de entrada de los gases en la turbina de gas, se obtienen rendimientos de la turbina de gas cercanos al 60%, exactamente 57,3% en las más modernas turbinas Siemens. Este rendimiento implica una temperatura de unos 1.350ºC a la salida de los gases de la cámara de combustión.

La tecnología actual proporciona los siguientes rendimientos:

• Centrales Termoeléctrica con Turbinas de Gas = 37%

• Centrales Termoeléctricas con Turbinas de vapor =40%.

• Centrales Termoeléctricas con Ciclo Diesel turboalimentado = 50% ( Con precios de combustible elevados y para bajas potencias)

• Centrales Termoeléctricas de Ciclo Combinado = + 58%

Por lo que a igualdad de precios de combustibles y sin tener en cuenta costos de inversión y de operación y mantenimiento, la posición de salida de los Ciclos Combinados es muy ventajosa sobre los demás.

Las Centrales de Ciclo Combinado son preferidas por:

El elevado rendimiento del que acabamos de hablar arriba, el reducido coste de instalación que se sitúa entre 60-80 millones de pta/MW, muy inferior al de las centrales nucleares que puede ser 8-10 veces mayor y al de las instalaciones eólicas que están entre 120-150 millones/MW, el corto período de duración de las obras, aproximadamente tres años y la alta disponibilidad de estas centrales que pueden funcionar sin problemas durante 6.500-7500 horas equivalentes al año.

2.2 DESCRIPCIÓN DE LOS CICLOS COMBINADOS DE TURBINAS A GAS Y VAPOR

Existen una multitud de variantes posibles en cuanto a la configuración de los ciclos combinados, por lo que es muy difícil caracterizarlos todos con un único esquema. No obstante el esquema más básico para este tipo de ciclos ha de constar al menos de una turbina de gas, una caldera de recuperación de calor, y de un ciclo de vapor. El ciclo de vapor puede llegar a ser muy sofisticado, aunque para poder dar una visión general del ciclo combinado se va a representar una versión muy simplificada.

A continuación se presenta el esquema general del ciclo combinado.

Fig. .1 Ciclo combinado de un nivel de Presión.

Como se puede observar, el ciclo combinado de gas y vapor consta de tres parcelas claramente diferenciadas:

• Turbina de gas.

• Caldera de recuperación de calor.

• Ciclo de vapor.

A la turbina de gas llegan aire y combustible que suele ser gas natural, fueloil, o gas procedente de la desgasificación de carbón. El aire es comprimido en el compresor y mezclado y quemado adecuadamente con el combustible en la cámara de combustión. La mezcla tiene un exceso de aire bastante elevado por lo que los dosados son pobres. Los gases producto de la combustión se expanden en la turbina de gas propiamente dicha hasta una presión ligeramente superior a la atmosférica

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