Análisis técnico-económico de la refrigeración del aire de entrada de la turbina para una turbina de gas de gran potencia que funciona con gas de alto horno
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i9.15006Palabras clave:
Turbina de gas; Gas de Alto Horno (BFG); Modelado energético; Ciclo combinado; Siderúrgica; Enfriamiento de Aire de Entrada a la Turbina (TIAC).Resumen
El estudio fue desarrollado dentro de una planta siderúrgica integrada, ubicada en la ciudad de Río de Janeiro, con el objetivo de analizar la viabilidad técnico-económica de la instalación de un nuevo sistema de refrigeración por aire de entrada para las turbinas de gas. Las tecnologías aplicadas para tal fin se denominan tecnologías TIAC (Turbine Inlet Air Cooling). La planta de energía utiliza métodos de alta nebulización y enfriamiento evaporativo para reducir la temperatura del aire de entrada del compresor, sin embargo, las condiciones climáticas ambientales dificultan la potencia de salida de la turbina cuando se consideran los valores de operación del diseño. Por lo tanto, este estudio fue propuesto para analizar la instalación de un sistema de refrigeración adicional. La citada central dispone de dos turbinas de gas de gran potencia y una de vapor, conectadas en ciclo combinado. La capacidad nominal de generación de energía del ciclo es de 450 MW con cada una de las turbinas de gas responsables de 90 MW. Las turbinas de gas funcionan con gases de trabajo del acero, principalmente gas de alto horno (BFG) y gas natural. La planta tiene su propia estación meteorológica, que proporciona datos significativos y precisos sobre las condiciones climáticas locales durante el año 2017. Se creó un modelo informático interno para simular la generación de energía de la turbina de gas y el consumo de combustible considerando ambos casos: con el sistema TIAC propuesto y sin él, permitiendo evaluar el aumento de potencia debido al nuevo sistema de refrigeración. Los resultados apuntan a mejoras del 4,22% en la producción de energía, correspondientes a la demanda de electricidad de aproximadamente 3.2960 hogares brasileños por mes o ganancias anuales de 3,92 millones de dólares.
Citas
Alhazmy, M. M., & Najjar, Y. S. H. (2004). Augmentation of gas turbine performance using air coolers. Applied Thermal Engineering, 24(2–3), 415–429. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2003.09.006
Chaker, M, & Meher-Homji, CB. "Evaporative Cooling of Gas Turbine Engines: Climatic Analysis and Application in High Humidity Regions." Proceedings of the ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea, and Air. Volume 3: Turbo Expo 2007. Montreal, Canada. May 14–17, 2007. pp. 761-773. ASME. https://doi.org/10.1115/GT2007-27866.
Chowdhury, J. I., Hu, Y., Haltas, I., Balta-Ozkan, N., Matthew, G., & Varga, L. (2018). Reducing industrial energy demand in the UK: A review of energy efficiency technologies and energy saving potential in selected sectors. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 94(July), 1153–1178. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.06.040
Ehyaei, M. A., Tahani, M., Ahmadi, P., & Esfandiari, M. (2015). Optimization of fog inlet air cooling system for combined cycle power plants using genetic algorithm. Applied Thermal Engineering, 76, 449–461. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.11.032
Ersayin, E., & Ozgener, L. (2015). Performance analysis of combined cycle power plants: A case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 43, 832–842. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.082
Geerdes, M., Toxopeus, H., Vaynshteyn, R., & Van Laar, R. (2009). The future of BF ironmaking - lowering hot metal costs with innovative processes. Millenium Steel, 29–32. file://ce/rd_organisation/PRC-ISC/Common/03. Technology/01. Literature/POS3096 - Geerdes et al - The future of BF ironmaking - lowering hot metal costs with innovative processes.pdf
Green, J., Strickland. A., Kimsesiz, E., Temucin, I., (1996). Blast furnace gas fired boiler for Eregli Iron & Steel Works (Erdemir). Turkey. Proceedings of the American Power Conference, p. 1218-1223.
He, K., & Wang, L. (2017). A review of energy use and energy-efficient technologies for the iron and steel industry. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70(June 2015), 1022–1039. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.007
Ibrahim, T. K., Mohammed, M. K., Awad, O. I., Abdalla, A. N., Basrawi, F., Mohammed, M. N., Najafi, G., & Mamat, R. (2018). A comprehensive review on the exergy analysis of combined cycle power plants. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 90(March), 835–850. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.072
Ibrahim, T. K., Rahman, M. M., & Abdalla, A. N. (2011). Improvement of gas turbine performance based on inlet air cooling systems: A technical review. International Journal of Physical Sciences, 6(4), 620–627. https://doi.org/10.5897/IJPS10.563
Jeffs, E. (2008). Generating Power at High Efficiency: Combined Cycle Technology for Sustainable Energy. UK: Woodhead Publishing. 1ª edição (8 maio 2008).
Kakaras, E., Doukelis, A., & Karellas, S. (2004). Compressor intake-air cooling in gas turbine plants. Energy, 29(12-15 SPEC. ISS.), 2347–2358. https://doi.org/10.1016/j.energy.2004.03.043
Modesto, M., & Nebra, S. A. (2009). Exergoeconomic analysis of the power generation system using blast furnace and coke oven gas in a Brazilian steel mill. Applied Thermal Engineering, 29(11–12), 2127–2136. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.12.033
Noroozian, A., & Bidi, M. (2016). An applicable method for gas turbine efficiency improvement. Case study: Montazar Ghaem power plant, Iran. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 28, 95–105. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2015.11.032
Omar Kamal, S. N., Salim, D. A., Mohd Fouzi, M. S., Hong Khai, D. T., & Yusri Yusof, M. K. (2017). Feasibility Study of Turbine Inlet Air Cooling using Mechanical Chillers in Malaysia Climate. Energy Procedia, 138, 558–563. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.10.159
Peacey, J.G. & Davenport, W.G. (1979). The Iron Blast Furnace: Theory and Practice. Pergamon Press.
Pereira, A.S., Shitsuka, D.M., Parreira, F.J. & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica: UFSM.
Poullikkas, A. (2005). An overview of current and future sustainable gas turbine technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9(5), 409–443. https://doi.org/10.1016/j.rser.2004.05.009
Pugh, D., Giles, A., Hopkins, A., O’Doherty, T., Griffiths, A., & Marsh, R. (2013). Thermal distributive blast furnace gas characterisation, a steelworks case study. Applied Thermal Engineering, 53(2), 358–365. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.05.014
Ryzhkov, A. F., Levin, E. I., Filippov, P. S., Abaimov, N. A., & Gordeev, S. I. (2016). Making More Efficient Use of Blast-Furnace Gas at Russian Metallurgical Plants. Metallurgist, 60(1–2), 19–30. https://doi.org/10.1007/s11015-016-0247-1
Santos, A. P., & Andrade, C. R. (2012). Analysis of gas turbine performance with inlet air cooling techniques applied to Brazilian sites. Journal of Aerospace Technology and Management, 4(3), 341–353. https://doi.org/10.5028/jatm.2012.04032012
Shi, X., Agnew, B., Che, D., & Gao, J. (2010). Performance enhancement of conventional combined cycle power plant by inlet air cooling, inter-cooling and LNG cold energy utilization. Applied Thermal Engineering, 30(14–15), 2003–2010. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.05.005
Shirazi, A., Najafi, B., Aminyavari, M., Rinaldi, F., & Taylor, R. A. (2014). Thermal-economic-environmental analysis and multi-objective optimization of an ice thermal energy storage system for gas turbine cycle inlet air cooling. Energy, 69, 212–226. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.02.071
Shukla, A. K., & Singh, O. (2016). Performance evaluation of steam injected gas turbine based power plant with inlet evaporative cooling. Applied Thermal Engineering, 102, 454–464. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.03.136
Soares, C. (2015). Gas Turbines: A Handbook of Air, Land and Sea Applications. Butterworth-Heinemann; (2a ed.).
Temir, G., & Bilge, D. (2004). Thermoeconomic analysis of a trigeneration system. Applied Thermal Engineering, 24(17–18), 2689–2699. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2004.03.014
Toyoaki KOMORI, Hiroyuki HARA, H. A. and Y. K. (2003). Design for F Class Blast Furnace Gas Firing 300 MW Gas Turbine Combined Cycle Plant. Proceedings of the International Gas Turbine Congress, c, 1–8.
Uribe-Soto, W., Portha, J. F., Commenge, J. M., & Falk, L. (2017). A review of thermochemical processes and technologies to use steelworks off-gases. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74(March), 809–823. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.008
Yao, H., Sheng, D., Chen, J., Li, W., Wan, A., & Chen, H. (2013). Exergoeconomic analysis of a combined cycle system utilizing associated gases from steel production process based on structural theory of thermoeconomics. Applied Thermal Engineering, 51(1–2), 476–489. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.09.019
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2021 Raphael Camargo da Costa; Cesar Augusto Arezo e Silva Jr.; Júlio Cesar Costa Campos; Washington Orlando Irrazabal Bohorquez; Rogerio Fernandes Brito; Antônio M. Siqueira
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores que publican en esta revista concuerdan con los siguientes términos:
1) Los autores mantienen los derechos de autor y conceden a la revista el derecho de primera publicación, con el trabajo simultáneamente licenciado bajo la Licencia Creative Commons Attribution que permite el compartir el trabajo con reconocimiento de la autoría y publicación inicial en esta revista.
2) Los autores tienen autorización para asumir contratos adicionales por separado, para distribución no exclusiva de la versión del trabajo publicada en esta revista (por ejemplo, publicar en repositorio institucional o como capítulo de libro), con reconocimiento de autoría y publicación inicial en esta revista.
3) Los autores tienen permiso y son estimulados a publicar y distribuir su trabajo en línea (por ejemplo, en repositorios institucionales o en su página personal) a cualquier punto antes o durante el proceso editorial, ya que esto puede generar cambios productivos, así como aumentar el impacto y la cita del trabajo publicado.
