Análisis exergético del condensador principal de la central de ciclo combinado Ventanilla

Abstract

En la presente tesis se realizó el análisis energético - exergético para el condensador principal tipo triple presión de la turbina a vapor, en la central termoeléctrica de ciclo combinado Ventanilla con potencia efectiva total en 2X1 de 485MW perteneciente al SEIN, la misma que se encuentra ubicada en el distrito de Ventanilla, provincia del callao, departamento de Lima. Para llevar a cabo el presente análisis, se presenta en el Capítulo I la descripción de la metodología de investigación, del cual forman parte antecedentes desarrollados por algunos autores en temas relacionados con análisis termodinámicos en condensadores principales de ciclos combinados, así mismo se hace referencia a la descripción de la problemática referente a la disminución de potencia de 3MW en el ciclo combinado, además formulamos el problema principal ¿ De qué manera el análisis energético-exergético del condensador principal de la turbina a vapor del ciclo combinado, contribuirá a diagnosticar las pérdidas y exceso de irreversibilidades en éste?, de otro lado en este capítulo planteamos la hipótesis en relación a plantear técnicas correctivas de los puntos críticos encontrados, para lo cual establecemos las respectivas variables e indicadores. En el Capítulo II del presente análisis desarrollamos el marco teórico el cual presenta el análisis térmico de volúmenes de control el cual hace referencia a los estudios de intercambio de masa, energía, entropía y energía en los volúmenes de control y el medio que lo rodea, así mismo presentamos el balance de energía, entropía y exergía en estado permanente, también consideramos las eficiencias que se calculan a partir de la primera y segunda ley de la termodinámica. Se presenta el concepto de exergía como producto de la unión de la primera y segunda ley de la termodinámica, que representa el trabajo útil máximo que puede obtenerse de la cantidad de energía de un sistema, cuando dicho sistema tiende a un estado final de equilibrio con su ambiente de referencia. Se determina la energía y exergía de las principales corrientes de masa, calor y trabajo involucradas en el condensador principal de la planta de estudio, el cual es responsable de lograr la máxima expansión del vapor de la turbina y en consecuencia la máxima transformación a trabajo mecánico El Capítulo III describe de forma amplia la función de los equipos principales que forman parte del ciclo combinado. En el Capítulo IV se presenta el proceso de cálculo exergético del condensador, el cual considera el análisis térmico del condensador, aplicando el análisis energético y posteriormente el análisis exergético, finalizando con el desarrollo de las ecuaciones para el cálculo de la eficiencia energética y exergético del condensador, el cual nos permitió evaluar el comportamiento y encontrar los problemas operativos del condensador principal. El Capítulo V presenta los resultados correspondientes a la evaluación energética-exergético del condensador comparándolo con los resultados energéticos y exergético obtenidos a condiciones de operación con los resultados de potencia efectiva al 100% de carga. De la comparación realizada, los resultados obtenidos muestran que para las condiciones de operación, la eficiencia energética es menor a la obtenida por la prueba de potencia efectiva, estos resultados pueden ser explicados porque con la prueba de potencia efectiva se tiene un menor gasto másico del vapor de escape. Así mismo del análisis energético-exergético analizado define la hipótesis planteada, la cual ha permitido mostrar los procedimientos para evaluar térmicamente el condensador principal. Además, a las condiciones de operación 2x1 al 100% de carga hemos obtenido que para pruebas de potencia efectiva se obtiene una mayor eficiencia exergético respecto a las condiciones de operación 2x1 al 100% de carga. Finalmente concluimos que mediante el análisis exergético es posible detectar degradaciones de energía en un sistema, en nuestro caso encontramos que con el análisis energético la energía perdida se localiza en el calor perdido en el condensador y el calor desechado al medio ambiente, por otro lado del análisis exergético se observa que la capacidad de producir trabajo o potencia (exergía) se pierde durante la operación del condensador, así mismo con el análisis exergético se identifica y cuantifican perdidas por irreversibilidades ocasionadas por producción de entropía al interior del equipo.

In this thesis the energy-exergetic analysis was carried out for the main triple-pressure condenser of the steam turbine, in the Ventanilla combined-cycle thermoelectric power station with total effective power in 2X1 of 485MW belonging to the SEIN, which is located in the district of Ventanilla, province of Callao, department of Lima. In order to carry out the present analysis, the description of the research methodology is presented in Chapter I, of which antecedents developed by some authors on topics related to thermodynamic analysis in main condensers of combined cycles, likewise refers to the description of the problem regarding the 3MW power reduction in the combined cycle, we also formulate the main problem in which way the energy-exergy analysis of the main condenser of the steam turbine of the combined cycle, will help to diagnose the losses and excess of irreversibilities in this one? On the other hand in this chapter we propose the hypothesis in relation to propose corrective techniques of the critical points found, for which we establish the respective variables and indicators. In Chapter II of this analysis we develop the theoretical framework which presents the thermal analysis of control volumes which refers to the studies of mass, energy, entropy and energy exchange in the control volumes and the environment that surrounds it, likewise we present the balance of energy, entropy and exergy in permanent state, we also consider the efficiencies that are calculated from the first and second law of thermodynamics. The concept of exergy is presented as a product of the union of the first and second law of thermodynamics, which represents the maximum useful work that can be obtained from the amount of energy of a system, when said system tends to a final state of equilibrium with its reference environment. The energy and exergy of the main currents of mass, heat and work involved in the main condenser of the study plant is determined, which is responsible for achieving the maximum expansion of the steam of the turbine and consequently the maximum transformation to mechanical work Chapter III describes in a comprehensive manner the function of the main equipment that is part of the combined cycle. Chapter IV presents the process of exergy calculation of the capacitor, which considers the thermal analysis of the condenser, applying the energy analysis and later the exergy analysis, ending with the development of the equations for the calculation of the energy and exergy efficiency of the capacitor, which allowed us to evaluate the behavior and find the operational problems of the main capacitor. Chapter V presents the results corresponding to the energy-exergy evaluation of the condenser comparing it with the energetic and exergy results obtained at operating conditions with the results of effective power at 100% load. From the comparison made, the results obtained show that for the operating conditions, the energy efficiency is lower than that obtained by the effective power test, these results can be explained because with the effective power test there is a lower mass expense of the exhaust steam. Likewise, the analyzed energy-exergy analysis defines the hypothesis, which has allowed to show the procedures to thermally evaluate the main capacitor. In addition to operating conditions 2x1 at 100% load we have obtained that for effective power tests a greater exergetic efficiency is obtained compared to operating conditions 2x1 at 100% load. Finally we conclude that by means of exergy analysis it is possible to detect energy degradation in a system, in our case we find that with the energy analysis the lost energy is located in the heat lost in the condenser and the heat discarded to the environment, on the other hand exergy analysis is observed that the ability to produce work or power (exergy) is lost during the operation of the condenser, likewise with the exergy analysis is identified and quantified losses by irreversibilities caused by entropy production within the team.