Funcionamiento del ciclo combinado en centrales térmicas2011-07-14

Funcionamiento del ciclo combinado en las centrales térmicas

El proceso de generación de energía mediante el ciclo combinado se basa en la utilización de una turbina de gas, una turbina de vapor y una caldera de recuperación. 

El ciclo térmico del circuito agua-vapor comienza con la aspiración del aire desde el exterior, el cual es conducido al compresor de la turbina de gas a través de unos filtros. Posteriormente el aire se comprime y se combina con el combustible en una cámara donde se realiza la combustión, produciendo un flujo de gases calientes que al expandirse hacen girar la turbina de gas. Mediante el generador acoplado al eje común se convierte este trabajo en energía eléctrica.

Los gases que salen de la turbina de gas pasan a la caldera de recuperación de calor. En esta se extrae el calor de los gases produciendo vapor de agua a presión para la turbina de vapor. Para finalmente devolver los gases a la atmósfera.

El vapor que sale de la turbina de vapor, pasa por un condensador donde se transforma en agua. Posteriormente el agua producida por el condensador es bombeada a alta presión hasta la caldera de recuperación para iniciar nuevamente el ciclo.

En la siguiente imagen se muestra el diagrama básico del ciclo combinado;

Turbina de VaporEn esta turbina se transforma la energía del vapor en energía cinética del rotor. La turbina está formada por una serie de válvulas fijas y móviles a través de los cuales se expande el vapor y hace girar el rotor de la turbina.

1.)Generador

2.)Entrada a turbina de Alta Presión (AP)3.)Entrada a caldera de recuperación4.)Entrada a turbina de Media y Baja Presión (MP,BP)5.)Salida a caldera de recuperación6.)Salida del condensador

La turbina de vapor es más robusta que la turbina de gas, ya que la presión del vapor a la entrada de la turbina es más alta que la presión de entrada del gas. No obstante la refrigeración de la turbina no es necesaria porque la temperatura del vapor es menor que la temperatura del gas.

El vapor producido en el generador de vapor de alta presión pasa a la turbina de alta donde se expande, a continuación vuelve a la caldera de recuperación y pasa a la turbina de media donde también se expande. A la salida de la turbina de media presión, el vapor pasa a la turbina de baja presión donde se realiza la última expansión hasta una presión inferior a la atmosférica. A la salida de la turbina de baja, el vapor pasa directamente al condensador donde se enfría. En este punto el agua vuelve a empezar el ciclo a través de la caldera de recuperación. 

La turbina de gas y la turbina de vapor están acopladas a un mismo generador mediante un embrague hidráulico, esta disposición permite el funcionamiento independiente de la turbina de gas. 

Turbina de gas   La turbina de gas constituye el núcleo de la central de ciclo combinado. Se trata de una turbina de combustión interna que utiliza el gas natural como combustible principal.

1.)Generador

2.)Compresor3.)Turbina AP4.)Turbina BP5.)Entrada aire6.)Quemadores7.)Salida de gases de combustión

La turbina de gas constituye el núcleo de la central de ciclo combinado. Se trata de una turbina de combustión interna que utiliza el gas natural como combustible principal.

La combustión se realiza en dos anillos quemadores, de forma que los productos de combustión del primero constituyen el aire de combustión del segundo. Esta técnica, conocida como combustión secuencial, permite minimizar la emisión de productos contaminantes.

El modo de funcionamiento de la turbina de gas se basa en el principio del ciclo Brayton. En el cual el aire comprimido se mezcla con el combustible y se produce la combustión en condiciones de presión constante. Los gases calientes, producidos por la combustión, se expanden a través de una turbina, provocando el movimiento de la misma y la consecuente generación de energía. De la energía generada, aproximadamente 2/3 se utiliza para comprimir el aire y 1/3 queda disponible para producir energía eléctrica.

Una turbina de gas simple consta de tres secciones principales;

Compresor: El compresor consta de 22 etapas y es de tipo axial. Está formado por una serie de válvulas fijas y móviles a través de las cuales se comprime el aire des de la presión atmosférica (0.98 bar) hasta la presión óptima para la combustión (2 bar). 

El aire comprimido se utiliza principalmente como comburente en la combustión y una parte muy pequeña se utiliza para refrigerar algunas partes de la turbina de alta presión de la turbina de gas.

Cámara de combustión: En esta zona se mezcla el combustible con el aire comprimido y se produce la combustión. En el interior de la cámara de combustión encontramos los quemadores, dispuestos en dos anillos de 24 quemadores cada uno. El diseño y disposición de los quemadores es de vital importancia para tener una buena combustión y minimizar las emisiones.

Turbina: La turbina consta de diferentes etapas de válvulas fijas y móviles a través de las cuales se expanden los gases generados en la combustión y provocan la rotación del eje del motor.

Caldera de recuperaciónLos gases generados en la combustión salen de la turbina de gas a temperaturas superiores a 600ºC, Este hecho se aprovecha para recuperar esta energía en la caldera de recuperación para producir vapor que se utilizará como alimentación en la turbina de vapor.

La caldera de recuperación está formada por una serie de tubos dispuestos en posición horizontal. Por el interior de estos circula la mezcla agua-vapor y por la parte exterior circulan los gases de combustión que provienen de la turbina de gas.

El ciclo agua-vapor que alimenta a la caldera de recuperación es cerrado y empieza en el pozo del condensador. El agua es aspirada mediante unas bombas las cuales la conducen al desgasificador/calentador, en este se calienta el agua y se elimina el aire y los gases que pueda contener. Finalmente el agua caliente se almacena en un tanque, desde este las bombas de alimentación la impulsarán hasta la caldera de recuperación.