Upgrades em turbinas a gás muitas vezes são um caminho econômico para aumentar a capacidade e flexibilidade de uma instalação de ciclo combinado ou uma frota. De aeroderivativas até máquinas industriais (heavy duty), quase todos os OEMs (do inglês Original Equipment Manufacturer) de turbinas a gás oferecem pacotes de atualização para todos os tamanhos de turbinas.
A General Electric (GE), por exemplo, lançou recentemente upgrades para a frota de turbinas a gás GE 7FA visando aumentar a potência. Enquanto as vantagens em termos de aumento da capacidade global prevista são óbvias, é preciso alguma investigação e análise para determinar o impacto sobre a caldeira recuperação de calor (HRSG – Heat Recovery Steam Generator) e Balance of Plant (BoP) equipamento.
Isto é particularmente importante com modernas caldeiras de recuperação de calor (HRSG) com reaquecimento e três níveis de pressão uma vez que as interações entre os diferentes sistemas e seus limites originais de projeto são difíceis de se avaliar. Quase todas as atualizações em turbinas a gás alteram a quantidade de energia disponível para a recuperação de calor. O efeito pode ser devido ao aumento da vazão mássica na exaustão da turbina a gás, aumento da temperatura de exaustão da turbina a gás, diferença na composição do gás resultante da combustão, ou a combinação dessas três consequências.
Mesmo as modificações que não resultam numa alteração significativa para a energia total (isto é, aumento da vazão mássica em uma temperatura inferior ou vice-versa) podem impactar a HRSG. Isto ocorre devido ao fato de a HRSG ter sido projetada com base nas condições originais do gás de exaustão da turbina a gás.
Alterações no fluxo de exaustão têm diferentes impactos em diferentes máquinas. Avaliar o impacto em cada seção de uma HRSG moderna, com três níveis de pressão e reaquecimento é um procedimento complexo, pois as interações entre os sistemas podem ser difíceis de serem alcançadas sem um modelo de computacional.
Ferramentas precisas de avaliação de desempenho são necessárias para compreender plenamente as implicações. Além disso, um modelo de computador pode ser ajustado para a condição de desempenho das HRSG e, com isso, identificar algumas deficiências para prever, com melhor precisão, a variação líquida resultante após a atualização.
Vamos verificara como atualizações de turbinas a gás podem alterar o desempenho esperado em cada equipamento do sistema.
SUPERAQUECEDORES
Superaquecedores são projetados para receber vapor saturado e aumentar sua temperatura a um patamar bem mais elevado para aumentar o desempenho da turbina a vapor. Superaquecedores são as mais afetadas por mudanças na temperatura de exaustão. Devido ao custo do material usado para o header e os tubos, que são adequados para temperaturas e pressões elevadas, a maioria dos fabricantes de equipamentos minimiza a “margem adicional” ao finalizar a seleção destes componentes.
Se o software de cálculo de projeto de caldeira afirma uma espessura mínima de 0,150″ para as condições de projeto e metalurgia, o mais provável é que o OEM irá fornecer um tubo de espessura mínima de 0,150″ de . Muitas vezes, os números não funcionam tão bem; o cálculo pode exigir uma parede do tubo de 0,145”, mas a espessura do tubo padrão que corresponde a esta exigência é 0,150″. Neste caso, o OEM provavelmente fornecerá o tubo de parede mínima de 0,150” em vez de encomendar um serviço customizado, portanto, têm uma margem extra no projeto.
EVAPORADORES
Evaporadores servem para gerar vapor a partir de um sistema de alimentação de água. A superfície de transferência de calor é especificada para proporcionar uma quantidade específica de vapor para atender a um conjunto de condições estipuladas no projeto. Em unidades com queima suplementar, a geração de vapor é normalmente definida pelas condições que queima.
Quando a turbina a gás for modificada, o evaporador pode gerar mais vapor do que originalmente projetado, particularmente se os queimadores são acionados para a mesma carga. Neste cenário, é possível exceder a capacidade de vapor nominal da unidade. Assim, deve tomar as precauções adequadas para limitar a queima.
As unidades sem queima suplementar não foram concebidas para um aumento do fluxo de vapor acima do previsto no caso de carga total em condições ambientes mais baixas uma vez que não existe um mecanismo (queima suplementar) para aumentar o fornecimento de energia para o sistema.
Como resultado, um upgrade de turbina que aumenta a capacidade pode requerer redução de carga ou runbacks da turbina em certas condições. Um ajuste na HRSG pode ser necessário em tais situações.
Este artigo foi traduzido do blog da Turbomachinery Magazine. O artigo original, em inglês, pode ser acessado no link:
Turbomachinery Magazine – Impacto de upgrades da turbina a gás no BoP