Ciclo cheng

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  • Publicado : 30 de abril de 2011
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CICLO CHENG
El ciclo Cheng, basado en la inyección de vapor en la cámara de combustión de una turbina de gas, se está imponiendo en los últimos años como una opción atractiva para la cogeneración basados en este ciclo y que incorpora la información económica pertinente. Mediante el uso de los algoritmos adecuados de optimización, este modelo nos permite obtener las condiciones ideales(económicas y/o energéticas) de operación para una aplicación concreta del ciclo Cheng.
INTRODUCCION
El ciclo Cheng consiste básicamente en una turbina de gas, en la cual se han realizado las modificaciones necesarias para poder inyectar en su cámara de combustión parte del vapor producido en una caldera de recuperación de la energía térmica de los gases de escape. Su mapa de funcionamiento puedeverse en la figura:
Esta tecnología presenta una serie de ventajas, algunas se describen a continuación:
RELACION ENERGIA ELECTRICA- TERMICA
En la figura 1, se aprecia el amplio rango de la relación W/Q que presenta el ciclo Cheng, lo cual le permite adaptarse tanto a industrias con alto consume de vapor, como a las que lo tienen muy bajo y que, por lo tanto, no podrían utilizar de formaeconómica otros sistemas de cogeneración.
FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN
El ciclo Cheng es capaz de adaptar la producción de energía térmica y eléctrica a las necesidades de la industria, manteniendo un rendimiento aceptable. Esto se consigue tanto regulando la cantidad de vapor inyectado en las cámara de combustión de la turbina (lo que caracteriza al ciclo Cheng), como variando el grado depostcombustión de la caldera de recuperación. Esta flexibilidad posibilita, asimismo, la adaptación del ciclo cogenerativo a futuras variaciones en las necesidades de la industria.







FIGURA 1- MAPA DE FUNCIONAMIENTO CHENG
MEDIO AMBIENTAL
Se trata fundamentalmente de la importante disminución de emisiones de NOx, que según la cantidad de vapor inyectado, puede ser de hasta un 75 por 100del total emitido por una turbina de gas convencional [3,5].
MODELO
A continuación ya través del esquema mostrado en la figura 1, se va a explicar el modo de funcionamiento de un ciclo Cheng.
CICLO SIMPLE
La línea 5-3 corresponde al funcionamiento de una turbina de gas con una caldera de recuperación. Su esquema se muestra en la figura 2.







FIGURA 2- ESQUEMA DE UNATURBINA DE GAS Y CALDERA DE RECUPERACION
POST- COMBUSTION
La zona 3-4-5-6 corresponde a una turbina de gas y caldera de recuperación con post-combustión, lo que permite aumentar la producción de vapor manteniendo constante la de energía eléctrica, mientras quede oxigeno en los gases de escape para poder quemar combustible adicional (F2). La incorporación de este nuevo flujo de combustible puedeapreciarse en la figura 3.
Hay que indicar que cuando aumenta el grado de post-combustión, también lo hace la temperatura de los gases de escape, y que al superar estos los 800 ᵒC, es obligatorio incorporar a la caldera de recuperación una cámara de combustión refrigerada con pantallas de agua [9]. Si se prefiere utilizar una caldera de recuperación convencional, la línea 2P-2-4-6 se verádesplazada hacia la izquierda (menor grado de post-combustión), hasta que la temperatura de los gases de escape baje de los comentados 800 ᵒC.

FIGURA 3- ESQUEMA DE TURBINA DE GAS Y CALDERO DE RECUPERACION CON POST-COMBUSTION
INYECCION DE VAPOR
La línea 3-1 representa al modo de funcionamiento con inyección de vapor en la cámara de combustión de la turbina de gas partiendo de la máxima potencia enfuncionamiento simple, y la zona 0-5-3-1 representa la misma situación partiendo de cualquier otra potencia. Por ejemplo, para alcanzar el punto 7 se llega a 8 en funcionamiento simple y posteriormente se inyecta vapor (línea paralela a 3-1). La zona 1-2-3-4 es la de inyección de vapor y post-combustión. Esta posibilidad de inyección de vapor en la cámara de combustión es lo que caracteriza al...
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