análisis termodinámico de los ciclos rankine supercríticos y subcríticos

CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011
CIBEM 10, Porto,
Portugal, 2011
ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE SUPERCRÍTICOS
Y SUBCRÍTICOS
RM Natal Jorge, JMRS Tavares, JL Alexandre, AJM Ferreira, MAP Vaz (Eds)
ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE SUPERCRÍTICOS Y
SUBCRÍTICOS
M. Salazar-Pereyra1, R. Lugo-Leyte2*, J. M. Zamora-Mata2**, O. A. Ruiz-Ramírez2***, R. González-Oropeza3.
1- Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec, División de Ingeniería Mecatrónica e Industrial. Av. Tecnológico. Esq. Av. Hank González. Col.
Valle de Anáhuac C.P. 55210. Edo. de México, México. E-mail [email protected]
2- Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa. Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica. Av. San Rafael Atlixco No. 186,
Col. Vicentina, C.P. 09340, Iztapalapa. México D.F., México. E-mail *[email protected], **[email protected], ***[email protected]
3- Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Facultad de Ingeniería. Av. Universidad 3000, Ciudad Universitaria, Coyoacán, 04510,
México D.F., Tel. (55) 56228103
Palabras clave: Rankine supercrítico, subcrítico, turbina de vapor, eficiencia térmica.
Resumen
La evolución en el diseño de las turbinas de vapor ha permitido establecer condiciones
de operación superiores al punto crítico, incrementando la potencia generada y la
eficiencia térmica en relación a las centrales de generación de energía que emplean
turbinas convencionales o subcríticas [1]. Sin embargo, al incrementar la presión y la
temperatura del vapor vivo se debe modificar la presión de recalentamiento, para que
el vapor al final de expansión tenga la calidad mayor o igual a 0.88, para la presión de
condensación dada.
Los ciclos supercríticos o también conocidos como Rankine Supercríticos se implementan
cuando el recurso del combustible es del tipo sólido, es decir, carbón mineral, éste
imposibilita la implementación o repotenciación de la planta a un ciclo combinado.
En México, el 40% de generación de energía se realiza a través de termoeléctricas
convencionales, y solamente opera una planta a condiciones supercríticas y se encuentra
ubicada en Petatalco, estado de Guerrero y genera 1250 MW.
En este trabajo se presenta el análisis termodinámico de dos ciclos de potencia que opera
a condiciones supercríticas (300 bar, 600°C), y una convencional o subcríticas (124 bar,
538°C), ambos casos con una presión de recalentamiento. El ciclo supercrítico tiene un
tren de calentamiento de la línea del agua de alimentación de siete calentadores cerrados
y un deareador. El ciclo convencional en el tren de calentadores tiene un calentador
cerrado menos. El objetivo de este análisis es mostrar el comportamiento y variación
del trabajo motor, eficiencia térmica, el consumo térmico unitario, consumo específico
de vapor, consumo específico de combustible, el rango de operación de la presión de
recalentamiento, etc. Por ejemplo, para las condiciones de operación supercríticas de
300 bar y 600°C y una presión de condensación de 0.1107 bar, la presión máxima de
recalentamiento es de 100 bar, ya que con una presión más elevada, la calidad del vapor
al final de la etapa de la expansión de la turbina de baja presión será menor a 0.88,
requiriendo un segundo sobrecalentamiento.
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1053
M. Salazar-Pereyra, R. Lugo-Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González-Oropeza
M. Salazar Pereyra, R. Lugo Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González Oropeza
La generación de energía a través de termoeléctricas
convencionales ha sido una de la formas mas empleadas,
sin embargo, las necesidades de mejorar la eficiencias
energéticas y térmicas, de disminuir los costos de
energéticos de un kW-h, así como el control de las
emisiones de CO2; establecen un escenario de mejora para
estos ciclos de potencia. La evolución en la tecnología de
los ciclos Rankine puede generar una mayor potencia de
generación, así como la flexibilidad de adecuación a los
diferentes arreglos de plantas, por ejemplo, en las plantas
nucleares, donde el ciclo de la turbina de vapor es de tipo
Rankine [1, 2, 3, 4, 5, 6]. En este sentido la rehabilitación y
modernización de plantas establece la oportunidad de
consolidar nuevos arreglos y configuraciones de planta
con base a los ciclos Rankine, entre los más importantes
esta la implementación de ciclos Rankine con
sobrecalentamiento y recalentamiento con siete
calentadores habilitados en los trenes de calentamiento. La
implementación de los ciclos combinados conservando la
estructura del ciclo Rankine original. Existe otra
posibilidad de generar energía a través de las plantas
Rankine supercríticas o ultracríticas [1, 2].
Las plantas de generación de potencia supercríticas,
permiten aumentar la presión de las etapas de alta presión
de las turbinas de vapor por encima del punto crítico del
agua, 220.6 bar. A diferencia de las plantas convencionales
que operan en régimen subcrítico, con una presión de
entrada del vapor vivo promedio de 124 bar.
El incremento de presión en los ciclos Rankine establece
de forma inherente la posibilidad de incrementar la
temperatura de admisión a la turbina de vapor,
incrementándola hasta un limite de 600°C + 5°C.
El común de las plantas de ciclo combinado, Rankine
subcrítico y supercrítico es que operan a base de
combustibles fósiles, ya sea gas natural, combustóleo o
carbón mineral.
convencionales, que permita la eliminación de sólidos e
inquemados.
2. Ciclos Rankine subcríticos
En México, la mayoría de las centrales termoeléctricas
operan bajo el funcionamiento de los ciclos Rankine con
sobrecalentamiento, recalentamiento y regeneración. En
gran número, las plantas trabajan con trenes de
calentamiento constituidos por seis o siete calentadores de
los cuales uno es abierto. En la actualidad en México,
aproximadamente el 40 por ciento de la generación de
potencia eléctrica es a través de termoeléctricas.
En el ciclo de vapor de las centrales termoeléctricas con
seis calentadores en el tren de calentamiento, se tienen 28
estados termodinámicos, mientras que para el ciclo con
siete calentadores se calculan 32 estados. En las Figuras 1
y 2 se muestran los diagramas temperatura – entropía de
para el ciclo Rankine con seis y siete calentadores,
respectivamente.
1
500
Temperatura (°C)
1. Introducción
18
17
19
16
21
14 15
13
23
12
25
11
27
19
400
300
10
200
15
100
0
10
0
27
23
25
28
26
21
24
20
22
3
p1=124.85bar
T1=538°C
pcond =0.1107bar
4
2
m2
m4
5
6
m5
m6
m7
7
m8
8
9
2
4
6
8
10
Entropía (kJ/kg K)
Figura 1. Temperatura – entropía para seis extracciones
Las plantas supercríticas y ultracríticas funcionan con
combustibles sólidos como es el carbón: bituminoso, subbituminoso y lignitas. El carbón bituminoso tiene el mejor
poder calorífico debido a su menor contenido de agua e
impurezas, sin embargo, el costo de la tonelada es más
elevado, por lo que se usa una mezcla para tener una
mejor combustión.
La combustión del carbón no es sencilla, ya que el proceso
debe de asegurar una homogeneidad de la zona de flama
en la zona de quemadores. La forma de realizar el proceso
de combustión es implementando un pulverizador de
carbón, en algunas plantas, además se usa un
emulsificador o lecho fluidizado [2]. Generalmente las
plantas ultracríticas usan emulsificadores como el
amoniaco.
Un precipitador electrostático es un equipo adicional que
se debe de instalar a diferencia de las termoeléctricas
1054
Figura 2. Temperatura – entropía para siete extracciones
En las Figuras 3 y 4 se muestran los diagramas
esquemáticos
de
los
ciclos
Rankine
con
sobrecalentamiento y recalentamiento con seis y siete
calentadores a los que hacen referencia las Figuras 1 y 2.
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M. Salazar Pereyra, R. Lugo Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González Oropeza
ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS
1
3
2
G. V.
m2
18
17
19
20
TBP
TP I
TAP
4
G.E.
5
9
m5
m4
m6
6
16
15
21
22
14
23
7
m7
8
S. E.
28
m8
13
12
24
25
26
10
11
27
Figura 3. Diagrama de central termoeléctrica subcrítica con seis calentadores.
1
3
2
G. V.
m2
18
17
19
20
TBP
TP I
TAP
4
G.E.
5
9
m5
m4
m6
6
16
15
21
22
14
23
7
m7
8
S. E.
28
m8
13
12
24
25
26
11
10
27
Figura 4. Diagrama de central termoeléctrica subcrítica con siete calentadores.
Para las condiciones de operación típicas de las centrales
termoeléctricas subcríticas con siete calentadores se realiza
una simulación numérica para mostrar el comportamiento
de los parámetros que influyen en mayor proporción en la
operación. La Figura 5 muestra el CTU y el CEV a
diferentes presiones de condensación y de entrada a la
turbina para el ciclo de vapor con siete extracciones. Para
las condiciones del punto (a), el CTU es de 8085.61
kJ/kW-h y CEV= 2.825 kg/kW-h. Si se mantiene la
presión de entrada a la turbina constante y disminuye la
presión de condensación hasta 0.077 bar, punto (b), se
obtiene un decremento del CTU y CEV aproximadamente
del 2.2%. Esta misma disminución de estos parámetros se
obtiene al dejar constante la presión de condensación e
incrementar la presión de vapor vivo de 124.85 a 160 bar,
pero se tiene que suministrar una mayor cantidad de flujo
de vapor, ya que el CEV se incrementa, para generar la
misma potencia de 160MW.
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1055
La Figura 6 muestra el comportamiento de la eficiencia
térmica y del trabajo útil a diferentes presiones para el
ciclo de vapor con siete extracciones, el comportamiento
es similar a la Figura 5, sin embargo, a las condiciones de
operación de eficiencia térmica máxima no se tiene
también el trabajo útil máximo, considerando los mismos
puntos de comparación de la Figura 5. Para mantener la
misma generación de potencia constante de 160 MW en
M. Salazar-Pereyra, R. Lugo-Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González-Oropeza
M. Salazar Pereyra, R. Lugo Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González Oropeza
los puntos (a) y (c), se debe de generar mayor cantidad de
flujo de vapor, en comparación al punto (b).
Al incrementar la presión a la entrada de la turbina de
vapor se tiene una disminución en el flujo de combustible,
debido a que conforme aumenta la presión, el calor
suministrado disminuye, aunque esta disminución no es
mayor a la que se obtiene al disminuir la presión de
condensación, por ejemplo, para las condiciones de
operación del punto (a) y (c) al incrementar la presión de
124.85 a 160 bar, manteniendo la presión de 0.11 bar, se
tiene una disminución de 0.18 kg/s.
8170
CTU (kJ/kW-h)
8070
0.09
7970
0.077
0.07
7870
0.125
0.11
a
0.1
c
P=160MW
P= 160 MW
= 585
ºC
T1T1=
538°C
�SIT
= 0.9
=0.9
�SIT
B=0.8
�B�=0.8
0.048
7670
0.04
7570
7470
2.65
124.85
130
140
150
160
b
0.058
7770
2.7
El ciclo de la Figura 8 muestra un calentamiento adicional
de la línea de alimentación, estado 28. El arreglo permite
aumentar la temperatura en la línea de alimentación 25°C
más en relación al ciclo con un recalentamiento. El calor
utilizado proviene de la turbina de alta presión previo a
que se realice el primer recalentamiento.
2.75
2.8
Figura 7. Temperatura – entropía del ciclo Rankine supercrítico con un
recalentamiento y ocho calentadores.
2.85
2.9
CEV (kg/kW-h)
Figura 5. CTU y CEV en función de la pcond y p1 para la TV con siete
calentadores
Eficiencia térmica (%)
48
0.048
0.058
47
46
45
0.125
0.11
0.1
0.09
0.077
0.04 160
150
140
130
0.07
124.85
c
P=160MW
P= 160 MW
= 585
ºC
T1T1=
538°C
�SIT
=0.9
�SIT
= 0.9
B=0.8
�B�=0.8
b
a
44
1240
1260
1280
1300
1320
1340
1360
Trabajo útil (kJ/kg)
Figura 6. Eficiencia Térmica y el trabajo útil en función de la pcond y p1
para la TV con siete calentadores.
2. Ciclos Rankine supercríticos
Los ciclos Rankine supercríticos operan a condiciones
superiores al punto crítico del agua. Este tipo de ciclos se
implementa con la finalidad de aumentar la eficiencia
energética y la potencia generada. En la Figuras 7 y 8 se
muestran los diagramas temperatura – entropía de los
ciclos Rankine supercríticos con sobrecalentamiento y con
un
recalentamiento
y
dos
recalentamientos
respectivamente. Las condiciones de operación son las
mismas para ambos casos: presión y temperatura de vapor
vivo de 300 bar y 600°C y una presión de condensación
0.11 bar. La primera presión de recalentamiento para
ambos arreglos es de 100 bar y el segundo recalentamiento
a 32 bar.
1056
Figura 8. Temperatura – entropía del ciclo Rankine supercrítico con un
dos recalentamiento y diez calentadores.
En las Figuras 9 y 10 se muestran los ciclos Rankine
supercríticos con uno y dos recalentamientos. Los arreglos
que se muestran son los típicos de las plantas que trabajan
bajo el régimen supercrítico.
La elección de las condiciones de operación depende de
las condiciones tecnológicas y ambientales., asimismo de
las necesidades de generación de potencia., por ejemplo,
se puede generar 1250 MW (Petacalco, México), 1000
MW (Avedore 2, Norte de Europa), 700
MW,(Tachibanawan, Japón), las condiciones de entrada de
la turbina de alta son respectivamente, 250 bar y 600°C,
300 bar y 600°C, 267 bar y 555°C. Con respecto a la
presión de condensación esta oscila entre 0.11 bar y 0.03
bar, para el continente Americano y el Norte de Europa,
por consiguiente considerar la elección de las presiones de
recalentamiento y los efectos de los parámetros que
definen las condiciones de operación es de vital
importancia para asegurar un buen desempeño de la
planta.
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M. Salazar Pereyra, R. Lugo Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González Oropeza
ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS
1
7
3
2
m2
G. V.
22
23
TBP
TPI
TAP
4
5
m5
m4
6
7
m7
m6
20
19
24
25
26
27
28
18
17
29
30
11
10
8
m8
21
G.E.
m9
15
14
32
33
34
16
31
36
m10
9
S. E.
12
13
35
Figura 9. Diagrama de central termoeléctrica supercrítica con un recalentamiento y ocho calentadores.
1
7
4
3
G. V.
27
28
6
5
2
m3
m2
TPI
TPI
TAP
8
9
m5
m6
m8
10
25
24
23
22
21
29
30
31
32
33
34
35
36
37
20
38
G.E.
14
12
m11
m10
m9
26
TBP
11
S. E.
45
13
m12
19
18
17
39
40
41
42
43
m13
16
15
44
Figura 10. Diagrama de central termoeléctrica supercrítica con dos recalentamiento y diez calentadores.
En las Figuras 11, 12, 13 y 14 se muestran la eficiencia
térmica, trabajo neto, consumo térmico unitario y
consumo específico de vapor para los ciclos supercríticos
a tres diferentes condiciones de vapor vivo y considerando
las mismas presiones de recalentamiento y de
condensación. La mejor eficiencia térmica se tiene para el
ciclo Rankine con doble recalentamiento a las condiciones
de 300 bar y 600°C. Para los ciclos con dos
recalentamientos en general presentan una mayor
eficiencia térmica que cuando se tiene un recalentamiento.
Así mismo, el mínimo consumo térmico unitario y el
consumo específico de vapor se tienen para las mismas
condiciones y con el ciclo con dos recalentamientos.
0.51
�T
0.505
0.5
0.495
0.49
0.485
0.48
0.475
2 Recalentamientos
0.47
300 bar
1
600°C
267 2bar
555°C
1 Recalentamiento
250 bar3
600°C
Figura 11. Eficiencia térmica de los ciclos Rankine Supercríticos.
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1057
M. Salazar-Pereyra, R. Lugo-Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González-Oropeza
M. Salazar Pereyra, R. Lugo Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González Oropeza
3800
1200
3400
1000
3200
Entalpía (kJ/kg)
Wneto (kJ/kg)
1400
800
600
400
200
2 Recalentamientos
0
300 bar
1
600°C
2672bar
555°C
70 bar
100 bar
3600
T=600°C
3000
32 bar
300 bar
2800
línea de saturación
2600
0.11 bar
2400
1 Recalentamiento
0.90
2200
250 bar
3
600°C
Figura 12. Trabajo neto de los ciclos Rankine Supercríticos.
2000
4.9
5.4
5.9
6.4
6.9
7.4
0.95
x=0.88
7.9
8.4
Entropía (kJ/kg K)
Figura 15. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a 300 bar y 600°C.
7500
CTU (kJ/kW-h)
7400
7300
3800
7200
3600
7100
3400
2 Recalentamientos
6900
300 bar
1
600°C
2672bar
555°C
1 Recalentamiento
250 bar
3
600°C
Figura 13. Consumo Térmico Unitario de los ciclos Rankine
Supercríticos.
Entalpía (kJ/kg)
7000
70 bar
100 bar
T=580°C
3200
3000
32 bar
300 bar
2800
línea de saturación
2600
0.11 bar
2400
0.89
2200
2000
3.5
CEV (kg/kW-h)
5.4
5.9
6.4
6.9
7.4
x=0.88
7.9
8.4
Entropía (kJ/kg K)
3
Figura 16. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a 300 bar y 580°C.
2.5
2
1.5
3800
1
0.5
2672 bar
555°C
250 bar
3
600°C
Figura 14. Consumo Específico de Vapor de los ciclos Rankine
Supercríticos.
Con respecto a la selección de las condiciones de entrada
a la turbina de vapor, se debe de considerar las
condiciones de las presiones de recalentamiento y la
calidad del vapor en la última etapa de expansión. Por
ejemplo, manteniendo contantes las presiones y variando
la temperatura de vapor vivo, se tiene que al disminuir la
temperatura hasta 550°C, con el doble recalentamiento se
sigue operando en zona segura, es decir en calidad mayor
o igual a 0.88, sin embargo, si se cuenta con un solo
recalentamiento, para temperaturas inferiores a 550°C, la
calidad es inferior a 0.88, tal como se muestra en las
Figuras 15, 16 y 17.
70 bar
3400
1 Recalentamiento
Entalpía (kJ/kg)
300 1bar
600°C
100 bar
3600
2 Recalentamientos
0
1058
4.9
0.94
T=550°C
3200
3000
32 bar
300 bar
2800
línea de saturación
2600
0.11 bar
2400
0.881
2200
2000
4.9
5.4
5.9
6.4
6.9
7.4
7.9
0.93
x=0.88
8.4
Entropía (kJ/kg K)
Figura 17. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a 300 bar y 550°C.
En las Figuras 18, 19, 20 y 21 se muestran resultados
análogos con respecto a las Figuras 15, 16 y 17, debido a
que en la región supercrítica del vapor de agua, las
isobaras muestran comportamientos similares, ya que el
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ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS
M. Salazar Pereyra, R. Lugo Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González Oropeza
cambio radical, se puede observar a presiones superiores a
300 bar, donde se clasifican a los ciclos Rankine como
ultracríticos.
Entalpía (kJ/kg)
3400
T=583°C
3200
3000
32 bar
267 bar
2800
línea de saturación
2600
0.895
4.9
5.4
5.9
6.4
6.9
7.4
0.94
32 bar
250 bar
2800
línea de saturación
2600
7.9
8.4
Figura 18. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a 267 bar y 583°C.
3800
100 bar
3600
70 bar
3400
3200
T=555°C
3000
32 bar
267 bar
2800
línea de saturación
2600
0.11 bar
2400
0.884
2200
2000
4.9
5.4
5.9
6.4
6.9
7.4
2000
x=0.88
Entropía (kJ/kg K)
Entalpía (kJ/kg)
T=565°C
3000
0.11 bar
0.887
2200
2200
3800
100 bar
3600
3800
Entalpía (kJ/kg)
3200
32 bar
línea de saturación
3000
32 bar
300 bar
2800
línea de saturación
2600
0.11 bar
0.877
4.9
5.4
5.9
6.4
6.9
7.4
7.9
0.95
x=0.88
8.4
Figura 22. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a pcond =0.11 bar.
0.11 bar
2400
0.90
2200
5.4
8.4
T=600°C
2200
250 bar
4.9
7.9
Entropía (kJ/kg K)
3000
2000
7.4
2400
70 bar
T=602°C
2600
6.9
3400
2000
2800
6.4
110 bar 100 bar
3600
8.4
3400
3200
5.9
Las plantas termoeléctricas tienen como una limitante la
presión de condensación, que esta determinada por la
temperatura ambiental. En México, las plantas operan con
una presión de condensación de 0.11 bar, sin embargo en
el norte de Europa las condiciones ambientales permiten
mantener una presión de condensación menor a 0.11 bar.
En las Figuras 22, 23 y 24 muestran que al disminuir la
presión de condensación hasta 0.04 bar, para el ciclo con
un recalentamiento se tiene una calidad inferior a 0.88.
Para cuando se tienen dos recalentamientos se evita la
zona de riesgo, ya que la calidad del vapor es mayor a 0.88.
x=0.88
Figura 19. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a 267 bar y 555°C.
5.4
x=0.88
Figura 21. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a 250 bar y 565°C.
0.93
7.9
4.9
0.94
Entropía (kJ/kg K)
Entropía (kJ/kg K)
Entalpía (kJ/kg)
3200
2400
0.11 bar
2400
2000
70 bar
3400
70 bar
100 bar
3600
100 bar
3600
Entalpía (kJ/kg)
3800
3800
5.9
6.4
6.9
7.4
7.9
0.95
x=0.88
8.4
Entropía (kJ/kg K)
Figura 20. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a 250 bar y 602°C.
CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011 | CIBEM 10, Porto, Portugal, 2011
1059
M. Salazar-Pereyra, R. Lugo-Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González-Oropeza
M. Salazar Pereyra, R. Lugo Leyte, J. M. Zamora-Mata, O. A. Ruiz-Ramírez, R. González Oropeza
3800
[2] János M. Beér. High efficiency electric power
generation: The environmental role. Progress in Energy
and Combustion Science 33: 107–134, 2007.
110 bar 100 bar
3600
[3] Alessandro Franco. Analysis of small size combined
cycle plants based on the use of supercritical HRSG.
Applied Thermal Engineering 31: 785-794, 2011.
Entalpía (kJ/kg)
3400
3200
T=600°C
3000
32 bar
300 bar
2800
línea de saturación
2600
0.07 bar
0.93
2400
2200
2000
x=0.88
0.86
4.9
5.4
5.9
6.4
6.9
7.4
7.9
8.4
Entropía (kJ/kg K)
5. Nomenclatura
3800
110 bar 100 bar
3600
3400
Entalpía (kJ/kg)
[5]. Dincer, Ibrahim, Al- Muslim, Husain. Thermodynamic
analysis of reheat cycle steam power plant. International
Journal of Energy Research, vol 25, pp 727-739, 2001.
[6] Bohem, R. F. et al. Thermodynamics and the Design,
Analysis, and Improvement of Energy Systems-1992,
ASME AES, vol. 27, New York, 1992.
Figura 23. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a pcond =0.07 bar.
3200
T=600°C
3000
32 bar
300 bar
2800
línea de saturación
2600
0.04 bar
0.92
2400
2200
2000
[4] Georgi Tsiklauri, Robert Talbert, Bruce Schmitt,
Gennady Filippov, Roald Bogoyavlensky, Evgenei
Grishanin. Supercritical steam cycle for nuclear power
plant. Nuclear Engineering and Design 235: 1651–1664,
2005.
x=0.88
0.84
4.9
5.4
5.9
6.4
6.9
7.4
7.9
8.4
CTU
CEV
CEC
p
P
T
wm
x
consumo térmico unitario (kJ/kW-h)
consumo específico de combustible (kgc/kW-h)
consumo específico de vapor; (kgv/kW-h)
presión (bar)
potencia (MW)
temperatura (ºC)
trabajo útil por unidad de masa (kJ/kg)
calidad del vapor (-)
�T
eficiencia térmica (-)
�SIT
�B
eficiencia isoentrópica de la turbina (-)
eficiencia de la bomba (-)
Entropía (kJ/kg K)
Figura 24. Entalpía – entropía de los ciclos supercríticos con uno y doble
recalentamiento a pcond =0.04 bar.
3. Conclusiones
Los ciclos Rankine supercríticos presentan una mejor
eficiencia térmicas que los ciclos subcríticos, se
incrementa en promedio 6%, y por consecuencia se
disminuyen los consumos térmico unitario y específico de
vapor, considerando que los ciclos supercríticos generan
una mayor potencia que los subcríticos. Así mismo, se
debe de considerar arreglos que incluyan dos
recalentamientos ya que con esto se evita tener una calidad
de vapor inferior a 0.88.
Subíndices
Cond
BP
AP
PI
G. E.
S. E.
condensación.
baja presión
alta presión
presión intermedia
generador eléctrico
Sistema de enfriamiento.
4. Referencias
[1] K. M. Retzlaff and W. A. Ruegger, “Steam Turbines
for Ultrasupercritical Power Plants”, GE Power Systems,
Schenectady, NY, GER-3945a, 1-18, 1996.
1060
CIBEM 10, Porto, Portugal, 2011 | CIBIM 10, Oporto, Portugal, 2011