Research on energy indexes of cogenerated plants with gas turbines and heat recuperator steam generators

• Autores: Luis F. Bermúdez Valencia, Bienvenido Sarria López
• Localización: CT&F - Ciencia, tecnología y futuro, ISSN-e 0122-5383, Vol. 4, Nº. 5, 2012, págs. 85-100
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    El objetivo principal del artículo es la investigación experimental de los índices energéticos de una planta cogeneradora con Turbinas a Gas (TG) y generadores de vapor recuperadores de calor (HRSGs) al variar su carga operacional. Los indicadores energéticos se determinaron aplicando las Normas y Códigos Internacionales siguientes: ASME PTC1, ASME PTC 22 y ASME PTC 4.4. Los resultados de los índices energéticos calculados se presentan en forma de curvas. Las ecuaciones matemáticas de las curvas correspondientes a los índices energéticos reales se obtienen aplicando la regresión lineal múltiple.

    Los principales resultados de la investigación, corresponden a una planta con capacidad nominal de 4800 kW. El rango de menor consumo energético se obtiene para valores del Heat Rate de la turbina que están alrededor de los 13000 kJ/kW·h, mientras que para el Heat Rate de la planta es de 7000 kJ/kW·h. Para estos valores del Heat Rate, la potencia eléctrica generada se mantiene en el entorno de los 3500 kW. Se obtuvo que la eficiencia térmica del HRSGs varía del 50 al 60%, con valores muy altos de las perdidas por calor sensible en gases de chimenea debido a la operación con elevados excesos de aire y altas temperaturas de los gases a la salida del HRSGs. Los aportes de esta investigación se utilizan en la gestión operacional con el propósito de disminuir el consumo de combustible y el impacto ambiental en los procesos de generación de energía eléctrica y térmica de la planta de cogeneración evaluada. A parir de los resultados de esta investigación en la planta se ha implementado el monitoreo de la operación sobre la base de la variación en tiempo real de los índices energéticos evaluados, además del control tradicional sólo de los parámetros, lo cual resulta más efectivo.

  • português

    O bjetivo principal do artigo é a pesquisa experimental dos índices energéticos de uma planta cogeradora com Turbinas a Gás (TG) e geradores de vapor recuperadores de calor (HRSGs) ao variar a sua carga operacional. Os indicadores energéticos se determinaram aplicando as Normas e Códigos Internacionais seguintes: ASME PTC 1, ASME PTC 22 e ASME PTC 4.4. Os resultados dos índices energéticos calculados apresentam-se em forma de curvas. As equações matemáticas das curvas correspondentes aos índices energéticos reais se obtêm aplicando a regressão lineal múltipla.

    Os principais resultados da pesquisa correspondem a uma planta com capacidade nominal de 4800 kW.

    A categoria de menor consumo energético se obtém para valores do Heat Rate da turbina que estão ao redor dos 13000 kJ/kW·h, enquanto que para o taxa de calor da planta é de 7000 kJ/kW·h. Para estes valores do taxa de calor, a potência elétrica gerada se mantém no entorno dos 3500 kW. Obteve-se que a eficiência térmica do HRSGs varia de 50 a 60%, com valores muito altos das perdas por calor sensível em gases de chaminé devido à operação com elevados excessos de ar e altas temperaturas dos gases na saída do HRSGs. Os aportes desta pesquisa se utilizam na gestão operacional com o propósito de diminuir o consumo de combustível e o impacto ambiental nos processos de geração de energia elétrica e térmica da planta de co-geração avaliada. A partir dos resultados desta pesquisa na planta se tem implementado o monitoramento da operação sobre a base da variação em tempo real dos índices energéticos avaliados, além do controle tradicional só dos parâmetros, o qual resulta mais efetivo.

  • English

    The main objective of this paper is the experimental investigation of the energy indexes of a cogeneration plant with Gas Turbines (GT) and Heat Recuperator Steam Generators (HRSGs) while changing its operational load. The energy indicators were determined using the following International Standards and Codes: ASME PTC1, ASME PTC 22 and ASME PTC 4.4. The results of energy calculations indexes are in the form of curves. The mathematical equations of the curves corresponding to the real energy indexes are obtained applying multivariate regression.

    The main research results correspond to a process plant with nominal capacity of 4800 kW. The range of lower energy consumption values obtained for the HR of the turbine are around 13000 kJ/kW·h, while for the Heat Rate of the plant is 7000 kJ/kW·h. For these values of the Heat Rate (HR), the electrical output remains in the environment of 3500 kW. It was found that the thermal efficiency of HRSGs varies from 50 to 60% with very high values of sensible heat losses in flue gases due to the operation with high excess air and high temperatures of the gases at the outlet of HRSGs. The contributions of this research are used in operational management in order to reduce fuel consumption and environmental impact on the generation of electricity and heat cogeneration plant evaluated. The results of this research in the plant have been implemented to monitor the transaction on the basis of the variation in real-time energy indexes evaluated, besides the traditional control of the parameters only, which is more effective.