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CogeneraciónPlantas

A finales de de 2009 el Consejo deAdministración de Papel Aralaraprobó la inversión del proyecto

de cogeneración en ciclo combinado, parala generación de vapor y electricidad y re-duciendo el coste de fabricación de papel,de modo que Papel Aralar pueda mante-ner su capacidad competitiva en el merca-do con la producción de papeles especia-les de embalaje flexible, destinados alsector alimentario y sanitario.

Para satisfacer las demandas energéticasde la fábrica, incrementadas con la refor-ma y ampliación reciente de una máquinade papel, se decidió la construcción deuna planta de cogeneración de aproxima-damente 14 MW, en ciclo combinado,que puede ser ampliada con una turbinade vapor de condensación, en cuyo casose llegaría a 15 MW.

MODOS DE OPERACIÓN

La situación normal de operación es la dela central en paralelo con red, con turbinade gas, caldera y turbina de vapor funcio-nando en ciclo combinado, a la carga queresulte de las necesidades térmicas delproceso papelero.

A la salida de turbina, se dispone de unby-pass de gases previo a la entrada encaldera. En la situación habitual de funcio-namiento el by-pass está totalmenteabierto hacia caldera, y en caso de alta de-manda de vapor entra en operación elquemador de postcombustión. En caso debaja demanda de vapor, el by-pass evacúaa la atmósfera los gases sobrantes.

También se ha previsto el modo de opera-ción de funcionamiento en isla con turbi-na de gas, en caso de desconexión de lared. En esta situación, abrirían las válvulasde by-pass de turbina de vapor, para redu-cir la presión de vapor de caldera a las pre-siones de fábrica.

En caso de indisponibilidad de los equiposprincipales, se dispone de calderas con-vencionales para la generación de vapor.

CONFIGURACIÓN Y EQUIPOS PRINCIPALES

La central cuenta, como equipos principa-les, con una turbina de gas de 12,5 MWISO, una turbina de vapor de contrapresiónde 1,4 MW en máxima producción, y ungenerador de vapor de recuperación de ga-ses de escape de la turbina, equipado conun quemador de postcombustión, que per-

mite aumentar la cantidad de vapor en si-tuaciones puntas de demanda. El diseño dela planta permite la ampliación con una tur-bina de condensación de 0,9 MW, que nose ha acometido por la capacidad actual dela red para recibir este exceso de potencia.

La implantación de los equipos contemplala instalación a intemperie tanto del grupoturbogenerador a gas como de la calderade recuperación, mientras que el grupoturbogenerador a vapor se ubica en unedificio que cuenta también con salaspara el sistema de tratamiento de agua,así como cuadros y equipos de sistemaseléctricos, de control, y otros auxiliares.

GRUPO TURBOGENERADOR A GAS

El grupo turbogenerador a gas instalado enla planta de cogeneración de Papel Aralaren Amezketa es el modelo SGT-400 de Sie-

Planta de cogeneración en ciclocombinado, de 14 MW, para unafábrica de papel en GuipúzcoaPapel Aralar disponía de una planta de cogeneración de 9 MW en Amezketa(Guipuzcoa), consistente en una turbina de gas en ciclo simple y un motor degas, para cubrir las demandas energéticas de su fábrica de papel. De las eva-luaciones técnico-económicas realizadas para su renovación tras 15 años en elRégimen Especial, se concluyó que la mejor opción era una planta completa-mente nueva de 14 MW, con configuración de ciclo combinado (turbina degas, caldera de recuperación y turbina de vapor), cuya construcción se ejecutóal año pasado y cuya puesta en marcha se ha realizado en abril y mayo. PapelAralar contrató a la empresa de ingeniería AESA la dirección de proyecto, in-geniería, gestión de permisos, asistencia a la gestión de compras, dirección deobra y la asistencia en la puesta en marcha de la planta de cogeneración.

Carlos Guijarro - Dirección de Proyectos, AE, S.A. Asesoría Energética

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mens, de 12,5 MW ISO, que permite pro-ducir en emplazamiento 12,6 MW a 6 kV,utilizando gas natural como combustible.Gracias al sistema DLE del grupo turboge-nerador, las concentraciones resultantestanto de NOX como de CO son reducidas ymuy inferiores a los máximos permitidos.

Turbina de gas

La turbina es de ciclo simple (no regenera-tivo) de dos ejes. En el primer eje estámontado el generador de gases con los si-guientes elementos:

• Compresor axial de 11 etapas, con rela-ción de compresión 16,7:1.

• Sistema de seis cámaras de combustióncon un inyector por cámara, equipadocon sistema de combustión seca DLE(Dry Low Emissions), diseñado para con-seguir niveles bajos de NOX y CO.

• Turbina de alta presión, axial, de dosetapas, de accionamiento del compresoraxial.

En el segundo eje se encuentra la turbinade potencia de baja presión, de dos eta-pas, con una velocidad de rotación de9.500 rpm.

Alternador eléctrico

La turbina de gas acciona un alternadorConverteam de dos pares de polos de16.750 kVA de potencia nominal, refrige-rado por aire, que gira a 1.500 rpm y ge-nera energía a una tensión de 6 kV a unafrecuencia de 50 Hz.

CALDERA DE RECUPERACIÓN

Los gases de escape de turbina de gasson conducidos a la caldera para la pro-

ducción de vapor mediante recuperaciónde la energía térmica contenida en losmismos. En la planta se ha instalado ungenerador de vapor acuotubular Aitesa,que genera vapor a dos niveles de pre-sión, con circulación natural (40 bara) yforzada (7 bara).

La caldera está equipada con un quema-dor de postcombustión de 2 MW, con loque la producción de vapor que se pue-de alcanzar es de 23,5 t/h de vapor a 40bara y 400 ºC y 2,1 t/h de vapor satura-do a 7 bara.

Tras la salida de gases de turbina de gas,se encuentran la válvula de by-pass (Steja-

sa) y el quemador dep o s t - c o m b u s t i ó n(Eclipse, de 2 MW).

Ya en el propio cuerpode caldera y en el sen-tido de avance de losgases de escape de laturbina hacia el gene-rador, se encuentranlos siguientes equipos:

• Sobrecalentador dealta presión.

• Evaporador de altapresión, donde seproduce la evapora-ción del agua a altapresión por circula-ción natural, con cal-derín asociado.

• Economizador de alta presión, donde seprecalienta el agua antes de ser introdu-cida en el calderín de alta presión.

• Evaporador de baja presión, con calde-rín de baja presión y con circulación for-zada.

• Economizador de alta y baja presión,donde se precalienta el agua para distri-buirla al economizador de alta presiónpor una parte, y al calderín de baja pre-sión por la otra.

• Todos los módulos de intercambio sonde tubos aleteados tipo sierra. Una en-volvente estanca de chapa de acero alcarbono encierra la caldera, interna-mente revestida por lana mineral y fibracerámica.

El suministro del generador de vapor secompleta con las bombas de alimentaciónAP y BP, el desgasificador, el tanque flashde purga continua, el tanque de enfria-miento de purgas, silenciadores de vapor,instrumentación de campo y cuadros defuerza y mando.

GRUPO TURBOGENERADOR A VAPOR

El grupo turbogenerador a vapor es sumi-nistro de Pach y CIA, y está basado en unaturbina de contrapresión, que permiteproducir hasta 1,4 MW a 6 kV, y ampliablecon turbina de condensación de 0,9 MWa 6 kV.

Turbina de vapor

La turbina de vapor a contrapresión es unmodelo KKK CFR33 de dos etapas, para ex-pansión desde 40 bara hasta 11 bara (pri-mera etapa) y 7 bara (segunda etapa) conextracción intermedia a 11 bara. Incorporareductor integrado, acoplamiento elástico,sellado de eje y sistema de admisión de va-por. El turbogrupo es ampliable con unaturbina de condensación modelo KKKAFA6, de una etapa, de 7 bara a 0,08 bara.

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Alternador eléctrico

La turbina de vapor acciona un alternadorLeroy Somer de 2 pares de polos de 2.900kVA de potencia nominal (dimensionadoincluyendo la posible ampliación con tur-bina de condensación), que gira a 1.500rpm y genera electricidad a una tensiónde 6 kV a una frecuencia de 50 Hz.

SISTEMAS MECÁNICOS AUXILIARES

Sistema de distribución de vapor

Dicho sistema tiene como misión la con-ducción del vapor generado en la caldera,a la turbina de vapor (a 40 bara) y a fábri-ca (a 7 bara), y la distribución de la ex-tracción y escape de turbina de vaporpara entrega al proceso productivo de fá-brica a las presiones requeridas (11 bara y7 bara).

El sistema está compuesto por los siguien-tes elementos:

• Sistema de vapor de alta presión (40bara): recibe el vapor procedente del so-brecalentador de la caldera de recupera-ción con postcombustión, para su con-ducción a la turbina de vapor, donde seexpande a continuación. Este vaporpuede reducir su presión mediante vál-vulas reductoras (by-pass de turbina devapor) hasta los niveles de presión re-queridos por fábrica.

• Sistema de vapor de media presión (11bara): recibe el vapor de extracción de laturbina de contrapresión, y si es necesa-rio de la válvula reductora de alta a me-dia presión, para su atemperación final ymedida previos a su conducción a pro-ceso de fábrica.

• Sistema de vapor de baja presión (7bara): recibe el vapor de baja presión ge-nerado en la caldera y el vapor de esca-pe de turbina de contrapresión, y si esnecesario de la válvula reductora de altaa baja presión, para su atemperación ymedida previos a su envío a proceso defábrica.

Sistema de gas natural

Este sistema se encarga de suministrar elgas natural recibido de la compañía, en elpunto de entrega de los límites de la cen-tral, a través de estaciones de regulación ymedida (ERM) en AP y BP a los consumi-dores de cogeneración y fábrica.

Se ha realizado una modificación de laERM de AP existente y su sistema de con-taje de gas para alimentación a turbina.

Asimismo se ha realizado una derivaciónde la ERM de BP existente para alimenta-ción al quemador de postcombustión decaldera.

La presión normal de suministro es de 14-16 barg, insuficiente para la turbina degas, que trabaja a una presión mínima de22 barg. Por ello el sistema cuenta con uncompresor de gas suministrado por ABCCompresores.

Se trata de un compresor modelo 1EHP-1-GT/230 de disposición horizontal, de unaetapa de compresión, con un cilindroopuesto de doble efecto sin engrase, y re-frigerado por agua; con sistema de regu-lación automática de carga y sistema deamortiguación de pulsaciones para redu-cir oscilaciones de presión y lograr la esta-bilidad de presión en el suministro decombustible a turbina.

Sistema de tratamiento de agua

El generador de vapor precisa de agua dealimentación con una calidad mínima de-terminada, suficiente para que el vapor deentrada a turbina cumpla con las condi-ciones requeridas por el equipo.

El agua de alimentación a caldera es unamezcla de de condensados de proceso(aprox. 90%) y aporte de agua de reposi-ción, que debe ser tratada antes de su en-trada en caldera.

La unidad de tratamiento de agua estáconcebida con dos líneas idénticas e inde-pendientes de desmineralización total,

cada una con pretratamiento, grupo os-motizador y desmineralización fina por le-cho mixto. Cada una de las líneas tienecapacidad para 3 m3/h de agua tratada(caudal de agua de reposición requeridoen condiciones normales), de forma queen paralelo pueden producir hasta 6 m3/h.

Sistema de agua de alimentación y condensados

Es el encargado de recibir, almacenar ydistribuir los distintos tipos de agua. Enparticular:

• Los condensados que retornan del pro-ceso de fabricación de papel se almace-nan en un tanque existente de aprox. 14 m3 de capacidad, desde el que sebombean al desgasificador de caldera, ya las calderas convencionales existentes(en caso de indisponibilidad de vapor decogeneración).

• Para la producción de agua de reposi-ción, en fábrica se realiza una toma deagua de río, y tras una filtración previa,se bombea al sistema de tratamiento deagua mencionado.

• El agua desmineralizada producida sealmacena en un tanque de agua desmi-neralizada de 25 m3, desde el que se ali-menta mediante bombeo el desgasifi-cador (alimentación de caldera) y, encaso necesario, el tanque de condensa-dos existente (para alimentación de lascalderas convencionales de fábrica).

• Adicionalmente, se ha previsto un sis-tema de precalentamiento de agua dealimentación al sistema de tratamientode agua.

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Sistema de aire comprimido

Para el suministro de aire comprimido enlas condiciones necesarias para los consu-midores de la central, instrumentación yequipos auxiliares, se ha previsto la ali-mentación desde compresores existentesen fábrica, añadiendo un secador de ad-sorción, dos filtros de alta eficiencia y untanque pulmón de 1 m3.

EQUIPAMIENTO ELÉCTRICO

Sistema eléctrico de AT, MT y transformadores

Este sistema tiene como finalidad conec-tar los equipos generadores de electrici-dad a 6 kV con los consumos propios de lacentral, así como con la red externa de 30kV de Iberdrola y con la distribución a fá-brica del usuario.

El sistema consta de:

• Celdas de MT de interconexión con lacompañía eléctrica Iberdrola, mediante

celdas de 30 kV con envolvente metálicay aislamiento integral de SF6, en edificiode interconexión (sustitución de apare-llaje intemperie existente), y conexióncon celdas de distribución a fábrica y acogeneración.

• Celdas de MT de cogeneración, median-te celdas de 30 kV con envolvente metá-lica y aislamiento integral de SF6, en edi-ficio de cogeneración, para conexióncon alternadores y transformador deservicios auxiliares.

• Transformadores 30/6 kV para conexiónde los alternadores de turbina de gas(17 MVA) y turbina de vapor (3 MVA).

• Transformador de servicios auxiliares30/0,4 kV de 1,25 MVA.

• Equipamiento propio de los grupos ge-neradores (alternadores y equipamientoauxiliar).

• Sistemas de protección, medida, regula-ción y sincronización.

• Cableado de potencia (30 kV y 6 kV) ycontrol.

• Sistemas de puesta a tierra.

Sistema eléctrico de BT

Tiene como finalidad el suministro en bajatensión (400 V) a los sistemas de la centralque lo precisan, así como para alumbradointerior y exterior.

La potencia requerida en baja tensión setoma del transformador de servicios auxi-liares.

La instalación de baja tensión consta de:

• Cuadro general de distribución en bajatensión.

• Cuadros y centros de control de motores(turbina de gas, generador de vapor, tur-

bina de vapor, tratamiento de agua, com-presor de gas, control de equipos, etc.).

• Instalación de alumbrado (interior, exte-rior y de emergencia) y tomas de co-rriente.

• Cableado de potencia y control.

SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO

La central de cogeneración cuenta con unsistema de control distribuido (DCS) quepermite controlar determinados procesosy operaciones, y supervisar el conjunto dela central. Diseñado y suministrado porSIGE, está basado en el sistema PCS7 deSiemens.

Consta de los siguientes elementos:

• Turbina de gas y turbina de vapor dispo-nen de su propio sistema de control, conlógica centralizada en PLC.

• El resto de equipos de la planta se con-trolan mediante un PLC S7-400 de Sie-mens y DCS con dos estaciones de in-geniería y operación desde las cualesse realizan los lazos de control, gestiónde alarmas y enclavamientos de calde-ra de recuperación, compresor de gas,tratamiento de agua, bombas y otrosequipos auxiliares no incorporados enlos sistemas de control de equiposprincipales.

• El PLC adicionalmente comunica conequipos de contaje térmico (vapor, con-densados y agua), analizadores de redesy correctores de gas natural, para el co-rrecto seguimiento de consumos, pro-ducciones y rendimientos de la planta.

• Sistema de Adquisición de Datos y Su-pervisión (SAD) que mediante comuni-cación con el PLC permite la captaciónde señales analógicas y digitales de to-dos los equipos de la planta, de modoque sea posible la supervisión de laplanta en su totalidad (almacenamien-to de información, cálculos de presta-ciones, generación de informes de ex-plotación, etc.).

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