TGM TURBINAS TECNOLOGIA E SOLUÇÕES PARA MELHOR EFICIÊNCIA NA GERAÇÃO DE ENERGIA CICLO A VAPOR COM AQUECIMENTO REGENERATIVO

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1 TGM TURBINAS TECNOLOGIA E SOLUÇÕES PARA MELHOR EFICIÊNCIA NA GERAÇÃO DE ENERGIA CICLO A VAPOR COM AQUECIMENTO REGENERATIVO Novembro de 2012

2 PROGRAMA Introdução Ciclo a Vapor Cálculo de Combustível Histórico, níveis de operação de caldeiras/turbinas Ganhos energéticos / Consumo específico Ciclo a Vapor com regeneração de calor Comparação entre Ciclo Convencional x Ciclo Regenerativo Conclusões

3 Introdução

4 UNIDADES TGM Área Total : m 2 Introdução

5 Matriz Energética Brasileira x potencia instalada TGM MW Matriz gera MW Biomassa gera MW TURBINAS TGM GERAM MW DE ENERGIA NO BRASIL, QUE REPRESENTAM: 89% DA ENERGIA POR BAGAÇO DE CANA(6.648 MW) 72% DA ENERGIA POR BIOMASSA (8.162) 5% DA POTÊNCIA INSTALADA DO BRASIL( MW)

6 Ciclo a Vapor Rankine

7 Ciclo Rankine O ciclo Rankine descreve a operação de turbinas a vapor comumente encontradas nas usinas para produção de energia. Existem quatro fases em um ciclo Rankine: Fase 1-2 Compressão: o fluido é bombeado de uma pressão baixa para uma pressão alta utilizando-se uma bomba. O bombeamento requer algum tipo de energia para se realizar. Fase 2-3 Transferência de calor isobárica: o fluido pressurizado entra numa caldeira, onde é aquecido a pressão constante até se tornar vapor superaquecido. Fase 3-4 Expansão: o vapor superaquecido expande através de uma turbina para gerar trabalho. Idealmente, esta expansão é isoentrópica. Com esta expansão, tanto a pressão quanto a temperatura se reduzem. Fase 4-1 Transferência de calor: o vapor então entra num condensador, onde ele é resfriado até a condição de líquido saturado. Este líquido então retorna à bomba e o ciclo se repete.

8 Ciclo Rankine

9 Cálculo de Consumo de Combustível

10 Cálculo de Consumo de Combustível CC = Fluxo de vapor x (Entalpia T(água entrada)) Sendo: PCI x eficiência da caldeira Fluxo de vapor desejado; Entalpia do vapor de saída da caldeira (Mollier); Temperatura da água na entrada da caldeira; PCI=Poder calorífico inferior do combustível; Eficiência da Caldeira.

11 NÍVEIS DE OPERAÇÃO EM TURBINAS

12 Níveis de Operação Ganho Energético com o aumento da Pressão e Temperatura do vapor - Condensação valores ideais. 140kgf/cm C 100 kgf/cm C 30 kj/kg 81 kgf/cm C 39 kj/kg 65 kgf/cm C 82 kj/kg 130 kj/kg 42kgf/cm C 170 kj/kg 21kgf/cm C 705 kj/kg 6,743 kj/kg ºC 0,10 bar(a) ~ 45,8 C

13 Níveis de Operação 7 Consumo Específico - Turbina de Condensação 6 5,9 5 Kg vapor/kwh ,67 3,45 3,34 3, /300 42/420 65/485 81/ / /540

14 CICLO A VAPOR RANKINE COM AQUECIMENTO REGENERATIVO

15 Ciclo Rankine Regenerativo É caracterizada pelo pré-aquecimento do condensado antes de entrar na caldeira; O Ciclo Rankine Regenerativo é nomeado desta forma devido ao fato do fluido(água) ser reaquecido após sair do condensador até a entrada na caldeira, aproveitando parte do calor contido no fluido(vapor) liberado pela turbina. Isto aumenta a temperatura média do fluido em circulação, o que aumenta a eficiência termodinâmica do ciclo.

16 Ciclo Regenerativo

17 Ciclo Regenerativo

18 Ciclo Regenerativo

19 Equipamentos - Caldeira Ciclo Rankine Ciclo Rankine Regenerativo 160 C - Temperatura gases de saída Temperatura água de 115 C alimentação Economizador 160 C - Temperatura gases de saída Vapor 21 Kgf/cm² / Temp. 373 C 195 C 115 C Temperatura água de alimentação Economizador Água 21 Kgf/cm² / Temp. 373 C 30 C Temperatura do ar na entrada do Pré-Ar 105 C Vapor 1,5 Kgf/cm² / Temp.127 C 30 C Temperatura do ar na entrada do Pré-Ar Água 1,5 Kgf/cm² / Temp. 127 C Eficiência da Caldeira = 87,9% Eficiência da Caldeira = 87,9% Em geral nossas caldeiras já são dimensionados para receber a água de alimentação a temperatura em torno de 110 C a 120 C. * Entretanto nos ciclo de condensação a temperatura do condensado gira em torno de 45 a 50 C *.

20 Mesmo aumentando a relação vapor/combustível, a eficiência da caldeira praticamente não se altera. Isso ocorre pelo fato de: Ƞcaldeira = 100 (q2+q3+q4+q5+q6+q7) onde, q = perda de calor q2: pelos gases de exaustão q3: por combustão química incompleta q4: por combustão mecânica incompleta q5: pelas superfícies de radiação e convecção q6: devido as cinzas q7: pelas sangrias das caldeira

21 Ciclo Rankine Regenerativo Consumo de Combustível Produção 250 t/h de vapor Considerando uma Caldeira 68 kgf/cm² C» Relação Temperatura da Água de Alimentação e do Ar 114,0 112,0 112,1 Consumo de Bagaço - t/h 110,0 108,0 106,0 104,0 102,0 100,0 98,0 110,1 108,2 106,4 104,2 102,5 101,2 100,4 Consumo de Bagaço (t/h) 96,0 94,0 115/30 145/60 160/75 165/85 170/95 180/ / /105 Temperratura da Água de Alimentação / Ar

22 Equipamentos - Turbina Vazão de Vapor 161,0 t/h Ciclo Rankine Geração de Energia 46 MWh Ciclo Rankine Regenerativo Vazão de Vapor 170,0 t/h Geração de Energia 46,0 MWh Temperatura água de alimentação Economizador 115 C Temperatura água de alimentação Economizador 160 C Eficiência da Turbina = 87,7 % Eficiência da Turbina = 86,9% Com ciclo regenerativo, se mantivermos a mesma quantidade de combustível, podemos gerar até 7% a mais em energia elétrica.

23 Dados correspondentes a uma instalação: p o = 120 Bar(a), t o = 535 o C e p cond = 0,10 Bar(a)

24 Usina Convencional Ciclo Rankine 160 C Temperatura gases de saída Vazão de Vapor 154,7 t/h Geração de Energia 46 MWh Bagaço 70,1 t/h 115 C Temperatura água de alimentação 30 C Temperatura do ar na entrada do Pré-Ar Rendimento do Ciclo = 28,48%

25 Usina Eficiente Ciclo Rankine Regenerativo 160 C Temperatura gases de saída Vazão de Vapor 166,9 t/h Geração de Energia 46 MWh Bagaço 67,0 t/h Temperatura água de alimentação Economizador 195 C 127 C 105 C 90 C Temperatura do ar na entrada do Pré-Ar 30 C Rendimento do Ciclo = 30,02%

26 CONCLUSÕES

27 CONCLUSÕES Tecnicamente, quanto maior o nível de pressão e temperatura do vapor, mais eficiente será o ciclo; Há uma busca cada vez maior por eficiência energética, para aproveitar ao máximo a energia disponível; Não existe uma fórmula padrão, apenas com analises detalhadas é que se pode determinar a melhor solução para cada projeto.

28 CONCLUSÕES A TGM possui uma equipe de Engenharia de Aplicação treinada para realizar estudos detalhados para definição da melhor solução para geração de energia elétrica.

29 Eng José Tércio Sabia Jr. (16) Rod. Armando de Salles Oliveira, Km 4,8 - Dist.Ind. CEP: Sertãozinho - SP - Brasil Tel.: Fax:

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