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l ciclo de combustin secuencial adop-

tado para la familia de turbinas a gas

GT24/GT26 es un proceso de recalentamien-

to con dos cmaras de combustin, que per-

mite aumentar la potencia de salida de las tur-

binas a gas consiguiendo un alto rendimien-

to. Mientras que el primer combustor se basa

en la tecnologa de cmara de combustin

EV, sobradamente acreditada, el segundo, de

autoignicin y premezcla pobre, es resultado

de un exhaustivo programa de investigacin y

desarrollo.

La primera turbina GT24 en explotacin

comercial ha sido instalada en los Estados

Unidos, en la central Gilbert de Jersey Cen-

tral Power and Light (JCP & L) [1]. La prime-

ra turbina GT26 ha sido instalada y puesta

en marcha en el centro de ensayos de tur-

binas a gas de ABB en Birr, Suiza; la prime-

ra unidad comercial de este tipo est fun-

cionando en la central de Rheinhafen, situa-

da en Karlsruhe (Alemania) [2].

Datos de rendimiento de las turbinas

GT24/GT26

Con una potencia nominal de 265 MW, la tur-

bina GT26 ocupa prcticamente la misma su-

perficie que una turbina convencional a gas

GT13E2 pero suministra aproximadamente

50 % ms de energa. La mayor potencia es

resultado de un aumento de la relacin de

presin del ciclo y del proceso de combustin

secuencial. Adems, la temperatura de salida

de las turbinas GT24/GT26 es aproximada-

mente 610 C (1130 F) en el intervalo de

carga de 50 % a 100 %, lo que es ideal para

el funcionamiento en ciclo combinado (central

con turbina a gas y vapor).

La densidad de potencia de la familia de

turbinas a gas GT24/GT26 es aproximada-

mente un 20 % superior a la de la otras unida-

des de esta clase. La unidades GT24/GT26 ti-

enen un diseo ms compacto, labes ms

cortos y menores velocidades de los extre-

mos de los labes, lo cual reduce las tensio-

nes y aumenta la fiabilidad.

Sistema de combustin secuencial

La unidades GT24/GT26 tienen un aspecto

muy similar a las turbinas a gas convenciona-

les. Presentan una trayectoria recta del flujo

de gases con accionamiento del alternador en

el lado fro, un sistema de entrada de aire per-

pendicular al eje, salida axial de la turbina y

estatores y soportes de labes divididos hori-

zontalmente.

La avanzada tecnologa en que se basa la

familia de turbinas GT24/GT26 es el sistema

de combustin secuencial [3]. Un com-

presor de 22 etapas, de alto rendimiento [4],

suministra aire de combustin al primer com-

bustor una cmara de combustin EV anu-

lar con una relacin de presin de 30:1, es

decir, dos veces la presin de las turbinas a

gas industriales convencionales. En l, el

combustible es mezclado con el aire a alta

presin y a continuacin quemado, produ-

ciendo los gases calientes que accionan la

turbina de alta presin de una sola etapa. A di-

ferencia de las turbinas a gas convencionales,

las GT24/GT26 tienen un segundo combu-

stor la cmara de combustin SEV (Se-

quential EV) en el que se inyecta combu-

stible, producindose una ignicin espont-

nea y, por lo tanto, volviendo a calentar el aire

(recalentamiento) antes de su expansin final

en la turbina de baja presin de cuatro etapas.

El ciclo termodinmico se caracteriza por un

proceso de combustin en dos etapas . Du-

rante el denominado proceso de recalenta-

miento se aporta energa para conseguir una

mayor temperatura media, dando lugar a un

rendimiento termodinmico mayor y a una den-

sidad de potencia ms alta que en el proceso

convencional de turbinas a gas con una sola

combustin e idntica temperatura de entrada.

Para la misma potencia, por lo tanto, la combu-

stin secuencial permite trabajar con una tem-

peratura ms baja a la entrada de la turbina.

2

1

Experiencia prcticacon el sistema decombustin secuen-cial de las turbinasa gas GT24/GT26

Dr. Franz Joos

Philipp Brunner

Marcel Stalder

Stefan Tschirren

ABB Power Generation

Con las avanzadas turbinas a gas GT24/GT26 de ABB, basadas en el sistema

exclusivo de combustin secuencial, se consigue un alto rendimiento del ciclo

para temperaturas moderadas de entrada a la turbina, as como unas tempe-

raturas ptimas de los gases de combustin a la salida en el ciclo de vapor de

las aplicaciones de ciclo combinado. Las primeras turbinas GT24 (165 MW, 60

Hz) y GT26 (265 MW, 50 Hz) han sido ya puestas en servicio y se encuentran en

explotacin comercial. Las detalladas mediciones, realizadas en condiciones

de proyecto y en condiciones reales, han demostrado la alta fiabilidad de las

turbinas en funcionamiento y confirman las posibilidades del sistema de com-

bustin secuencial para reducir las emisiones de NOx a niveles an ms bajos.

E

T U R B I N A S A G A S

R e v i s t a A B B 5 / 1 9 9 8 13

Concepto de funcionamiento de las

turbinas GT24/GT26

Las turbinas GT24/GT26 han sido optimiza-

das para el funcionamiento en ciclo combina-

do. Con ellas se consiguen altos rendimientos

con un bajo nivel de emisiones gracias a los

dos combustores, utilizados incluso en rgi-

men de carga parcial, a la regulacin indivi-

dual del combustible y a las tres filas de la-

bes gua regulables situadas a la entrada.

Estos labes permiten reducir el caudal de

aire de combustin hasta el 60% del caudal

msico a plena carga.

En se resume el concepto de funcio-

namiento de las turbinas GT24/GT26. La tur-

bina se pone en marcha y se acelera con la

cmara de combustin EV en funcionamien-

to. Para asegurar mxima estabilidad, en los

quemadores EV se utilizan llamas piloto de di-

fusin. A aproximadamente el 20% de la po-

tencia nominal de la turbina, los quemadores

EV pasan a funcionar con premezcla y se en-

ciende el combustor SEV. Durante el proceso

de carga, la cmara de combustin EV fun-

3

ciona con una temperatura constante de sa-

lida, mientras que la temperatura aumenta

progresivamente en la cmara SEV. Al llegar a

cerca del 40% de la potencia nominal de la

turbina se abren los labes gua regulables de

la entrada (VIGV, Variable Inlet Guide Vane) y

4

123

5 6 7

8 9 10 11

Sistema de combustin secuencial utilizado en las turbinas a gas GT24/GT26 1

1 Turbina de baja presin2 Turbina de alta presin3 Compresor4 Cmara de combustin SEV5 Inyector de combustible6 Cmara de combustin EV

7 Quemador EV8 Refrigeracin por conveccin

de la envoltura9 Zona de mezcla

10 Generadores de torbellinos11 Quemador refrigerado por efusin

h

s

1

26

P

F

F

5

4

3

T

0 20

1

40 60 80 1000%

P

Closed

Open

VIGV

Ciclo termodinmico del sistema de combustinsecuencial

h Entalpas EntropaF Inyeccin de combustibleP Energa suministrada al alternador

2 Concepto de funcionamiento de las turbinas GT24/GT26

T Temperatura normalizadaP Potencia relativa de la turbina

1 Encendido de la cmara de combustin SEV

Marrn Ajuste VIGVAzul oscuro Temperatura a la entrada de la turbina de alta presinAzul claro Temperatura a la salida de la turbina a gasRojo Temperatura a la entrada de la turbina de baja presin

3

T U R B I N A S A G A S

14 R e v i s t a A B B 5 / 1 9 9 8

se suministra ms combustible a las dos c-

maras de combustin. A continuacin, la tem-

peratura de salida de la turbina se mantiene

constante hasta que se alcanza la plena po-

tencia. Esto se consigue con un pequeo l-

timo aumento de las temperaturas en la se-

gunda cmara de combustin por medio de

la apertura total de los VIGV.

El concepto descrito proporciona un alto

grado de flexibilidad en todo el intervalo de

funcionamiento. Los quemadores EV fun-

cionan bajo condiciones ptimas de proyec-

to desde una carga del 25% hasta la plena

carga con slo una llama de premezcla, es

decir, sin utilizar llamas piloto. Adems, la tem-

peratura de salida de la cmara de combu-

stin SEV y la posicin de los VIGV pueden ser

reguladas para optimizar las emisiones y el

rendimiento de la turbina a gas o del ciclo

combinado.

Las emisiones en el sistema de

combustin secuencial

La formacin de NOx depende de la tem-

peratura, de la presin y del tiempo de

estancia en las zonas de alta temperatura

de la cmara de combustin. Debido a que

todo el aire de combustin es mezclado

previamente con el combustible, en el inte-

rior del combustor no existirn zonas en

que la temperatura de la llama sea supe-

rior a la temperatura de salida del mismo.

En las cmaras de combustin, tanto en la

EV como en la SEV, los tiempos de

estancia a alta temperatura son como m-

nimo un 50 % menores que los combusto-

res convencionales. Esta ventaja del siste-

ma de combustin secuencial proviene de

que en la segunda cmara de combustin,

y debido a la alta temperatura de entrada,

se queman ms rpidamente todo el CO y

los inquemados procedentes de la cmara

de combustin EV. El diseo de la cmara

de combustin SEV presenta otra ventaja

ms: puesto que el contenido de O2 en los

gases entrantes es considerablemente i