Foro de eficiencia energética para las Instalaciones ... · Las Turbinas de Vapor son ampliamente utilizadas por su capacidad de manejo de altos volúmenes de vapor, flexibilidad,

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Foro de eficiencia energética para las Instalaciones

Industriales de la Administración Pública Federal

Eficiencia Energética en Turbinas Vapor Industriales

México D.F. , Julio 2014Ing. Rodolfo Meza Corona

Page 2 Jul 2014 E P SU SSURodolfo Meza

Introducción

Las Turbinas de Vapor son ampliamente utilizadas

por su capacidad de manejo de altos volúmenes

de vapor, flexibilidad, confiabilidad y bajo

mantenimiento.

Asimismo, no depende del combustible, siendo

una alternativa en lugares donde disponibilidad es

limitada.

A pesar de ser una tecnología madura, aún

existen desarrollos tecnológicos que buscan

mejorar sus características y desempeño


Proceso

Accionadores mecánicos

energía

Vapor @ 60 bar / 480 ºC

Vapor @3,5 bar

Caldera

Make-up Agua

Condensado

Diagrama típico de una Planta de Fuerzaen un complejo industrial

~~energía

Turbo generadores

Vapor @ 20 bar


Esquema típico de una Planta de Fuerza Industrial con base en turbina de vapor

Se utiliza el Ciclo Rankine Simple dados los altos volúmenes de vapor

necesarios en el proceso;

Están diseñados para cubrir únicamente la demanda del complejo

industrial , con unidades de respaldo

Calderas de media presión y temperatura eficiencia media

Unidades de cogeneración no optimizadas

Accionadores mecánicos con turbinas de vapor menor eficiencia

Priorizan flexibilidad y seguridad de la operación


Propuestas de Optimización en Plantas de Fuerza Industriales

Objetivos:- Mantener flexibilidad y seguridad en la operación- Generación de energía más eficiente- Disminución de costo de factura energética

Soluciones tecnológicas:- Incremento de parámetros de vapor (presión y temperatura)

- Turbinas a Vapor con desempeño optimizado y mayor eficiencia- Calderas de nueva generación

- Reemplazo de turbinas de vapor pequeñas por motores eléctricos- Motores eléctricos de alta eficiencia


Proceso

Motorizado

Vapor @ >90 bar / >500 ºC

Caldera

Agua Make-up

Condensado

Diagrama propuesta para una Planta de Fuerzaen un complejo industrial

energía

Turbo generador

~

condensadorM

Vapor @3,5 bar

Vapor @ 20 bar


Ventajas del esquema optimizado

Incremento de la eficiencia global de la producción de energía en el complejo;

Se mantiene la seguridad y flexibilidad del suministro de energía y de los accionadores mecánicos

Posibilidad de venta o exportación de excedente eléctricos;

Reducción de costos de operación (Consumo de combustible, mantenimeinto)


Consideraciones para de una planta de Cogeneración

Puntos a ser ponderados y considerados:

• Combustible (Gas Natural, biomasa);

• Parámetros de vapor;

• Reducción de consumos internos de vapor en todo el complejo vía

electrificación de los accionadores

• Conexión a la red pública para venta de posible excedentes

• Tratamiento de Agua

• Nuevas tecnologías


Generación de Energía : ¿Producto o Sub-Producto?

Complejos Industriales

CombustibleEnergía (Alta

eficiencia)

Materia Prima Productos

• Manufacturas

• Electricidad (energía)

•Otros…

Fontes: Unica, COGEN, C Procknor

Los complejos industriales se están convirtiendo en ”productores de energía” al explotar su potencial de cogeneración ya que, al tiempo que optimizan sus ciclos de generación de energía, tienen la posibilidad de maximizar su rentabilidad con la venta de energía eléctrica.


Hablando de Turbogeneradores

• Tendencia en diseño de turbogeneradores a vapor industriales:• Alabes de reacción;• Altos parámetros de vapor cuando sea posible (>90 bar/ 500 ºC)• Incrementar el tamaño de las unidades para, asegurar la mayor

eficiencia del equipo

• La selección del equipo es hecha en función del punto de carga más frecuente• Se pueden incluir equipos que optimicen el ciclo como precalentadores, economizadores, etc.• Las inversiones están basadas en un completo panorama económico de instalación;


Componentes de la turbina

Valv. Control

Válvula Cierre rápido

Rotor

Carcaza –Fundida

Carcaza –Fundida

Buchas Laberinto

Caja del segmento inyector

Cuerpo del cojinete anterior

Cuerpo del cojinte posterior

Porta-alabes

Rotor


Influencia de los parámetros de entrada

Turbina de Contrapresión

Ejemplo: Flujo de vapor de entrada: 180 t/h - Eficiencia del TG: 84%

42bar(a) / 400ºC 42bar(a) / 400ºC 2,5bar(a)2,5bar(a)

Generación de Energía en la terminal del generador (MW)


65bar(a) / 510ºC65bar(a) / 510ºC2,5bar(a)2,5bar(a)



AlimentaciónEscape

+ 23%+ 23%

+ 4,6%+ 4,6%

+ 3,6%+ 3,6%

+ 5,9%+ 5,9%

EficienciaGeneración / ton combustible

+ 26.6 %+ 26.6 %

+ 5 %+ 5 %

+ 2.7%+ 2.7%

+ 2.5 %+ 2.5 %

36.8

35.5

33.5

32.0

26.0

Ref. Claderas eff 87.8%, PCI, combustible 50% H2O, PCI 1775kCal/kg



Influencia de los parámetros de entrada

Turbina de Condensación


65bar(a) / 510ºC65bar(a) / 510ºC0,15bar(a)0,15bar(a)



Ejemplo: Flujo de vapor de alimentación: 120 t/h - Eficiencia TG: 82%

+ 14.2%+ 14.2%

+ 3.4%+ 3.4%

+ 2.3%+ 2.3%

+ 3.3%+ 3.3%

+ 11.3%+ 11.3%

+ 2.5%+ 2.5%

+ 0.9 %+ 0.9 %

+ 1.1%+ 1.1%

35.0

34.2

33.1

32.0

28.0

Generación de Energía en la terminal del generador (MW)

AlimentaciónEscape

EficienciaGeneración / ton combustible

Ref. Claderas eff 87.8%, PCI, combustible 50% H2O, PCI 1775kCal/kg


Hablando de inversión

• Se entiende que por materiales, tecnología, etc. el incremento de presión y temperatura del vapor, también implica un aumento en la inversión

• Dicho aumento en inversión, tomando como base vapor de 62 bar/480°C, se desglosa como sigue:

• Caldera: aprox. 10% • Turbogenerador a Vapor: aprox. 7% • Tubería de vapor: aprox. 39%

• Sin embargo, el impacto en el monto total de inversión de cada equipo es diferente:

• Caldera: aprox. 40% • Turbogenerador a Vapor: aprox. 10-15% • Tubería de vapor: aprox. 8-10%


Siemens – Power GenerationPortafolios Turbinas a Vapor

Steam Turbines

Type

SST-010SST-050SST-060SST-100SST-110SST-111SST-150SST-200SST-300SST-400SST-500SST-600SST-700SST-800SST-900 250

Power Output (MWe)0,5 1 2 5 7 10 15 75 100

0,10,75

68,5

712

20

1050

65100100

175150

250

3 20 30 50 150 250


Gas Turbines

Type

SGT-100

SGT-200

SGT-300

SGT-400

SGT-500

SGT-600

SGT-700

SGT-750

Power Output (MWe)

5

7

8

15

19

25

31

36

25 500 5 10 15 20 30 35 40 45

SGT-800 50

Siemens – Power GenerationPortafolios Turbinas a Gas

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¡Gracias por su atención!

México D.F. , Julio 2014

Ing. Rodolfo Meza CoronaSiemens [email protected]

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