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CONVERS O DE UMA CENTRAL TERMELéTRICA CONVENCIONAL A VAPOR PARA

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CONVERS O DE UMA CENTRAL TERMELéTRICA CONVENCIONAL A VAPOR PARA Powered By Docstoc
					       CONVERSÃO DE UMA CENTRAL TERMELÉTRICA
    CONVENCIONAL A VAPOR PARA OPERAR EM FORMA DE
         CICLO COMBINADO COM TURBINA A GAS


                     PROF. DR. JOSÉ R. SIMÕES-MOREIRA
                       ENG. MARCELO MENDES VIEIRA


        ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
              DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
    SISEA – LABORATÓRIO DE SISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS
                  AV. PROF. MELLO MORAES, 2231
                05508-900, SÃO PAULO, SP – BRASIL
                       E-MAIL: jrsimoes@usp.br



RESUMO

        Neste trabalho estudou-se a seleção de uma ou mais turbinas a gás para
uma central termelétrica convencional a vapor de capacidade nominal de 80 MW.
No estudo, foram examinadas as condições operacionais para a instalação de
uma ou mais turbinas a gás que permitem que a central termelétrica atual seja
convertida para uma central de ciclo combinado. Portanto, trata-se de um trabalho
de reengenharia da central convencional a vapor para que esta opere na forma de
ciclo combinado com as conseqüentes melhoras de eficiência energética global.
Dados realistas de quatro fabricantes de turbinas a gás de grande porte foram
obtidos e analisados no sentido de verificar o casamento das turbinas a gás por
meio de uma caldeira de recuperação. Também foi dedicada atenção para análise
de emissões dos gases de exaustão destas turbinas.


ABSTRACT

         It was studied the selection of one or more gas turbines for working with a
conventional vapor power plant of a nominal capacity of 80 MW. In the study, it
was examined the condition of operation of gas turbine(s) which allowed the best
matching for a combine cycle from the energetic point-of-view. Therefore, the
present work may be seen as a work of reengineering of the conventional power
plant to operate in combined cycle with the enhancement of global energetic
efficiency. Operational data of four great manufactures were obtained and
analyzed to verify the matching of gas turbines through of the heat recovery steam
generator. Also it was paid attention for the analyses of exhaust gas emission of
these gas turbines in combined cycle.
1. APRESENTAÇÃO
        Este trabalho tem o objetivo de apresentar um estudo para a seleção
técnica de turbinas a gás para operar em ciclo combinado com a turbina a vapor
que perfazia uma unidade de uma usina termelétrica convencional a vapor.
        A turbina a vapor existente pode operar até uma capacidade máxima de
100 MW, mas possui uma capacidade nominal de 80 MW. No presente trabalho é
analisada a seleção de uma ou duas turbinas a gás para trabalhar de forma
combinada com essa turbina a vapor.
        Foram consultados quatro potenciais fabricantes mundiais de grande
porte que atendem a essa faixa e, desta forma, foram requisitados a apresentar
seus modelos de série com resultados tanto nas condições operacionais ISO,
assim como para a localidade cuja condição compreende a pressão atmosférica
de 93 kPa, temperatura média de 25 ºC e umidade relativa de 60%. Nesse
estudo, particular atenção foi devotada ao quesito “emissões” de cada fabricante.
Ao final deste estudo é apresentado um resumo categorizado das máquinas
analisadas.


2. CONFIGURAÇÃO ORIGINAL DO CICLO DE RANKINE
         A turbina a vapor, de capacidade nominal de 80 MW e rendimento
isentrópico de 86%, possui uma vazão mássica de entrada de 84,7 kg/s, no
entanto, existe uma extração à pressão de 1176 kPa e vazão de 7,4 kg/s além do
fluxo principal que sai para a linha de condensação à 5,08 kPa com vazão de
77,3 kg/s. Nessa primeira análise, as propriedades do vapor superaquecido que
alimenta a turbina foram mantidas inalteradas, ou seja, com pressão manométrica
de 5,86 MPa e temperatura de 496 ºC.
         A configuração da Figura 1 indica do ciclo de Rankine operacional. Os
valores mais importantes das propriedades do vapor de água estão mostrados no
SI, resultantes dos balanços material e energético para essa nova configuração.
Nele são notadas as propriedades do vapor superaquecido de alimentação da
turbina, bem como outros dados de perdas de vapor pela tubulação e
rendimentos das máquinas.
         O diagrama da Figura 1 apresenta a proposta básica que contempla os
principais componentes na configuração em que se mantêm as condições do
projeto original. Esse diagrama tem a finalidade precípua de indicar os dados
relevantes que permitiram realizar os balanços térmico e material necessários
para se realizar o estudo da faixa de potência da turbina a gás, pois a demanda
total no ciclo original é de 257 MW, considerando o gerador de vapor com o
superaquecimento.
Figura 1 – Balanços material e energético do esquema proposto para a
           Planta de Geração Energética. Pontos relevantes são
           mostrados no Diagrama T-s da Figura 2.




Figura 2 – Diagrama T-s da indicando os pontos relevantes da
         configuração em que se mantém o estado do vapor
         superaquecido.
        Na Figura 2 está indicado o ciclo da configuração em um diagrama
Temperatura  Entropia específica. Os pontos indicados correspondem àqueles
do diagrama da Figura 1.
        Outros dados principais que determinam a eficiência do ciclo dessa
configuração são:
          - Potência de eixo na turbina a vapor:.............................. 87,7 MW
          - Potência elétrica (considerando o gerador elétrico):...... 86,1 MW
          - Rendimento térmico global do ciclo:............................... 33,8 %
              (excluídas as perdas no gerador elétrico)
          - Rendimento global do ciclo:............................................ 33,2 %
              (incluídas as perdas no gerador elétrico)




2.1. CASAMENTO DE TURBINA(S) A GÁS COM A TURBINA A VAPOR                 COM O    MESMO
      ESTADO DO VAPOR SUPERAQUECIDO – CICLO COMBINADO

         Por ciclo combinado entende-se que o fluxo entálpico dos gases de
exaustão da(s) turbina(s) a gás será empregado para produzir vapor em uma ou
mais caldeiras de recuperação (“HRSG”) para acionar o ciclo de Rankine que,
nesse caso, é aquele dado no esquema da Figura 1. Como indicado na seção
anterior, a potência térmica total necessária para produzir vapor nessa nova
configuração foi calculada e vale 257 MW. O “casamento” entre os dois ciclos
deverá ser de tal forma que o fluxo entálpico dos gases de exaustão tenham
qualidade e quantidade suficientes.
         Para caracterizar as condições mínimas, ou seja, a menor temperatura
dos gases de exaustão aliada à vazão mínima necessária para resultar no efeito
desejado de produção de vapor, o primeiro critério que deve ser satisfeito é o do
balanço térmico e o da temperatura de exaustão dos gases que será discutido no
item 2.1.1 a seguir.




2.1.1. O VALOR TOTAL DO FLUXO ENTÁLPICO DOS GASES DE COMBUSTÃO DEVE SER
       SUFICIENTE PARA SUPRIR A POTÊNCIA TÉRMICA TOTAL DE GERAÇÃO DE VAPOR,
       RESPEITADA UMA TEMPERATURA MÍNIMA DOS GASES DE EXAUSTÃO NA ENTRADA DA
       CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO E NA SAÍDA DA MESMA PARA A CHAMINÉ.



        Na Tabela 1, estão expostos os modelos das turbinas consultadas
fazendo menção aos principais dados como potência elétrica gerada, “Heat Rate“,
ou seja, energia consumida de combustível por energia elétrica gerada e, que
pode ser convertido em rendimento global que está na coluna seguinte. Logo
depois, são mostradas a vazão mássica do gás de exaustão com sua
temperatura, respectivamente.
   Tabela 1 – Resumo dos principais dados operacionais das turbinas a gás
              para a localidade estudada (P=93 kPa)

         Turbina /           Potência Heat Rate Rend. V. Mássica                  Temp.
         Fabricante           elétrica            elétrico exaustão              Exaustão
                              (MW)     (kJ / kWh) (%)       (kg/s)                 (ºC)
    Alstom-GT8C2                46,3          11211       32,1       171,9         521
    Alstom-GT11N2               96,7          11142       32,3       351,6         542
    Alstom-GT24                161,4          10628       33,9       354,5         631
    GE-MS6001FA                 64,1          10630       33,9       185,3        614,4
    GE-MS7001EA                 71,9          11330       31,8       263,1        545,0
    GE-MS7001FA                146,6          10110       35,6       398,1        612,8
    MHI-M501F                  153,0          10065       35,8       406,4         627
                                       *              *          *           *
    Siemens-W501F            157,7     10089     35,7       423,5        588,9 *
    Siemens-W501D5A          99,4 *    10968 *   32,8 *     335,0 *      540,0 *
     * Nota: Valores corrigidos das condições ISO através de catálogo do fabricante.

          Nesse primeiro caso, deve-se realizar um balanço energético simples e
verificar se o fluxo entálpico é suficiente. De uma forma geral, a seguinte equação
simples de balanço energético deve ser satisfeita:

              mG CP TG1  Tcham   Qterm ica,
                                                                                    (1)

  onde,
  TG1 – temperatura do gás de exaustão da turbina que entra na caldeira de
        recuperação (C);
  Tcham – temperatura do gás de exaustão que deixa a caldeira de recuperação e
        se dirige para a chaminé (C);
   
  mG
      – vazão mássica de gás de exaustão da turbina (kg/s);
  CP – calor específico médio a pressão constante do gás de combustão entre
          as duas temperaturas consideradas, isto é, TG1 e Tcham;
  
  Qtérm ica
            – potência térmica necessária para a produção de vapor 257 MW.


        De forma que:

                          
                         Qtermica              227100
              mG 
                                       mG 
                                                       .                                (2)
                     CP TG1  Tcham         TG1  170

        As propriedades térmicas relevantes do gás boliviano empregado foram
obtidas no portal da COMGAS (http://www.comgas.com.br, acesso em junho de
2002).
        Um valor inicial de temperatura de chaminé de projeto de 170 C foi
empregado. O valor do calor específico médio de 1,133 kJ/kg C dos gases de
exaustão foi empregado. O gráfico da Figura 3, mostra a vazão mássica como
função da temperatura do gás de exaustão que entra na caldeira. Note que todos
os pares de temperatura de exaustão, TG1, e vazão mássica, mG , que se
encontram à direita e acima da curva vão satisfazer o critério de balanço térmico
dado pela Eq. (2).
        Evidentemente, somente o balanço térmico não é suficiente. Também é
preciso que a temperatura dos gases de exaustão que entram na caldeira de
recuperação seja maior do que a temperatura de saída do vapor superaquecido
que, ou seja:

                    TG1  Tvapor superaquecido  TG1  496 C ,         (3)

        Na Figura 3 a condição acima é obedecida para os pontos que se
encontram à direita da linha vertical.




     Figura 3 – Vazão mássica dos gases de exaustão em função da sua
               temperatura que satisfazem o balanço térmico para o
               fornecimento do fluxo entálpico necessário para a produção
               de vapor de água nas condições de projeto juntamente com
               o critério de mínima temperatura.

         Finalmente, a combinação do critério de balanço térmico (Eq. 2) com o de
mínima temperatura (Eq. 3) resulta na região permitida, circunscrita ao canto
superior direito da Figura 3.
         Na Figura 3 estão indicados os modelos de turbinas dos diversos
fabricantes consultados constantes na Tabela 1. Claramente, a figura indica que
nenhuma máquina atende isoladamente ao critério de balanço energético para
que o ciclo atual de Rankine opere nas condições originais de projeto. Isso para a
faixa de potências de turbinas a gás consultadas. No entanto, no caso de se
operar com duas turbinas, tanto a turbina GT11N2 da Alstom como a turbina
W501D5A da Siemens atenderiam a esse critério.
2.1.2. VERIFICAÇÃO DOS PONTOS DE PINÇA E DE APROXIMAÇÃO

         O ponto de pinça se refere à diferença entre a temperatura dos gases de
exaustão em alguma região dentro da caldeira de recuperação que está em
contato com a água no seu início de vaporização na temperatura de vaporização
(Tv) correspondente à pressão de trabalho. Isto está ilustrado no gráfico da Figura
4. O ponto de aproximação é a diferença entre a temperatura de vaporização (Tv)
e da saída do economizador (Ta2).




     Figura 4 – Ilustração dos pontos de pinça e de aproximação. Figura
               superior é a ilustração da caldeira de recuperação.



     Tabela 2 – Estimativa operacional da caldeira de recuperação – pontos
                de pinça e de aproximação – ver Figura 4 para
                nomenclatura.
               Temperaturas da                              Temp. gás
                                                                              Vazão           T
                   água                    Vazão             exaustão                   T
                                                                               gás          aprox
Turbinas                                   água                                       pinça
             Ta1     Ta2     Tv Tv2                  TG1      TG2    Tcham   exaustão          .
 a gas                                     (kg/s)                                      (ºC)
            (ºC)    (ºC)    (ºC) (ºC)                (ºC)     (ºC)   (ºC)     (kg/s)         (ºC)
2x
GT11N2              281,5                            542 285,7 185,1          703,2    2,2    2
                                             84,71
                             283,5
             93,7




                                     496




2x
W501D5A             -                                540       -        -      670     <0    <0
Cp = 1,133 kJ/kg.ºC
         Neste estudo, foi verificado que as duas unidades gêmeas de turbinas
W501D5A da Siemens ou a GT11N2 da Alstom não satisfazem ao critério do
ponto de pinça e do ponto de aproximação, pois estão próximos dos limites
inferiores de operação de acordo com a literatura, e não poderiam ser
considerados operacionais (ver Tabela 2).
         No entanto, no sentido de ampliar o quadro de alternativas que incluam a
análise de outras turbinas, pelo menos duas modificações no projeto original
podem ser introduzidas, que são:
         - reduzir a vazão mássica de vapor da turbina a vapor, de forma a que
            a potência térmica requerida de 257 MW seja diminuída;
         - variar o estado do vapor superaquecido, de forma a que a potência
            térmica requerida de 257 MW seja diminuída.
         Na Seção 2.2 estas alternativas são analisadas conjuntamente para as
demais turbinas.


2.2.   CASAMENTO  DE TURBINA(S) A GÁS COM A TURBINA A VAPOR VARIANDO-SE O
       ESTADO DO VAPOR SUPERAQUECIDO E SUA VAZÃO MÁSSICA – CICLO COMBINADO

       Nesta seção é analisado o “casamento” das demais turbinas a gás
combinadas com o ciclo Rankine existente com modificações do projeto original
no que tange ao estado termodinâmico do vapor e sua vazão mássica. Alguns
dados do projeto original foram mantidos ou modificados, são eles:

        1) Na extração, foram mantidas a vazão mássica e a pressão;
        2) Admitiu-se uma perda de pressão de 10% entre a pressão de
           vaporização e a pressão na entrada da turbina;
        3) A perdas elétricas do gerador elétrico foram recalculadas. Sendo que
           a perda fixa original de 440 kW foi mantida, enquanto que o restante
           das perdas foi considerado como 1,12% da potência de eixo da
           turbina;
        4) O rendimento isoentrópico de 86% foi mantido;
        5) Considerou-se um rendimento de 90% para a caldeira de
           recuperação;
        6) Os pontos de pinça e de aproximação da caldeira de recuperação
           foram mantidos constantes e iguais a 15 ºC;

        Com essas informações, novos cálculos para determinação da vazão
mássica de vapor em função dos balanços térmicos foram realizados para as
máquinas dos diversos fabricantes. Três níveis de temperatura do vapor foram
considerados, quais sejam 470 C, 480 C e 490 C. A Tabela 3 indica os
resultados principais das propriedades para essas temperaturas. O esquema
correspondente aos três níveis de temperatura está na Figura 5. Nesse esquema
estão indicadas todas as demais propriedades que são comuns aos três casos.
        É importante frisar que os cálculos que resultaram nos valores da Tabela
5 foram realizados para pontos de aproximação e de pinça fixos e iguais a 15 °C,
valores relativamente estreitos, mas passíveis de serem realizados. Outra
informação importante com relação às caldeiras de recuperação é que foi utilizado
o valor de rendimento de 90% para os cálculos. Esse já é um valor levemente
conservativo, sendo que 95% seria também um valor aceitável, muito embora
muitos fabricantes não concordem. Baixos valores dos pontos de pinça e de
aproximação, juntamente com um elevado rendimento da caldeira de recuperação
vão implicar em melhores rendimentos do ciclo Rankine.


   Tabela 3 – Resultados do balanço térmico e material para o ciclo de
             Rankine da Usina operando com as turbinas a gás indicadas.
             A Figura 5 apresenta o diagrama de balanço para cada um
             dos três níveis de temperatura.

   Turbina        T6    P6   mturb    Qterm   Qcond Pbombas Peixo Pelétrico rankine elet.
   a Gás         (ºC) (kPa) (kg/s)    (kW)    (kW) (kW) (kW) (kW) (%) (%)
                 470   3747 61,688 181457 118301 312,4        59910 58491 32,84 32,23
   Alstom-GT24   480   4058 61,323 181457 117504 337,8        60396 59280 33,10 32,67
                 490   4392 60,962 181457 116718 364,9        61184 60059 33,52 33,10
   2x GE-        470   3747 62,124 182867 119251 314,7        60061 58948 32,67 32,24
   MS6001FA      480   4058 61,756 182867 118449 340,3        60864 59742 33,10 32,67
                 490   4392 61,393 182867 117657 367,5        61658 60527 33,52 33,10
   2xGE-         470   3747   73,32   219098 143657 372,1     71938 70692 32,66 32,27
   MS7001EA      480   4058 72,887 219098 142714 402,2        72885 71629 33,08 32,69
                 490   4392 72,461 219098 141785 434,4        73821 72554 33,49 33,11
   GE            470   3747 66,099 195729 127916 335,0        64277 63117 32,67 32,25
   MS7001FA      480   4058 65,708 195729 127063 362,3        65132 63963 33,09 32,68
                 490   4392 65,322 195729 126223 391,2        65926 64748 33,48 33,08
                 470   3747   69,34   206218 134981 351,7     67715 66517 32,67 32,26
   MHI-M501F     480   4058   68,93   206218 134088 380,2     68611 67403 33,09 32,69
                 490   4392 68,526 206218 133208 410,6        69497 68279 33,50 33,11
   Siemens       470   3747 66,485 196979 128757 337,0        64687 63523 32,67 32,25
   W501F         480   4058 66,092 196979 127900 364,4        65546 64372 33,09 32,68
                 490   4392 65,704 196979 127055 393,6        66395 65211 33,51 33,11


3. RESULTADOS FINAIS DE BALANÇO PARA O CICLO COMBINADO

         Na Tabela 4 estão indicados os resultados finais da análise para o ciclo
combinado. No caso das turbinas a gás, foram descontados 2,5% da potência
total de cada máquina corrigida por conta da operação de processos de
compressão do gás natural e para o acionamento de outros equipamentos
auxiliares associados com a turbina a gás.
         A potência e a eficiência final elétrica do ciclo combinado estão também
indicadas, bem como o “Heat Rate” líquido do ciclo combinado. O mesmo ocorre
com o consumo volumétrico de gás natural estimado para as condições normais
(P = 101,325 kPa e T = 273,15 K).
Figura 5 – Balanços material e energético do novo esquema para o ciclo
            de Rankine – Foram diminuídas a pressão, a temperatura e
            a vazão mássica do vapor superaquecido. Os dados estão
            na Tabela 3 – Temperaturas do vapor superaquecido a 460,
            470 e 480 C.
   Tabela 4 – Resultados resumidos dos principais parâmetros operacionais para a unidade operando de forma
              combinada com as turbinas a gás indicadas.
                                                                                                                       Caldeira de
    Turbina a Gás                                                           Turbina a vapor                                             Ciclo combinado
                                                                                                                      Recuperação
        Modelo          TG Tcham mgás       Qterm    Pot.  Heat rate TG     T6    P6    mturbina Pelétrico   liq.   Tpinça Taprox    Ptotal    Heat rate liq.
                       (ºC) (ºC) (kg/s)     (kW)     (kW) (kJ / kWh) (%)    (ºC) (kPa) (kg/s)       (kW)      (%)      (ºC)    (ºC)      (kW)     (kJ / kWh) (%)
                       631 170 354,5 181457 161400           10628   33,9   470 3747 61,688 58491 32,23                8,0      7,5     219891      7801     46,15
Alstom-GT24            631 170 354,5 181457 161400           10628   33,9   480 4058 61,323 59280 32,67                7,0      6,3     220680      7773     46,31
                       631 170 354,5 181457 161400           10628   33,9   490 4392 60,962 60059 33,10                6,0      5,1     221459      7746     46,48

2x Alstom-GT11N2       540 214,2 703,2 257447 193400         11142   32,3   496 6756 84,708 86271             33,2     16       15      279671      7705     46,72

                       614   170   370,6   182867   128200   10630   33,9   470   3747   62,124    58948      32,24    5,0      5,9     187148      7282     49,44
2x GE-MS6001FA         614   170   370,6   182867   128200   10630   33,9   480   4058   61,756    59742      32,67    5,0      5,0     187942      7251     49,65
                       614   170   370,6   182867   128200   10630   33,9   490   4392   61,393    60527      33,10    7,0      8,0     188727      7221     49,86
                       545   170   526,2   219098   143800   11330   31,8   470   3747   73,320    70692      32,27    1,0      0,8     214492      7596     47,39
2x GE-MS7001EA         545   170   526,2   219098   143800   11330   31,8   480   4058   72,887    71629      32,69    < 0*    < 0*     215429      7563     47,60
                       545   170   526,2   219098   143800   11330   31,8   490   4392   72,461    72554      33,11    < 0*    < 0*     216354      7530     47,81
                       613   170   398,1   195729   146600   10110   35,6   470   3747   66,099    63117      32,25     7,0     7,8     209717      7067     50,94
GE-MS7001FA            613   170   398,1   195729   146600   10110   35,6   480   4058   65,708    63963      32,68     6,0     6,4     210563      7039     51,14
                       613   170   398,1   195729   146600   10110   35,6   490   4392   65,322    64748      33,08     5,0     5,0     211348      7013     51,34
                       627   170   406,4   206218   153000   10065   35,8   470   3747   69,340    66517      32,26    10,0    10,3     219517      7015     51,32
MHI-M501F              627   170   406,4   206218   153000   10065   35,8   480   4058   68,930    67403      32,69     9,0     9,0     220403      6987     51,52
                       627   170   406,4   206218   153000   10065   35,8   490   4392   68,526    68279      33,11     7,0     8,4     221279      6959     51,73
                       589   170   423,5   196979   157700   10089   35,7   470   3747   66,485    63523      32,25     4,0     5,2     221223      7192     50,06
Siemens-W501F          589   170   423,5   196979   157700   10089   35,7   480   4058   66,092    64372      32,68     4,0     2,9     222072      7165     50,25
                       589   170   423,5   196979   157700   10089   35,7   490   4392   65,704    65211      33,11     2,0     2,1     222911      7138     50,44

2x Siemens-W501D5A     532 196,0 670,0 257447 198712         10968   32,8   496 6756 84,708 86271             33,2      7        7      284983      7648     47,07
(*) não permite operação em ciclo combinado sem queima adicional na caldeira de recuperação ou diminuição da temperatura do vapor superaquecido.
4. ANÁLISE DE EMISSÕES

        A seguir é apresentada uma breve definição dos agentes poluentes e dos
parâmetros de medição dos níveis de emissões:
        - NOx : NO é o óxido nítrico e NO2 é o dióxido de nitrogênio. Formados
            devido à reação entre os gases nitrogênio e oxigênio;
        - SOx : Óxidos de enxofre. São formados quando o enxofre contido no
            combustível reage com oxigênio;
        - CO: Monóxido de carbono formado pela combustão incompleta do
            combustível;
        - THC ou UHC: Emissões totais de hidrocarbonetos encontrados nos
            produtos de combustão;
        - NMHC: Emissões totais de hidrocarbonetos encontrados nos produtos
            de combustão dos quais foram subtraídos os totais de emissões do
            gás metano;
        - VOC: Emissões de gases orgânicos voláteis;
        - PM10: Emissões de material particulado menor que 10 micra;
        - PPMVD (15% O2): Emissões em partes por milhão na base de 15%
            de O2 e gás seco.
        A Tabela 5 apresenta estas emissões relativas de cada turbina onde,
estão as classes de poluentes como NOx, CO, UHC, NMHC, VOC, SOx e PM10.


       Tabela 5 – Taxa de emissões das diversas turbinas a gás analisadas.

                                                      Emissões dadas pelos fornecedores -
      Turbina /            Potência                            base 15% deO2
      Fabricante            elétrica      NOx         CO    UHC NMHC VOC            SOx                     PM 10
                              (MW)       (ppmVd) (ppmVd) (ppmVd) (ppmVd) (ppmVd) (ppmVd) (kg/h)
Alstom-GT8C2                  46,3          25         10          3           -         1           2        2,16
Alstom-GT11N2                 96,7          25          5          3           -         1           2        2,88
Alstom-GT24                  161,4          25         15          1           -        0,4          2        6,12
GE-MS6001FA                   64,1          15         15          7           -        1,4          -          2
GE-MS7001EA                   71,9          15         25          7           -        n/f          -          2
GE-MS7001FA                  146,6          15         15          7           -        n/f          -          4
MHI-M501F                    153,0          25         15          5           -         1           -          1
                                     a         b          b                        b      b           b
Siemens-W501F   157,7                      25         30            -       20          2           1         5,8 b
Siemens-W501D5A 99,4 a                     25 b       30 b          -       20 b        2b          1b        5,8 b
NOTAS:
(a) Valores corrigidos das condições ISO através de catálogo do fabricante.
(b) Estas emissões referem-se apenas às condições ISO devido ao fato que este fornecedor não ofereceu os dados para
as condições da localidade.




         A Tabela 6 apresenta o resumo geral do cálculo de emissões para as
condições da localidade já corrigidas para o caso real de vazão mássica horária.
A Figura 6 apresenta, de forma gráfica, as emissões totais de NOx de cada
máquina e as correspondentes emissões específicas (por unidade de energia
gerada).
      Tabela 6 – Resultados finais dos níveis de emissões para as diversas
                turbinas a gás analisadas.

          Turbina                                    Emissões (O2 real) - Totais
                                       a
                                 NOx         CO       UHC b NMHC c VOC d           SOx e    PM 10
                                 (kg/h)     (kg/h)    (kg/h)   (kg/h) (kg/h)       (kg/h)   (kg/h)
2xAlstom-GT11N2                  46,45       5,66      5,34       -       1,78      5,18     2,88
Alstom-GT24                      73,52      26,86      2,82       -       1,13      8,19     6,12
GE-MS6001FA                      17,60      10,71      7,87       -       1,57        -        2
GE-MS7001EA                      21,06      21,37      9,42       -        n/f        -        2
GE-MS7001FA                      38,27      23,30     17,12       -        n/f        -        4
MHI-M501F                        66,36      24,24     12,72       -       2,54        -        1
Siemens-W501F                    68,48      50,03        -     52,51      5,25      3,81      5,8
2xSiemens-W501D5A                46,94      34,30        -     35,99      3,60      2,61     5,80
NOTAS:
(a) Estimado apenas como emissão de NO2.
(b) Estimado apenas como emissão de C3H8.
(c) Estimado apenas como emissão de C3H8.
(d) Estimado apenas como emissão de C3H8.
(e) Estimado apenas como emissão de SO2.




      Figura 6 – Emissões totais e específicas (por unidade de energia
                gerada) de NOx para as diversas turbinas a gás analisadas.


5. CONCLUSÕES

        Foi possível observar que apenas o balanço térmico não é suficiente para
se determinar a(s) turbina(s) a gás que vão operar em ciclo combinado, mas
também deve se observar a questão dos pontos de pinça e de aproximação para
que o mesmos tenham valores convenientes para serem utilizados em uma
caldeira de recuperação.
         Observando o rendimento global do ciclo combinado, verificou-se que o
casamento de turbinas que melhor apresentou desempenho, na ordem de 50 %,
foi aquele que possuía uma temperatura de exaustão acima de 600 ºC aplicado
ao ciclo de Rankine original.
         No quesito emissões, praticamente o maior enfoque se faz para a
emissão de gases do tipo NOx , onde se observou que as turbinas da GE
ofereceram a menor taxa de emissões, tanto global, como na específica (ver
Figura 6). No entanto, pela Tabela 6, pode-se comprovar que a emissão de CO
pelas duas turbinas GT11N2 da Alstom possui uma emissão total muito menor
que as demais configurações propostas.


6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Van Wylen, Gordon John et Richard Edwin Sonntag. Fundamentos da
    Termodinâmica Clássica. Ed. Edgar Blücher, São Paulo 1973.

COMGAS. Tabela de Propriedades Termofísicas do                 Gás    Natural.
   http://www.comgas.com.br, acesso em agosto de 2002.

				
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