ciclo combinado
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Efecto de la Calidad del Gas en las Centrales de Ciclo Combinado
Carlos Bernardo Torres
18 de Mayo de 2007
Introduccin NOM-001-SECRE-2003 Quemadores Convencionales y de Bajo NOx Especificaciones de las Turbinas de Gas Efectos de la calidad del Gas Conclusiones
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Centrales de UF de Ciclo Combinado en Mxico
GESTIN DE LA ENERGA3
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
GESTIN DE LA ENERGA4
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
GESTIN DE LA ENERGA5
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
GESTIN DE LA ENERGA6
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
NOM-001-SECRE-2003
GESTIN DE LA ENERGA7
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
NOM-001-SECRE-1997
GESTIN DE LA ENERGA8
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Composicin del LNG dependiendo del Origen
GESTIN DE LA ENERGA9
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Arreglo de la Turbina de GasSuministro de Gas Natural Gas de Escape Gas
Cmara de Combustin
Aire Filtro Compresor Turbina Caldera Scrubber
GESTIN DE LA ENERGA10
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Quemador Convencional
GESTIN DE LA ENERGA11
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Quemador de Bajo NOx
GESTIN DE LA ENERGA12
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Quemador de Bajo NOx
GESTIN DE LA ENERGA13
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Especificaciones de la Turbina de Gas de MitsubishiPropiedades Metano Etano Propano I Butano N Butano I Pentano N Pentano Hexano Nitrgeno Dixido de Carbono Presin Mnima Poder Calorfico Inferior Poder Calorfico Superior Gravedad EspecficaGESTIN DE LA ENERGA14
Unidad Mol% Mol% Mol% Mol% Mol% Mol% Mol% Mol% Mol% Mol% barg (kJ/kg) (kJ/kg)
Mnimo 89.242 7.393 1.20 0.114 0.201 0.043 0.036 0.033 1.005 0.813 39.2 48,490 53,824 0.621
Mximo 97.473 1.331 0.16 0.062 0.034 0.021 0.014 0.052 0.098 0.755 49,705 55,172.5 0.574
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Nivel de Metano en Fuerza y Energa de Tuxpan
6%
2%
GESTIN DE LA ENERGA15
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Nivel de Metano en Fuerza y Energa de Tuxpan
5%
1d
GESTIN DE LA ENERGA16
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Efectos del MetanoNOM no establece un lmite mximo de Metano Turbinas actuales estn diseadas para soportar variaciones de 2% en porcentaje de Metano Inestabilidad de combustin (oscilaciones en la presin de combustin) ? desgaste en sistema de abastecimiento de combustible, premescaldor, la cmara de combustin y la turbina Inestabilidad en la combustin puede ocasionar alarmas o disparos Emisiones contaminantes ? aumento de emisiones de NOx y CO se ve afectadaGESTIN DE LA ENERGA17
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Efectos del MetanoCombustores deben ser afinados (Tunning) constantemente Tunning = ajuste de los flujos de gas y aire para optimizar la operacin y al mismo tiempo reducir las emisiones y la dinmica de combustin Tunning ? US$50,000 y varios das. Mayor desgaste del equipo y menor eficiencia 85% de las turbinas fabricadas despus de 1995 son de Bajo NOx
GESTIN DE LA ENERGA18
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Nivel de Nitrgeno en Fuerza y Energa de Tuxpan
GESTIN DE LA ENERGA19
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Efectos del NitrgenoNivel de nitrgeno es mayor al valor establecido en las especificaciones de la turbina (1.005%) Reduccin en el Poder Calorfico
CondensadosAl reducir la presin del gas a 30 bar se estn generando condensados Gotas pueden generar microexplosiones durante arranque (ya que el TCA-Cooler no est suficientemente caliente) Generan corrosin en tubera = prdida de presin en filtros y se requiere limpieza ms frecuentemente Partculas pueden tapar quemadores y erosionar labesGESTIN DE LA ENERGA20
% mol50 49.6 49.7 49.8 49.9 50.1 50.2 50.30.000000:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 05:30 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30
0.0600 0.0400 0.0200
0.1200 0.1000 0.0800
0.1800 0.1600 0.1400
0.2400 0.2200 0.2000
0.2600
00:05
CO2
00:35 01:05 01:35 02:05 02:35 03:05 03:35 04:05 04:35 05:05 05:35
Propano
GESTIN DE LA ENERGAi-butano06:05 06:35 07:05 07:35 08:05 08:35 09:05 09:35 10:05 10:35 11:05 11:35 12:05 12:35 13:05 13:35 14:05 14:35 15:05 15:35 16:05 16:35 17:05 17:35 18:05 18:35 19:05 19:35 20:05 20:35 21:05 21:35 22:05 22:35
Indice de Wobbe
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
ndice de Wobbe
n-butanoComposicin gases minoritarios
ndice de Wobbe y Metano
i-pentano n-pentano Hexano N2
18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30
% de Metano
Etano
23:05 23:35
23:00 23:30
96
96
97
97
98
98
99
99
0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
1.4000
1.6000
1.8000
2.0000
21
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
ndice de Wobbeq = poder calorfico ? = densidad del gas Define la intercambiabilidad de dos gases Es un parmetro adecuado para quemadores de difusin No sirve como referencia cuando se tienen quemadores de Bajo NOx Es necesario incluir otros factores para definir intercambiabilidad: ndice de Weaver (heat release, cambio en aire primario, Flashback, Lifting, Yellow Tip y combustin completa)GESTIN DE LA ENERGA22
54200
54400
54600
54800
55000
55200
55400
55600
4500000:00 00:30
4700000:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 05:30 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30
49000
51000
53000
55000
57000
01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 05:30 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30
GESTIN DE LA ENERGAPCI Kj/KwhPCS CON lmite Kj/KwhPoder calorfico superior, inferior y relacin PCS/PCI (sin lmite superior)
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Poder Calorfico
Poder calorfico superior con y sin lmite superior
PCS SIn lmite Kj/Kwh Relacin PCS / PCI
17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00
PCS SIN lmite Kj/Kwh
1.0960
1.0980
1.1000
1.1020
1.1040
1.1060
1.1080
1.1100
1.1120
23:30
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Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Efectos del Poder CalorficoSe est rebasando el PCS establecido en las especificaciones de la turbina (55,172 kJ/kg) El modelo matemtico toma un valor mximo de 55,000 kJ/kg Es necesario conciliar mensualmente ~ 15 valores de PCS/PCI PCS/PCI afecta el cargo por combustible
? 24 ? PCS mdh PG ? ? ?? CTPgmdh * PPG md ? PCI mdh d ?1 ? h?1 ?dmGESTIN DE LA ENERGA24
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
ConclusionesTurbinas de combustin de Bajo NOx requieren gas estable Variaciones en el nivel de Metano y Nitrgeno estn ocasionando problemas de estabilidad de combustin y problemas asociados a condensados. Inestabilidad pone en riesgo la Generacin Elctrica Se requiere un ndice adicional al Wobbe para definir la intercambiabilidad del gas para las turbinas con quemadores de Bajo NOx
GESTIN DE LA ENERGA25
Efectos de la Calidad del Gas en CCC
Gracias por su [email protected]
GESTIN DE LA ENERGA26