Projeto Ciclo Combinado Brayton Rankine - Análise de Retrofit com HRSG para Cogeração

Projeto Ciclo Combinado Brayton Rankine Considere o sistema de cogeração avaliado pelo seu grupo no projeto 2 Uma vez que a necessidade de eletricidade na região esta aumentando significativamente o gerente decidiu avaliar a possibilidade de um retrofit na planta para aumentar os excedentes de energia elétrica que podem ser vendidos para a rede Para isso seu grupo recebeu a missão de avaliar o potencial de produção de energia elétrica que se teria ao substituir a caldeira do sistema de cogeração do ciclo a vapor do projeto 2 por uma caldeira de recuperação HRSG Heat Recovery Steam Generation que utilizaria os gases de combustão de uma turbina a gás Neste caso o combustível para a turbina a gás seria gás natural pode assumir a composição molar do gás natural como CH4 A razão de pressão no compressor da turbina a gás é 22 e a temperatura máxima dos gases de combustão na entrada da turbina a gás é de 1280 ºC Após a combustão do gás natural na câmara de combustão os gases resultantes são expandidos na turbina a gás até uma pressão 10 kPa acima da pressão ambiente Ao deixar a turbina a gás o calor presente nos gases de combustão é aproveitado no HRSG Heat Recovery Steam Generation O dispositivo consiste de três trocadores de calor colocados em sequência superaquecedor evaporador e economizador que são utilizados para produção de vapor superaquecido A troca de calor na caldeira de recuperação pode ser demonstrada segundo a Figura 1 Figura 1 Distribuição de temperatura e energia transferida no HRSG Nesta figura temos uma comparação entre a temperatura dos fluidos quente gases de combustão e frios água e a uma representação da quantidade de energia transferida entre eles ao longo do HRSG O HRSG é dividido em três partes economizador onde a água é pré aquecida desde a temperatura de entrada até a uma temperatura próxima a saturação o evaporador onde ocorre a mudança de fase da água e o superaquecedor onde o vapor é superaquecido até a temperatura necessária a sua utilização no ciclo combinado Por questões de projeto não é recomendável que ocorra vaporização da água no economizador assim existe a necessidade de se garantir que a água que entra no evaporador ainda no estado de líquido comprimido o que é obtido garantindose que a temperatura na saída do economizador tenha um valor abaixo da saturação definindose assim a chamada temperatura approach também chamado de approach point como mostrado na figura Outro parâmetro importante da caldeira de recuperação é o chamado Pinch Point que se constitui a mínima diferença de temperatura entre o fluido quente e o fluido frio no HRSG Tais parâmetros são importantes no projeto de um HRSG para determinar a área de troca de calor em cada um dos equipamentos economizador evaporador superaquecedor Considere um approach point de 5ºC e um Pinch Point de 15ºC Dados adicionais A linha de gás natural fornece o produto a 500 kPa Eficiência isentrópica dos compressores 085 Eficiência isentrópica das turbinas a gás 092 A temperatura de saída dos gases de combustão do HRSG deve ser no mínimo 20ºC acima da temperatura do ponto de orvalho destes gases de combustão A diferença entre a temperatura de saída dos gases de combustão da turbina a gás e a temperatura do vapor superaquecido produzido no HRSG deve ser de no mínimo 30C caso não seja atendida essa condição reduza a temperatura do vapor gerado no HRSG Dimensione o sistema por paridade térmica o vapor produzido na HRSG deve ser o suficiente para atender só os processos Observação Em caso de que a irreversibilidade na turbina tenha resultado negativa no projeto 2 consulte com o professor para corrigir o enunciado A figura 2 apresenta o esquema da turbina a gás e o HRSG compressor gás 25 26 câmara de combustão 22 compressor ar 21 23 turbina a gás 24 Superaquecedor 27 Economizador 28 29 31 32 30 processo 1 turbina a vapor Uma notícia foi cadastrada na turma virtual ESTE01417 SISTEMAS TÉRMICOS 48h Turma NA2ESTE01417SA 20231 Projeto 3 complemento do enunciado Prezados Para complementar o enunciado do projeto 3 a partir dos balanços de massa e energia no ciclo combinado determinar a A vazão mássica de combustível gás natural na TG Turbina a gás em kgs b A relação arcombustível em base mássica na TG c A vazão de vapor gerado na caldeira de recuperação HRSG d A temperatura dos gases de combustão na saída do economizador do HRSG e A irreversibilidade em todos os componentes do ciclo combinado f A potência líquida da planta ciclo combinado g a potência elétrica que pode ser vendida para a rede h A eficiência energética de toda a planta ou FUE i A eficiência exergética de toda a planta j Determine se a planta atende os critérios de cogeração qualificada da ANEEL