Ciclo combinado

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INSTITUTO TECNOLÓGICO
de Culiacán



Ing. Mecánica




Plantas Térmicas






Trabajo:
Tratamiento y Acondicionamiento de agua para Calderas y Sistemas de Enfriamiento



TEORÍA DEL CICLO COMBINADO


El crecimiento del precio de los combustibles, la necesidad de aprovechar el calor de diversos procesos industriales y las cada vez más rigurosas regulacionesmedioambientales, han creado la necesidad de aprovechar el calor residual de sistemas energéticos que permitan:


• Reducir el consumo de combustibles tradicionales
• Recuperar el calor residual por seguridad y economía
• Eliminar subproductos de procesos industriales

Existen industrias como las siderúrgicas, las de refino de aceites, las de pulpa y papel, las de procesado dealimentos, etc., que para aprovechar su calor residual han utilizado muchos sistemas de generación de vapor, como:

• Sistemas para destruir elementos orgánicos peligrosos presentes en residuos, que tienen un contenido calórico suficiente que permite mantener una combustión
• Sistemas que están en fase de desarrollo y que utilizan fuentes de energía convencionales, como la geotérmica o lasolar, para la producción de vapor basadas en un ciclo Ranking

Esto ha creado la necesidad de diseños y aplicaciones especializadas de equipos generadores de vapor.

A título de ejemplo, los gases de escape de una turbina de gas, sirven comov fuente de calor para vaporizar agua en un intercambiador y hacer pasar el vapor por una turbina; ciclos combinados de este tipo elevan laeficiencia de un ciclo de producción de electricidad hasta el 50%, y si la generación eléctrica se combina con el uso de vapor en procesos industriales, o en calefacción, el rendimiento es aún mayor.

En la industria petrolífera, los gases de escape de la turbina de gas se utilizan en el (HRSG) para generar vapor húmedo (x = 0,8), a presiones que llegan hasta 2500 psig (173 bar), que seinyecta en los pozos para forzar la extracción de los aceites más pesados; una característica de este proceso es que en un generador de vapor de un paso se puede utilizar agua de alimentación sucia (hasta 10.000 ppm de sólidos disueltos). Algunos de estos sistemas incluyen el de combustión en lecho fluido presurizado (PFBC), el de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC), elmagnetohidrodinámico (MHD), y otras combinaciones para modernizar o reequipar calderas convencionales con turbinas de gas.


Ciclos Combinados

Una planta de ciclo combinado consiste en la integración de dos o más ciclos termodinámicos energéticos, para lograr una conversión de la energía aportada en trabajo, lo más completa y eficiente posible; en la actualidad, el concepto de ciclo combinado se aplica aun sistema compuesto por una turbina de gas, un generador de vapor recuperador de calor y una turbina de vapor, lo que implica combinar un ciclo Brayton de gases a alta temperatura y un ciclo Rankine de media o baja temperatura, de forma que el calor residual de escape del ciclo Brayton sea el calor aportado al ciclo Rankine.

El problema que se plantea radica en la necesidad de maximizarla eficiencia a un coste económico. Cuando el generador de vapor recuperador de calor suministra una parte del vapor para un proceso, la aplicación se denomina cogeneración.


Sistema de ciclo combinado simple

Un sistema de ciclo combinado simple consta de:
• Un grupo simple turbina de gas-alternador
• Un generador de vapor recuperador de calor (HRSG)
• Ungrupo simple turbina de vapor –alternador
• Un condensador
• Sistemas auxiliares

Si las regulaciones medioambientales lo requieren, en el generador de vapor se puede integrar un sistema de reducción selectiva catalítica (SCR), para controlar las emisiones de NOx, lo que resulta particularmente atractivo, porque este catalizador se puede ubicar en un recinto de...
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