Ciclo combinado Huinala
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El documento describe el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado en Huinalá, México. Consta de 4 turbinas de gas que generan electricidad y 4 calderas de recuperación que aprovechan el calor residual de los gases de escape para generar vapor e impulsar una turbina de vapor adicional. En total, la planta tiene una capacidad instalada de 1,047.46 MW provenientes de 8 unidades generadoras que combinan procesos de turbina de gas y vapor para lograr una generación más eficiente.
Ciclo combinado Huinala
- 1. Turbomaquinaria Introducción El Ciclo Combinado de Huinalá implica la existencia de una turbina de gas, una caldera y una turbina de vapor. Básicamente, se trata de generar electricidad a partir de la combustión de un gas. Los gases de la combustión pasan a una turbina de gas que mueve el alternador a la salida de la turbina, los gases han perdido temperatura y presión pero aún contienen la suficiente energía como para aprovecharla en la caldera de recuperación de calor. Una caldera es básicamente un intercambiador de calor a contracorriente donde el gas calienta un grupo de tubos por donde circula agua o vapor cuya energía se aprovecha en la turbina de vapor que a su vez acciona un alternador. Funcionamiento Un ciclo combinado Huinalá es una central térmica de generación de energía eléctrica que, además del grupo de vapor propio de las centrales térmicas convencionales, dispone de una o varias turbinas de gas cuyos gases de escape son enviados a una o varias calderas, donde ceden gran parte de su energía térmica, a fin de generar el vapor empleado en accionar la turbina de vapor. La turbina, cuya función es la de transformar la entalpía de los gases en energía mecánica de rotación, acciona el compresor de aire y el alternador. Los gases de escape, que abandonan la turbina de gas con una temperatura comprendida entre los 500º C y los 650º C, tienen una entalpía elevada y se envían a una caldera para su aprovechamiento. La caldera actúa como un intercambiador de calor en el que el fluido caliente son los gases de escape de la turbina de gas, que circulan por el lado carcasa, mientras que el fluido frío es el agua-vapor que circula por el interior de los tubos. Las calderas asociadas a los ciclos combinados habitualmente trabajan con dos o tres niveles de presión. La turbina de vapor es similar a la de una central térmica convencional con algunas diferencias, tales como trabajar a menor presión y no disponer de extracciones de vapor para calentar los sistemas de condensado y agua de alimentación.
- 2. Turbomaquinaria Conceptos generales Turbina de gas. La turbina a gas es un motor de combustión interna, igual a la que usan los aviones, es decir, que cuenta con una cámara de combustión que debe ser alimentada por un combustible (diesel o gas) y aire comprimido (para quemar el combustible). Esta combustión genera gases tan potentes que se utilizan para hacer girar una turbina que esta acoplada a un generador de electricidad. La turbina es impulsada por el gas de combustión generado en la cámara que esta se llama turbina a gas y no porque el combustible usado haya sido gas. Cabe indicar que este sistema aprovecha sólo el 35% del calor generado por el combustible, quedando el 65% de energía libre a través de sus gases de escape eliminados a 600ºC. Turbina de Vapor. La turbina a vapor es un motor de combustión externa que funciona en base a vapor generado por una caldera. En este caso el vapor tiene la potencia suficiente para hacer girar una turbina a vapor que esta acoplada a un generador eléctrico. Esta instalación de generación eléctrica puede fácilmente utilizar los gases que elimina la turbina a gas para producir vapor sin combustible adicional.
- 3. Turbomaquinaria Calderas de Recuperación de calor. Este equipo genera vapor de agua aprovechando la energía disponible en los gases de escape de la Turbina de Gas, el cual se expansiona en la Turbina de Vapor. En este tipo de instalaciones se dispone de una caldera de Recuperación por cada Turbina de Gas. En la caldera de recuperación el agua pasa por tres sectores: El economizador. El sector de evaporación. El sector de recalentamiento. En el primer sector el agua se calienta hasta la temperatura de vaporización y en el último se sobrecalienta hasta temperaturas máximas del orden de los 540oC aprovechando las altas temperaturas a las que ingresan los gases de escape de la turbina de gas a la caldera de recuperación. Sistema de condensado. El sistema de condensado se utiliza, en el recorrido hacia las calderas de recuperación, como fluido refrigerante en los siguientes intercambiadores de calor: en el condensador extractor de vapor de sellos, situado en el colector de descarga de las bombas de condensado; en los dos enfriadores de purgas, situados, cada uno de ellos, en un ramal que parte de la línea de condensado que se dirige al economizador de baja presión de la caldera de recuperación correspondiente. Otra de las funciones del sistema es mantener el nivel de agua en el condensador de forma controlada.
- 4. Turbomaquinaria Desarrollo Construcción de la Central de Ciclo Combinado de Huinalá a) Primera Etapa La dirección de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), a partir del mes de Agosto de 1980 se inició la construcción de la Central Ciclo Combinado Huinalá en esta Región, como parte del plan de emergencia para incrementar la capacidad disponible del sistema eléctrico nacional. Seleccionándose la subestación Huinalá por reunir los requisitos requeridos para este fin, tales como cercanía a los centros de consumo que permite reducir la transmisión de energía y la infraestructura eléctrica necesaria para que en un corto plazo se interconectara al sistema eléctrico nacional. Se procedió a la construcción y montaje de 4 turbinas de gas de una capacidad de 63.73 MW cada una a condiciones de sitio, que sumadas dan una capacidad de 254.92 MW. La generación producida por estas unidades tiene salida directa a dos transformadores elevadores de 160 MVA 13.8/230 kV cada uno. Esta primera etapa quedó concluida con la entrada comercial de las 4 unidades en el siguiente orden: UNIDAD No. 1.- 04 de Julio de 1981 UNIDAD No. 2.- 21 de Mayo de 1981 UNIDAD No. 3.- 27 de Mayo de 1981 UNIDAD No. 4.- O5 de Junio de 1981 b) Segunda Etapa Se inició el día 15 de Mayo de 1982, con la construcción y montaje de una turbina de vapor de 135.3 MW y cuatro generadores de vapor por recuperación de calor (CDRC), los cuales aprovechan los gases de escape de cada turbina de gas en forma independiente. Asimismo, se inició la construcción de la planta de tratamiento de aguas negras para el enfriamiento del condensador de la turbina de vapor. La unidad de vapor o número 5 fue entregada comercialmente el día 5 de Julio de 1985.
- 5. Turbomaquinaria Huinala Capacidad En las instalaciones de esta central se cuenta con ocho unidades generadoras para una capacidad instalada total de 1,047.46 MW. Ubicación La planta termoeléctrica está ubicado en el municipio de Pesquería del estado de Nuevo León. Su localización exacta es en el km 12.5 de la carretera que va de Monterrey a Dulces Nombres. Conclusiones La central de Huinala es de ciclo combinado, es decir que funciona a partir de la integración de dos diferentes tipos de unidad generadora: turbina de gas y vapor. El proceso de combustión de las centrales de ciclo combinado es el más eficiente entre todos los tipos de generación termoeléctrica convencional, ya que la combinación de los dos tipos de generación permite el máximo aprovechamiento de los combustibles utilizados y cuenta con una capacidad instalada total de 1,047.46 MW.