Este documento describe dos ciclos avanzados de generación de energía: el ciclo STIG (steam injected gas turbine) y el ciclo AFBC (atmospheric fluidized bed combustion). El ciclo STIG inyecta vapor en la turbina de gas para mejorar la eficiencia. El ciclo AFBC usa un lecho fluidizado para quemar combustible a baja temperatura y reducir emisiones. Ambos ciclos ofrecen mayores eficiencias y menores emisiones que las plantas convencionales de gas o carbón.
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Este documento describe dos ciclos avanzados de generación de energía: el ciclo STIG (steam injected gas turbine) y el ciclo AFBC (atmospheric fluidized bed combustion). El ciclo STIG inyecta vapor en la turbina de gas para mejorar la eficiencia. El ciclo AFBC usa un lecho fluidizado para quemar combustible a baja temperatura y reducir emisiones. Ambos ciclos ofrecen mayores eficiencias y menores emisiones que las plantas convencionales de gas o carbón.
Este documento describe dos ciclos avanzados de generación de energía: el ciclo STIG (steam injected gas turbine) y el ciclo AFBC (atmospheric fluidized bed combustion). El ciclo STIG inyecta vapor en la turbina de gas para mejorar la eficiencia. El ciclo AFBC usa un lecho fluidizado para quemar combustible a baja temperatura y reducir emisiones. Ambos ciclos ofrecen mayores eficiencias y menores emisiones que las plantas convencionales de gas o carbón.
Este documento describe dos ciclos avanzados de generación de energía: el ciclo STIG (steam injected gas turbine) y el ciclo AFBC (atmospheric fluidized bed combustion). El ciclo STIG inyecta vapor en la turbina de gas para mejorar la eficiencia. El ciclo AFBC usa un lecho fluidizado para quemar combustible a baja temperatura y reducir emisiones. Ambos ciclos ofrecen mayores eficiencias y menores emisiones que las plantas convencionales de gas o carbón.
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Ciclos avanzados de
generación STIG AFBC
JUAN MANUEL BERNAL BAZZANI
DAVID EDUARDO MEDINA ALBA CICLO STIG (steam injected gas turbine)
Se recupera calor de los gases de escape generando vapor que es
inyectado a la turbina de gas
STIG STIG CICLO STIG
STIG STIG OBJETIVOS FUNDAMENTALES
1 • REDUCIR AL MAXIMO LA TEMPERATURA DEL AIRE
2 • ELEVAR AL MAXIMO LA TEMPERATURA EN LA CAMARA DE COMBUSTION
STIG STIG MODIFICACIONES DEL CICLO BRAYTON
STIG STIG TURBINA DE GAS
STIG STIG CONCEPTOS DEL COMPRESOR • AUMENTANDO LA DENSIDAD DEL AIRE A VELOCIDAD CONSTANTE DEL COMPRESOR EN LA SUCCION, AUMENTA EL FLUJO MASICO DE AIRE Y SE REDUCE EL TRABAJO DEL COMPRESOR 1
• CUANTO MENOR SEA LA PRESION ADMOSFERICA, LA DENSIDAD DEL
AIRE DISMINUYE, Y AL DISMINUIR LA DENSIDAD EL FLUJO MASICO EN 2 EL COMPRESOR SE REDUCE Y EL TRABAJO SERA MAYOR.
STIG STIG POTENCIA VS TEMPERATURA STIG STIG
STIG STIG HRSG
STIG STIG
SH EVA ECO
STIG STIG ECONOMIZADOR En la fase del economizador, el agua de alimentación entra a la HRSG, en donde se eleva la temperatura del agua hasta 5 grados Celsius por debajo de la temperatura de saturación del agua a la presión del área.
HRSG HRSG
STIG STIG EVAPORADOR En la fase del evaporador se presenta un cambio de fase de liquido comprimido a estado de vapor saturado
HRSG HRSG
STIG STIG SOBRECALENTADOR En la fase del sobrecalentador el vapor saturado gana calor hasta el punto de vapor sobrecalentado.
HRSG HRSG
STIG STIG POWER PLANNING ASSOCIATES LTD. ENERGY & MANAGEMENT CONSULTANST COSTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO TECNOLOGIA (US/MWh)
TURBINA DE GAS CICLO SIMPLE, TECNOLOGIA D 7,36
TURBINA DE GAS CICLO SIMPLE, TECNOLOGIA F 10,54 TURBINA DE GAS CICLO COMBINADO, Tec. D 5,79 TURBINA DE GAS CICLO COMBINADO, Tec. F 8,09 TERMICAS A CARBON 5,66 TERMICAS A GAS 4,25 TERMICAS A PETROLEO 4,53 TURBINA DE GAS CICLO STIG 8,36
COSTOS DE ARRANQUE Y PARADA
TECNOLOGIA (US/MWh)
TURBINA DE GAS CICLO SIMPLE 32,45
TURBINA DE GAS STIG 43,5 TURBINA DE GAS CICLO COMBINADO 54,54 CARBON 120,7 GAS VAPOR 100,37
STIG STIG VENTAJAS DEL CICLO STIG 1 ● ADAPTACION A LAS NECESIDADES DE LA INDUSTRIA
2 ● REDUCCION DE EMISONES DE NOx DE HASTA UN 75% CON RESPECTO A UNA TURBINA DE SERVICIO PESADO.
3 ● TURBINAS CON MAYOR GRADO DE MANTENIBILIDAD
4 DEBIDO A QUE EN EL COMPRESOR SOLO SE COMPRIME AIRE, Y EN LA TURBINA SE EXPANDEN GASES DE COMBUSTION EN MEZCLA CON EL VAPOR INYECTADO, EL TRABAJO NETO DE LA TURBINA SE ●
ELEVA EN GRAN MEDIDA
5 ● APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA RESIDUAL DE LOS GASES DE ESCAPE AL GENRAR VAPOR.
DESVENTAJA DEL CICLO STIG
1 LA GRAN CANTIDAD DE AGUA REQUERIDA PARA LA FORMACION DE VAPOR REPRESENTA UN PROBLEMA IMPORTANTE, DEBIDO A ●
QUE NO HAY RECUPERACION DEL AGUA UTILIZADA.
2 ● REQUIERE DE MAYOR TRATAMIENTO DE AGUA EN CUANTO A DESMINERALIZACION
STIG STIG EFICIENCIAS CICLO STIG
STIG STIG PICOS (1250 H/AÑO)
CICLO STIG
QUEMA SUPLEMENTARIA
STIG FUNCIONAMIENTO CON INYECCION DE
STIG VAPOR A MAX POTENCIA
TURBINAS AERODERIVADAS Las turbinas aeroderivadas son equipos compactos muy utilizados en la industria para trabajar en ciclos combinados y STIG, en comparación con una turbina convencional este tipos de turbinas tiene una relación de compresión del doble. Y generalmente se usa para cubrir picos ó como unidades de seguridad o emergencia. Sin embargo también son utilizadas en servicio continuo por sus características de diseño, pero los costos de mantenimiento se elevan ya que requiere mantenimiento mas frecuente.
FLUJO DE GAS DE ESCAPE(Lb/s) 271 345 FLUJO DE GAS DE ESCAPE(Lb/s) 100 120
TEMPERATURA DE GASES DE ESCAPE °F TEMPERATURA DE GASES DE ESCAPE °F 912 830
845 760
LM 2500 NO STIG STIG
SALIDA (kWe) 19,144 26,410
HEAT RATE(BTU/kWh) 9805 8637
EFICIENCIA TERMICA(%) 35 39,5
FLUJO DE GAS DE ESCAPE(Lb/s) 137 163
TEMPERATURA DE GASES DE ESCAPE °F 990 950
STIG STIG CICLO AFBC Atmospheric Fuidized Bed Combustion – Combusitón en Lecho Fluidizado Atmosférico FUNCIONAMIENTO Consiste en la alimentación con combustible de un espacio abierto a la atmósfera donde se encuentra un lecho (generalmente de caliza) que es fluidizado por una corriente de aire. TIPOS DE LECHOS
BURBUJEANTE CIRCULANTE CICLO AFBC EN LECHO BURBUJEANTE
La primera aplicación • La aplicación más
fue en Virginia del grande fue diseñada Oeste en 1976 por la por ABB. Compañía de Energía de Monongahela. • 160 MW en la 300.000 lb/h de estación de Shawnee vapor @ 1.325 psi – en Kentucky (1988). 925 °F. • 1.100.000 lb/h @ 1.800 psi – 1.000 °F. CICLO AFBC EN LECHO BURBUJEANTE El lecho consta del 97% de caliza (o material inerte) y 3% de combustible, y está suspendido en aire caliente primario.
La temperatura del lecho es controlada por la
transferencia de calor por los tubos inmersos en el lecho y por la cantidad de carbón en el lecho. Tiene quemadores de ignición para elevar la temperatura del lecho a la «auto- ignición» (1200 °F) CICLO AFBC EN LECHO BURBUJEANTE El combustible se suministra por gravedad.
Cuenta con unos ductos de viento que entra
en contacto con el combustible, por lo que se disminuye la probabilidad de que haya elementos ajenos en las cámaras de aire. CICLO AFBC EN LECHO BURBUJEANTE Tipos de Alimentación de Combustible:
Bajo el lecho. Sobre el lecho. CICLO AFBC EN LECHO BURBUJEANTE Ventajas Desventajas Sobre el lecho - Menos compleja la - La combustión parcial conección de sobre el lecho puede alimentación de reducir la captación de combustible azufre. - Mezcla no adecuada de - Capaz de quemar de combustible y tamaño más grande de absorbente para la captura carbón de azufre. Bajo el lecho - Distribución más - Gran requerimiento de uniforme de combustible conexiones en sistema de y absorbente alimentación. - Combustión más - Se requiere menor completa dentro del tamaño de partícula del lecho. combustible. CICLO AFBC EN LECHO BURBUJEANTE
PARÁMETROS DE OPERACIÓN
• Temperatura del lecho: 1.550 – 1650 °F
• Velocidad superficial: 3 – 10 ft/s • Remoción de SO2: 90% • Eficiencia: 90 – 98% • Emisiones de NOx: 150 – 350 ppm CICLO AFBC EN LECHO BURBUJEANTE
• Eficiencia vs factor de recirculación/alimentación CICLO AFBC EN LECHO BURBUJEANTE CICLO AFBC EN LECHO CIRCULANTE
Su desarrollo se inició en Alemania alrededor
de 1955, y la primera aplicación tuvo lugar en 1979 en Finlandia, cuando se repotenció una unidad para generar vapor a una tasa de 45.000 lb/h @ 1.230 psi – 970 °F, utilizando desperdicios de madera como combustible. CICLO AFBC EN LECHO CIRCULANTE A comparación con el lecho burbujeante, el lecho circulante no es tan exigente con la preparación del combustible, por lo que permite la implementación de una gran variedad de tipos de combustibles. CICLO AFBC EN LECHO CIRCULANTE CICLO AFBC EN LECHO CIRCULANTE
PARÁMETROS DE OPERACIÓN
• Temperatura del lecho: 1.550 – 1650 °F
• Velocidad superficial: 15 – 30 ft/s • Remoción de SO2: 90 – 95 % • Eficiencia: 98 – 99% • Emisiones de NOX: 10 – 100 ppm CICLO AFBC EN LECHO CIRCULANTE CICLO AFBC - COSTOS Está entre un 5 y 15 % por debajo que una planta pulverizadora de tamaño equivalente.
