Optimización de centrales de ciclo combinado con turbina de gas parcialmente regenerativa

Abstract

El objetivo del presente artículo es el análisis y la optimización de una propuesta de ciclo combinado con turbina de gas parcialmente regenerativa y con calderas de recuperación de calor de dos y tres niveles de presión con recalentamiento. En la actualidad, la totalidad de los ciclos combinados instalados consisten en turbinas de gas de ciclo simple o de combustión secuencial, cuyo gas de escape se emplea para producir vapor en calderas de dos o tres niveles de presión, con la finalidad última de producir potencia en una turbina de vapor. Comercialmente no se han empleado turbinas de gas de ciclo regenerativo, debido a que la introducción de un regenerador introduce cierta complejidad en el ciclo y, aunque permite el ahorro combustible, también merma la producción de vapor por la disminución de la temperatura del gas a la entrada de la caldera. No obstante lo anterior, existen trabajos (por ejemplo [1]) en los que se demuestra la viabilidad termodinámica de las turbinas de gas de ciclo regenerativo en ciclos combinados. La configuración objeto de estudio (propuesta en [2]) consiste en la introducción de una regeneración parcial del aire proveniente del compresor con parte de los gases de escape de la turbina. El resto de la fracción másica de gases de escape se dirige a los intercambiadores de calor de mayor temperatura de la caldera de recuperación de calor (sobrecalentador de alta y recalentador, en su caso), manteniendo intacta la temperatura máxima alcanzable por el ciclo de vapor. Ambas corrientes se vuelven a mezclar antes de la entrada al evaporador de alta presión, continuando por el resto de intercambiadores (economizadores e intercambiadores del nivel de baja presión). Con objeto de comparar de forma homogénea las distintas configuraciones se procede a tres tipos de optimizaciones: (1) una optimización exclusivamente termodinámica, con el rendimiento térmico del ciclo como función a maximizar; (2) una optimización termodinámica limitando el tamaño de los equipos de transferencia de calor (regenerador + caldera de recuperación); y (3) una optimización termoeconómica minimizando el coste de producción.