Ciclo Conbinado

Ciclo combinado
Por Mariano Ramos Blanco, Ingeniero Industrial
Jefe del Departamento Mecánico de Babcock Borsig España.
www.euskalnet.net/mmrrbb/index.htm

0. Introducción
El término Planta de Ciclo Combinado casi siempre implica la existencia de una turbina de gas, una
caldera y una turbina de vapor.
Básicamente, se trata de generar electricidad a partir de la combustión de un gas o defuel. Los gases
de la combustión pasan a una turbina de gas que mueve el alternador.
A la salida de la turbina, los gases han perdido temperatura y presión pero aún contienen la suficiente
energía como para que valga la pena aprovecharla en la caldera de recuperación de calor.
Una caldera es básicamente un intercambiador de calor a contracorriente donde el gas calienta un
grupo de tubos pordonde circula agua o vapor cuya energía se aprovecha en la turbina de vapor que a
su vez acciona un alternador.
Termodinámicamente, esto implica la unión de un ciclo de Bryton (turbina de gas) y un ciclo de
Rankine (caldera). El calor generado en el ciclo de Bryton es la entrada para el ciclo de Rankine.
Cuando parte del vapor generado en la caldera se aprovecha para un proceso industrialpodemos
hablar de una aplicación de cogeneración. En estos casos el aprovechamiento de energía se acerca al
80%, comparado con un 45% de un ciclo combinado.

1. Circuito aire-gases
Un compresor comprime aire, que se mezcla con un combustible gaseoso (gas natural) o líquido (fuel)
dentro de una cámara de combustión. El producto de esta combustión son gases a alta temperatura
(AT) y alta presión(AP). Estos gases se envían a la turbina de gas que gira como consecuencia del
paso de los gases por sus álabes. Esta energía mecánica se transforma en eléctrica en el alternador
que va unido a la turbina de gas.
Este circuito necesita de algunos equipos auxiliares:
Calentador de combustible gaseoso: se utiliza una extracción de agua de la caldera para calentar el
combustible. Así, se quemamejor.
Enfriador de aire ambiente: el aire que entra en el compresor se enfría antes con una extracción de
agua de la caldera. El objetivo es introducir mayor masa de aire en el quemador.
Inyección de vapor en la cámara de combustión: para controlar la emisión de NOx (lluvia ácida) en los
gases de escape de la turbina de gas.

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2. Circuito agua-vapor
A medida que los gases pasan por lacaldera ceden calor a los haces tubulares (sobrecalentadores,
recalentadores, evaporadores y economizadores) y
después abandonan la caldera por la chimenea. La
temperatura de entrada de gases a la caldera puede
alcanzar los 600ºC y a la salida hacia la chimenea,
alrededor de 100ºC. El agua puede entrar en el
economizador de alta a 60ºC y salir hacia la turbina de
vapor a 560ºC.
El circuitoagua-vapor representado en los siguientes
esquemas es de tres niveles de presión de vapor: alta
(AP), media (MP) y baja (BP). Las extracciones de vapor
de AP, MP y BP de la caldera van a las turbinas de
vapor de AP, BP y BP. En realidad, son tres turbinas
unidas por el mismo eje. El vapor entra en las turbinas,
se expansiona a su paso por los álabes y hace girar el
eje de la turbina queestá unido al eje del alternador, donde la energía mecánica se transforma en
eléctrica.
El agua de la que se alimenta la caldera está almacenada en el tanque de agua de alimentación.
2.1 Circuito agua-vapor de alta presión (AP)
La bomba de agua de alimentación de AP alimenta de agua de AP a la caldera (140 barg). El agua
entra en la caldera por la primera etapa del economizador de AP. En esteeconomizador, el agua sufre
calentamiento (155ºC), después pasa a la segunda etapa del economizador de AP (233ºC) y
finalmente a la tercera etapa del economizador de AP (329ºC). Las temperaturas entre paréntesis son
orientativas.
El
agua
circula
desde
el
economizador hasta el calderín de
AP. Un calderín es un depósito
cilíndrico horizontal que contiene
agua en fase líquida y vapor y...