curso teórico hrsg mexicali

CERREY, S.A. DE C.V.

CONCEPTOS BÁSICOS

DISEÑO DE RECUPERADORES DE CALOR

PROYECTO CICLO COMBINADO MEXICALIO-17-G600 / H282

1.1. HistoriaHistoria de Cerreyde Cerrey

2.2. Descripción General de Ciclo Combinado y HRSGDescripción General de Ciclo Combinado y HRSG

3.3. Descripción de Componentes del HRSGDescripción de Componentes del HRSG

4.4. Conceptos Básicos de Transferencia de Calor en HRSGConceptos Básicos de Transferencia de Calor en HRSG

5.5. Tratamiento Químico del Agua de AlimentaciónTratamiento Químico del Agua de Alimentación

6.6. Procedimientos de Operación y Curvas de Arranque (Típicas)Procedimientos de Operación y Curvas de Arranque (Típicas)

7.7. Superficie de Calefacción y Funcionamiento TérmicoSuperficie de Calefacción y Funcionamiento Térmico

8.8. Arreglo General & DTI’sArreglo General & DTI’s

INDICE

1 HISTORIA DE CERREY

CONTRATOS OTORGADOS 1993 - 2002

MERCADO / POSICIÓN COMPETITIVA

1) E.U.A.2) Canadá3) Puerto Rico4) Aruba5) Trinidad y Tobago6) Venezuela7) Guatemala8) El Salvador9) Costa Rica

10) Colombia11) Ecuador12) Chile13) Argentina14) Angola15) Sudafrica16) Siria17) Kuwait18) Arabia Saudita19) Malaysia20) Singapore

2

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20

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México

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4

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OFICINAS Y PLANTA DE CERREY, S.A DE C.V.

2 Descripción General de Ciclo Combinado y HRSG

PLANTA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA DE CICLO COMBINADO

Una planta de Generación Eléctrica de Ciclo Combinado esta integrada por los siguientes 4 componentes principales:

1.- Turbina de Gas.

2.- Caldera Recuperadora de Calor (HRSG: Heat Recovery Steam Generator).

3.- Turbina de Vapor.

4.- Condensador.

Obviamente existen diferentes equipos que forman parte o están contenidas dentro de estos cuatro componentes mayores.

TURBINA DE GAS (GAS TURBINE)

TURBINA DE GAS (GAS TURBINE)Continuación

Dispositivo que produce movimiento en una flecha como resultado del paso de gases de combustión presurizados a través de los alabes (comúnmente llamado turbina). Las turbinas de gas constan de tres partes principales:

1.- Compresor.- Su función es la de comprimir a una alta presión el aire entrante.

2.- Area de Combustión.- Quema el combustible y como resultado se obtienen gases de combustión de alta presión y alta velocidad.

3.- Turbina.- Extrae la energía de los gases de alta velocidad y alta presiónsaliendo del área de combustión.

El calor generado en la combustión expande el aire y como resultado se eleva la velocidad, presión y temperatura de los gases y eso hace girar los alabes de la turbina. El combustible puede ser gas propano, gas natural, keroseno, jet fuel ó diesel.

La Flecha de la turbina de gas puede ir conectada a un generador eléctrico.


Debido al diseño y la potencia generada, las turbinas de gas se clasifican en tres grupos:

1.- Turbinas Industriales.- Varían en un rango entre 500 a 15,000 kW, han sido utilizadas en muchas plantas petroquímicas como una fuente de poder remota, su eficiencia se encuentra en la parte baja de los 30’s por ciento.

2.- Turbinas Aeroderivativas.- Tienen su origen en la industria aeroespacial para impulsar aviones, se les elimina el ventilador de by-pass y se les agrega una turbina de potencia a la descarga. Generan una potencia eléctrica en un rango desde 2.5 hasta 50 MW. La eficiencia térmica es varía desde el 35% hasta el 42%.

3.- Turbinas de “Armazón” (Frame).- Son grandes unidades para generación eléctrica, van desde 3 hasta 350 MW con eficiencias variando desde 30 a 43%.

Nota: Las eficiencias reportadas son para unidades operando en ciclo simple, es decir no existe ningún equipo de recuperación de calor conectado a ella.


Las Turbinas de Gas trabajan regidas por el ciclo de BRAYTON, el cuál consiste de 2 procesos isobáricos (presión constante) en el combustor y a la descarga; 2 procesos isoentrópicos (entropía constante) en la compresión del aire (compresor) y en la expansión de gases (expansor de la turbina).


Las turbinas de gas tienen las siguientes características:

1.- Trabajan con un exceso de aire muy elevado (por ende el contenido de oxígeno es elevado), por lo cual la cantidad de gases en el escape es grande.

2.- Las temperaturas de los gases de escape son muy elevadas (425 a 650 °C). La combinación de la cantidad de gases y la temperatura elevada hace atractivo el hecho de agregarle un HRSG para producir vapor de proceso y/o para producir energía eléctrica.

3.- La potencia generada se ve afectada por un incremento en la temperatura ambiente. A temperatura ambiente fría es compresor realiza menos trabajo (al aire es mas denso) y el consumo del compresor es de entre el 50 y 60% de la potencia total generada por la expansión de los gases en la turbina. Existen varias alternativas para contrarrestar el efecto de la temperatura ambiente.

4.- La potencia disminuye de acuerdo al incremento de la contrapresión en el lado gases, con lo que una turbina de gas operando en ciclo sencillo (sin HRSG) generará mas potencia eléctrica que una conectada a un HRSG. Estamos hablando comparando potencia del turbogas únicamente.

TURBINA DE VAPOR (STEAM TURBINE)

TURBINA DE VAPOR (STEAM TURBINE)Continuación

Las turbinas de vapor están regidas por el ciclo de RANKINE. La eficiencia térmica de un ciclo RANKINE oscila entre un 30 y 40%.


Dispositivo capaz de mover una flecha cuando a través de sus internos se le hace pasar vapor que hace girar los alabes montados sobre el rotor, al conjunto de ello se le llama “turbina”.

Las partes principales de una turbina de vapor son:1.- El rotor.- Es el que tiene montados los alabes.

2.- El estator.- consiste de un cilindro y la carcaza, el rotor se encuentra adentro.

3.- Las toberas ó pasajes de flujo para el vapor, generalmente fijos en el interior del cilindro.

4.- La armazón ó base para soportar el rotor y el estator.


Las turbinas de vapor utilizadas en plantas de ciclo combinado generalmente son de 2 ó 3 presiones. Una turbina de 3 presiones es mas eficiente y produce más energía eléctrica, sin embargo su costo es mas elevado.

HP

CRH

HP Steam

LPIP G

LP steam

HRH Steam

CONDENSADOR (CONDENSER)

Es usado para condensar el vapor proveniente de la turbina. Los condensadores trabajan a presiones de bajo vacío, cerca de 3 pulgadas de Hg ó 1.5 psia. El vapor entrante al condensador tiene una calidad entre el 92 y 94%, lo que significa que tiene de un 8 a un 4% de líquido en el vapor. También debe ser capaz de aceptar todo el vapor hacia la turbina en caso estar by-paseada.

Los condensadores pueden ser del tipo:

1.- Condensadores enfriados por agua.- Son enfriados por agua proveniente del mar ó un lago, normalmente el agua es puesta en un lugar determinado antes de ser re-introducida al mar ó lago. Una variante de este sistema es la que utiliza una torre de enfriamiento, en ella el agua del condensador va a “enfriarse” en la torre por medio de aire y luego regresa al condensador con una temperatura menor. En ambos casos el vapor de descarga de la turbina es enfriado por el intercambio de calor con el agua.

2.- Condensadores enfriados por aire (aerocondensador).- Típicamente utilizados donde no se cuenta con suficiente agua, constan de tubos aletados por los que en el interior pasa el vapor, en l aparte externa unos ventiladores mueven aire necesario para condensar el vapor.

El costo del aerocondensador es mayor que el del enfriado por agua.

CALDERA DE RECUPERACIÓNHEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG)

Es un intercambiador que Es un intercambiador que absorbe calor de una corriente de absorbe calor de una corriente de gases para generar vapor y ser gases para generar vapor y ser utilizado en la producción de energía utilizado en la producción de energía eléctrica y/o en diferentes procesos.eléctrica y/o en diferentes procesos.


Continuación

Una caldera de recuperación puede trabajar en un sistema multi-presiones, es decir puede tener mas de una presión de operación, cada sistema de presión trabaja independiente del otro.

Debido al número de presiones que un HRSG trabaja podemos clasificarlas como:

1.- Presión Sencilla.- Trabaja sólo una presión, es muy común utilizarla en plantas de cogeneración en donde el vapor generado va a proceso y no para la producción eléctrica.

2.- Presión Dual.- Normalmente manejan alta presión y presión intermedia, son utilizadas en cogeneración y en ciclos combinados. Incrementa la eficiencia del ciclo cerca de 4% más comparado con un HRSG de presión sencilla.

3.- Presión Triple.- Se tienen tres sistemas de presión, alta, intermedia y baja. El sistema de presión intermedia normalmente cuenta con vapor recalentado a la misma temperatura que el vapor de alta presión. Esta caldera sería la de más alta eficiencia térmica de las tres mencionadas y se debe a que al tener 3 sistemas se tienen entalpías bajas en todos los sistemas y por eso es posible aprovechar al máximo el calor de los gases. Incrementa la eficiencia del ciclo cerca de 1% más comparado con un HRSG de presión dual.

Obviamente el HRSG mas caro es el de 3 presiones con recalentado


Continuación

Para el diseño de un HRSG se deben de tener en cuenta los siguientes parámetros:

1.- Flujos, Presiones y Temperaturas en cada uno de los niveles de presión. Estos datos nos los proporciona quien diseña toda la planta, los valores de flujos serán aproximados y finalmente corregidos con la garantía que podamos ofrecerles. Obviamente tuvo que haber una interacción con el fabricante de la turbina de vapor.

2.- Caída de presión en el lado gases, lo anterior es debido a que el turbogas se ve afectado por el “back-pressure” que impone el HRSG en el lado gases. Como regla de dedo se tiene que por cada 4 pulgadas de columna de agua de caída de presión, el turbogas pierde un 1% de eficiencia (esto no es oficial y varía con cada modelo, el fabricante del equipo tendrá la información correcta para cada equipo).

3.- Características del flujo de gases saliendo del turbogas, condiciones ambientales, altitud del lugar, caída de presión permitida en el lado agua-vapor, nivel de ruido.

4.- Reglas de diseño propias de un fabricante de HRSG’s, tales como tipo de arreglo, tamaño de aletas, tamaño de tubos, velocidades de gases, velocidades de agua etc...

5.- En caso de existir especificaciones sobre el diseño propio del HRSG se toman en cuenta para conciliarlas con las reglas propias de diseño y se utiliza la peor situación.

COGENERACIÓN Y CICLO COMBINADO

En el sentido más básico un ciclo combinado es también en sí una cogeneración, se trata de producir vapor a partir de aprovechar los gases de escape de una turbina de gas ó de un generador diesel, sin embargo existen las siguientes “diferencias” entre las 2 palabras:

COGENERACIÓN: Producción de energía eléctrica y vapor para proceso, utilizando un turbogas ó generador diesel y con los gases van a un HRSG para producir vapor para proceso.

CICLO COMBINADO: Se produce energía eléctrica en un turbogas ó generador diesel, los gases de escape van a un HRSG, el vapor producido va a un turbovapor que a su vez produce energía eléctrica. Se le llama ciclo combinado porque son básicamente dos ciclos térmicos distintos para producir energía eléctrica.

Si se tuviera un generador diesel, un HRSG y un turbovapor se llamará ciclo DIESEL-RANKINE.

Si se tuviera un turbogas, un HRSG y un turbovapor se llamará ciclo BRAYTON-RANKINE.

El ciclo BRAYTON-RANKINE es el más usado en plantas generadoras de ciclo combinado.

CICLO COMBINADO

En un ciclo combinado se tiene generación de energía eléctrica por parte del turbogas (Ciclo Brayton), los gases de escape producen vapor en un HRSG y el vapor va a un turbovapor que genera energía eléctrica (Ciclo Rankine).

Las posibles configuraciones de un Ciclo Combinado son:

1) 1x1x1.- Se tiene un turbogas, un HRSG y un turbovapor.

2) 2x2x1.- Se tienen 2 turbogases, 2 HRSG y un turbovapor común.

3) 3x3x1.- Se tienen 3 turbogases, 3 HRSG y un turbovapor común.

La configuración deseada depende de la capacidad de la planta y del tamaño de los equipos disponibles.

CICLO COMBINADOLa eficiencia del ciclo combinado es mayor que la eficiencia del turbogas operando en ciclo simple ó que el turbovapor operando en ciclo Rankine. La eficiencia del ciclo combinado varía entre 50 y 60%. Abajo podrá observar las pérdidas aproximadas de cada uno de los equipos. Del total de la energía eléctrica producida en un ciclo combinado aproximadamente el 60% es producida por el turbogas (ciclo Brayton) y el 40% por el turbovapor (ciclo Rankine).

CICLO COMBINADO

Tabla comparativa entre diferentes tipos de plantas productoras de energía eléctrica.

CICLO COMBINADO

Distribución de Costos iniciales en una Planta de Ciclo Combinado

CICLO COMBINADO

Costos de la Planta durante la vida útil

3 Descripción de Componentes del HRSG

Los recuperadores de calor (HRSG´s) comúnmente utilizados son aqLos recuperadores de calor (HRSG´s) comúnmente utilizados son aquellos que uellos que operan con un sistema de presiones múltiples para la optimizacióoperan con un sistema de presiones múltiples para la optimización de recuperación n de recuperación de energía emitida por la descarga de gases de la Turbina. de energía emitida por la descarga de gases de la Turbina.

H.R.S.G. H.R.S.G. -- Sistemas de Recuperación y Generación de Vapor. Sus siglas en Sistemas de Recuperación y Generación de Vapor. Sus siglas en InglesIngles: “: “HHeat eat RRecovery ecovery SSteam team GGenerator”enerator”

Este sistema funciona de la siguiente manera:Este sistema funciona de la siguiente manera:

El agua es suministrada al domo a través del Precalentador y/o El agua es suministrada al domo a través del Precalentador y/o Economizador (de presión Alta e Intermedia).Economizador (de presión Alta e Intermedia).

El agua absorbe calor en los tubos del Evaporador resultando unaEl agua absorbe calor en los tubos del Evaporador resultando una mezcla de mezcla de aguaagua--vapor, la cual es recolectada y alimentada al domo, en donde se vapor, la cual es recolectada y alimentada al domo, en donde se lleva a lleva a cabo la separación de agua y de vapor. El agua en el domo es reccabo la separación de agua y de vapor. El agua en el domo es recirculada a irculada a través de los tubos del Evaporador y el vapor generado en el domtravés de los tubos del Evaporador y el vapor generado en el domo es vapor o es vapor saturado el cual es alimentado al sobrecalentador para obtener vsaturado el cual es alimentado al sobrecalentador para obtener vapor apor sobrecalentado.sobrecalentado.

Se localiza corriente abajo del evaporador. Aquí el agua es preSe localiza corriente abajo del evaporador. Aquí el agua es pre--calentada calentada antes de ser enviada al domo, con el fin de incrementar la salidantes de ser enviada al domo, con el fin de incrementar la salida de vapor a de vapor en el mismo. Existen economizadores en todos los sistemas de preen el mismo. Existen economizadores en todos los sistemas de presión, el sión, el número de economizadores varía de acuerdo con la característicasnúmero de economizadores varía de acuerdo con la características de de diseño de la caldera, generalmente el sistema de alta presión esdiseño de la caldera, generalmente el sistema de alta presión es el que el que tiene un mayor número de economizadores. Se debe de tener cuidadtiene un mayor número de economizadores. Se debe de tener cuidado de o de que el economizador no evapore ó sea mínima la evaporación, es dque el economizador no evapore ó sea mínima la evaporación, es decir el ecir el “approach” no debe de ser cero.“approach” no debe de ser cero.

Existe una variante de economizador que se le llama “preExiste una variante de economizador que se le llama “pre--calentador” calentador” (pre(pre--heater), es exactamente lo mismo que un economizador sin embargoheater), es exactamente lo mismo que un economizador sin embargocuando la configuración del HRSG es tal que toda el agua del HRScuando la configuración del HRSG es tal que toda el agua del HRSG llega G llega al domo de baja presión y de allí se extrae agua para intermediaal domo de baja presión y de allí se extrae agua para intermedia y alta y alta presión, eso significa es una especie de economizador para los 3presión, eso significa es una especie de economizador para los 3sistemas, aunque en realidad es un economizador de baja presión,sistemas, aunque en realidad es un economizador de baja presión, la la diferencia es meramente semántica. Aquí se debe de tener cuidadodiferencia es meramente semántica. Aquí se debe de tener cuidado con el con el punto de rocío de gases y el punto de condensación de gases.punto de rocío de gases y el punto de condensación de gases.

ECONOMIZADOR

Economizador Economizador ––ContinuaciónContinuación

El Economizador / Precalentador cuenta con tubos de aleta El Economizador / Precalentador cuenta con tubos de aleta serrateada (también puede ser aleta continua ó tubos lisos) y serrateada (también puede ser aleta continua ó tubos lisos) y cabezales, conexiones a domo y drenajes.cabezales, conexiones a domo y drenajes.Debido a la baja temperatura de metal que manejan los Debido a la baja temperatura de metal que manejan los economizadores es que normalmente los tubos son de acero economizadores es que normalmente los tubos son de acero al carbón así como la aleta.al carbón así como la aleta.

Normalmente se localiza corriente abajo en referencia a los Normalmente se localiza corriente abajo en referencia a los sobrecalentadores y/o recalentadores. Su función principal es lasobrecalentadores y/o recalentadores. Su función principal es la de de generar vapor. Se separa el agua del vapor en el domo, para generar vapor. Se separa el agua del vapor en el domo, para posteriormente ser enviado a los sobrecalentadores. posteriormente ser enviado a los sobrecalentadores.

Es totalmente drenable, del tipo vertical. El agua es suministraEs totalmente drenable, del tipo vertical. El agua es suministrada por da por el bajante del domo al evaporador. Después del intercambio de cael bajante del domo al evaporador. Después del intercambio de calor, lor, la mezcla de agua incluyendo el vapor generado, es regresado al la mezcla de agua incluyendo el vapor generado, es regresado al domo por los subientes. La circulación natural de la mezcla de adomo por los subientes. La circulación natural de la mezcla de aguagua--vapor en el Evaporador se logra por la diferencias de densidadesvapor en el Evaporador se logra por la diferencias de densidades del del fluido dentro de los tubos.fluido dentro de los tubos.

Un punto importante a considerar en el diseño de los evaporadoreUn punto importante a considerar en el diseño de los evaporadores s es el “pinch” que significa la diferencia entre la temperatura des el “pinch” que significa la diferencia entre la temperatura de los e los gases saliendo del evaporador y la temperatura de saturación delgases saliendo del evaporador y la temperatura de saturación dellíquido.líquido.

El evaporador es frecuentemente llamado “banco de convección”.El evaporador es frecuentemente llamado “banco de convección”.

EVAPORADOR

Evaporador Evaporador ––(Evap)(Evap)

Normalmente son construidos con tubos y aletas de acero al carbóNormalmente son construidos con tubos y aletas de acero al carbón, n, con la excepción del evaporador de AP en donde es posible con la excepción del evaporador de AP en donde es posible encontrarse algunas filas de tubos de acero al carbón con aleta encontrarse algunas filas de tubos de acero al carbón con aleta de de acero inoxidable, lo anterior es en casos en donde se cuenta conacero inoxidable, lo anterior es en casos en donde se cuenta con un un quemador de ducto y la capacidad del quemador es tal que hace ququemador de ducto y la capacidad del quemador es tal que hace que e la temperatura de la aleta exceda el límite del acero al carbón,la temperatura de la aleta exceda el límite del acero al carbón, el el tubo como es enfriado por agua / vapor normalmente no excede el tubo como es enfriado por agua / vapor normalmente no excede el límite del acero al carbón para el tubo.límite del acero al carbón para el tubo.

DOMO DE VAPOR

Comúnmente se localizan en la parte exterior del recuperador de Comúnmente se localizan en la parte exterior del recuperador de calor. Es calor. Es aquí en donde se separa el agua del vapor, para posteriormente aquí en donde se separa el agua del vapor, para posteriormente enviar el enviar el vapor seco a los sobrecalentadores. vapor seco a los sobrecalentadores.

El HRSG cuenta con un domo de vapor por cada sistema de presión.El HRSG cuenta con un domo de vapor por cada sistema de presión. El El tamaño del domo depende de la evaporación, tiempo de retención dtamaño del domo depende de la evaporación, tiempo de retención deseado, eseado, presión de operación y la estructura del HRSG limita el largo.presión de operación y la estructura del HRSG limita el largo.

El agua procedente del precalentador y economizadores es descargEl agua procedente del precalentador y economizadores es descargada ada dentro de cada domo y comienza a ser vaporizada por los tubos dedentro de cada domo y comienza a ser vaporizada por los tubos del l evaporador conectados a cada domo.evaporador conectados a cada domo.

El material de los domos es acero al carbón.El material de los domos es acero al carbón.

Domo Domo --ContinuaciónContinuación

Cada domo incluye un indicador y transmisor de nivel al igual Cada domo incluye un indicador y transmisor de nivel al igual que una línea de:que una línea de:

••VenteoVenteo

••Dosificador de químicosDosificador de químicos

••MuestreosMuestreos

••Purga continua e intermitentePurga continua e intermitente

Bajante Bajante -- Un bajante es una sección de tubería la cuál lleva agua saturadaUn bajante es una sección de tubería la cuál lleva agua saturadadel domo de vapor a la parte inferior del evaporador.del domo de vapor a la parte inferior del evaporador.

Subiente Subiente -- Es una sección de tubería en la parte superior del evaporador elEs una sección de tubería en la parte superior del evaporador elcuál lleva vapor saturado a la sección de los separadores primarcuál lleva vapor saturado a la sección de los separadores primarios ios del domo de vapor.del domo de vapor.

Se lleva a cabo a través de un Bafle, también llamado Placas Se lleva a cabo a través de un Bafle, también llamado Placas Belly, que es una placa formando un radio con una separación Belly, que es una placa formando un radio con una separación diseñada para conducir la mezcla aguadiseñada para conducir la mezcla agua--vapor al interior del vapor al interior del domo. Esta mezcla de agua vapor es llevada al Bafle a través de domo. Esta mezcla de agua vapor es llevada al Bafle a través de los subientes.los subientes.

Son elementos mecánicos localizados en el interior de los Son elementos mecánicos localizados en el interior de los domos, necesarios para la distribución de agua de domos, necesarios para la distribución de agua de alimentación y químicos, además de llevar a cabo la alimentación y químicos, además de llevar a cabo la separación de aguaseparación de agua--vapor. vapor.

Internos de Domos.Internos de Domos.--

Dos etapas de separación aguaDos etapas de separación agua--vapor son utilizadas en los domos :vapor son utilizadas en los domos :

Primer etapa.Primer etapa.--

--Segunda etapa.Segunda etapa.-- Esta es llevada a cabo mediante Chevrones que son un Esta es llevada a cabo mediante Chevrones que son un elemento separador que utiliza placas para cambiar la elemento separador que utiliza placas para cambiar la dirección de la mezcla aguadirección de la mezcla agua--vapor y por efecto de la gravedad vapor y por efecto de la gravedad se logra separar las gotas de agua del vapor.se logra separar las gotas de agua del vapor.

Los chevrones son distribuidos longitudinalmente en la parte Los chevrones son distribuidos longitudinalmente en la parte superior del domo.superior del domo.

DOMO DE BAJA PRESIÓN Y DEAREADOR INTEGRAL

En cierto tipo de diseños el domo de baja presión es usado, además de producir el vapor de baja presión, como “tanque” de almacenamiento para el agua de alta e intermedia presión, bajo estas condiciones tenemos que antes de ello se tiene un precalentador de agua por donde pasa toda el agua del HRSG.

También existe la posibilidad de que el domo de baja presión sea utilizado como tanque de almacenamiento y se le coloque una cabeza deareadora en la parte superior, el propósito de lo anterior es el de evitar comprar un deareador externo, lo cual tiene ventajas económicas.

SOBRECALENTADOR

La función principal del sobrecalentador es incrementar la tempeLa función principal del sobrecalentador es incrementar la temperatura de ratura de vapor saturado proveniente del domo a la requerida por el clientvapor saturado proveniente del domo a la requerida por el cliente.e.

Dependiendo de las condiciones de operación la caldera tendrá ó Dependiendo de las condiciones de operación la caldera tendrá ó no un no un sistema de sobrecalentamiento por cada sistema de presión de opesistema de sobrecalentamiento por cada sistema de presión de operación.ración.

Normalmente en el sistema de alta presión, el sistema de Normalmente en el sistema de alta presión, el sistema de sobrecalentamiento está compuesto por 2 ó más sobrecalentadores;sobrecalentamiento está compuesto por 2 ó más sobrecalentadores; los los sistemas de presión intermedia y baja pueden ó no llevar uno ó msistemas de presión intermedia y baja pueden ó no llevar uno ó más ás sobrecalentadores según el diseño.sobrecalentadores según el diseño.

En este parte es muy importante la velocidad del vapor dentro deEn este parte es muy importante la velocidad del vapor dentro de los tubos los tubos así como la caída de presión lado vapor.así como la caída de presión lado vapor.

RECALENTADOR

La función principal del Recalentador es incrementar la temperatLa función principal del Recalentador es incrementar la temperatura de ura de vapor extraído del sistema de alta presión de la turbina de vapovapor extraído del sistema de alta presión de la turbina de vapor r (Recalentado Frío) a la temperatura de vapor recalentado especif(Recalentado Frío) a la temperatura de vapor recalentado especificada por icada por el cliente (Recalentado Caliente).el cliente (Recalentado Caliente).

El Recalentador puede ser visto como un sobrecalentador de altaEl Recalentador puede ser visto como un sobrecalentador de altatemperaturatemperatura--presión intermedia. En medio de los dos recalentadores hay presión intermedia. En medio de los dos recalentadores hay un atemperador para regular la temperatura del vapor a la entradun atemperador para regular la temperatura del vapor a la entrada del a del recalentador secundario.recalentador secundario.

A la salida del recalentador secundario, el vapor es transportadA la salida del recalentador secundario, el vapor es transportado a la o a la etapa de recalentado caliente de la turbina de vapor.etapa de recalentado caliente de la turbina de vapor.

SOBRECALENTADOR / RECALENTADOR

Los materiales de los sobrecalentadores / recalentadores son normalmente:

1.- Alta presión.- Debido a la alta presión y alta temperatura de metal, normalmente los tubos son de acero aleado (incluso de inoxidable) y la aleta es normalmente de acero inoxidable.

2.- Recalentadores.- Debido a la alta temperatura de metal, normalmente los tubos son de acero aleado (incluso de inoxidable) y la aleta es normalmente de acero inoxidable.

3.- Intermedia y Baja presión.- Aquí normalmente la temperatura de metal y la presión son bajas por lo que tanto tubos como aletas son de acero al carbón.

ATEMPERADOR Ó DESOBRECALENTADOR

La función del atemperador (también llamado desobrecalentador) es la de bajar la temperatura del vapor sobrecalentado hasta el nivel solicitado por el cliente. El tipomás común de atemperador es el de inyección de agua en el sentido de flujo del vapor.

Si se tiene un solo paso de sobrecalentamiento, forzosamente el atemperador va después del sobrecalentador. Pero si se tienen varios pasos de sobrecalentamiento, entonces el sobrecalentador puede ir intermedio entre los pasos de sobrecalentamiento, con lo anterior se logra que la temperatura de metal sea menor en el paso de sobrecalentamiento posterior al atemperador.

Serpentín. Serpentín. -- Refiérase a un conjunto especifico de tubos como: Refiérase a un conjunto especifico de tubos como: Sobrecalentador ó Evaporador.Sobrecalentador ó Evaporador.

Bundle Bundle -- Conjunto de tubos localizados en la misma sección de ducto.Conjunto de tubos localizados en la misma sección de ducto.

Módulo Módulo -- Conjunto de tubos localizados en la misma sección de un ducto, Conjunto de tubos localizados en la misma sección de un ducto, así como la estructura que lo rodea.así como la estructura que lo rodea.

Filas Filas -- Las filas, son tubos perpendiculares a la corriente de los gasesLas filas, son tubos perpendiculares a la corriente de los gasesy se enumeran en dirección del flujo de los gases.y se enumeran en dirección del flujo de los gases.

NOMENCLATURA TÍPICA EN HRSG’S

CircuitosCircuitos -- Se defineSe define como circuitoscomo circuitos alal arreglo quearreglo que se lese le dada alal sistema sistema aguaagua--vapor.vapor.

X Flujo ascendenteFlujo ascendente

Flujo descendienteFlujo descendiente

half circuithalf circuit X

XX

X

full circuit full circuit X X X X

double circuitdouble circuit

X X X XX X X X

Ducto de entrada.Ducto de entrada.-- Es el ducto de transición entre la brida de salida de la Es el ducto de transición entre la brida de salida de la Turbina de Gas y el primer serpentín en el Recuperador Turbina de Gas y el primer serpentín en el Recuperador de calor.de calor.

CUBIERTA EXTERIOR, AISLAMIENTO Y CUBIERTA INTERIOR

El diseño de la cubierta del recuperador es del tipo “cubierta fría” (cold casing), lo que significa que se tiene una cubierta interior expuesta al flujo de los gases protegida por capas de aislamiento y en la parte externa se tiene otra cubierta, la cuál será la cubierta fría.

La temperatura de “cara fría” es importante para la protección personal, pero es más importante para evitar el desperdiciar el calor por las paredes, es de notarse que la superficie de las paredes es grande.

Las condiciones de velocidad de viento, temperatura ambiente y temperatura de cara fría deseada las impone el cliente, si el requerimiento es más estricto que el estándar de nosotros entonces lo adoptamos, de lo contrario usamos el estándar.

CUBIERTA EXTERIOR, AISLAMIENTO Y CUBIERTA INTERIOR

Cubierta interior ó “liner”: Hecha con lámina de calibre 12 ó calibre 16 de material acero inoxidable para las zonas más calientes y de acero al carbón para las zonas frías.

Aislamiento : Normalmente se utiliza Fibra Cerámica para las zonas de temperatura alta y lana mineral para las zonas de temperatura bajas. Es muy común encontrar paredes que tienen combinación de ambos materiales, en donde hacia la cara más caliente se encuentra fibra cerámica y hacia la cara mas fría se encuentra lana mineral.

Cubierta exterior: Consta de placa de acero al carbón de 0.25” de espesor.

En caso de existir algún requerimiento especial de materiales se puede evaluar el uso de otro material y/o espesor.

CHIMENEA DE BY-PASS

Esta chimenea se encuentra localizada montada sobre el ducto de entrada al HRSG, su función es la de enviar los gases provenientes del turbogas hacia la atmósfera cuando el HRSG no está en funcionamiento.

Cabe aclarar que para lograr desviar los gases hacia y la atmósfera y evitar que entren en el HRSG se requiere el uso de un diverter damper.

Este tipo de diseño se usa bajo especificación del cliente.

Chimenea de By-pass

DIVERTER DAMPER

Dispositivo diseñado para desviar los gases hacia la chimenea de by-pass y evitar que entren en el HRSG.

Pueden estar formados de una (diverter) ó varias piezas (louver damper) de acero inoxidable.

La operación del diverter puede ser automática ó manual, cuando es automática puede ser movida por un motor eléctrico ó por un pistón pneumático, cuando es manual se tiene que quitar los tornillos y hacer los movimientos. La operación automática se puede efectuar el cambio con la turbina en operación, en la operación manual se tienen que para los equipos.

Especial cuidado se debe de tener cuando en operación automática se desea regresar los gases hacia el HRSG debido a la elevada temperatura de los mismos.

DIVERTER DAMPER

CHIMENEA

Sirve para enviar el flujo de gases a la atmósfera, cuando se diseña se debe de cuidar la velocidad del flujo de gases, así como la caída de presión. Normalmente esta fabricada de acero al carbón con espesor de 0.25 pulgadas.

CHIMENEA

COMPUERTA DE AISLAMIENTO PARA LA CHIMENEA

Esta compuerta se cierra cuando el HRSG está fuera de servicio, su función es la de evitar que el “tiro” inducido en la chimenea haga que circule aire a través del HRSG y con ello se lleve el calor de los tubos lo que provocaría que se cayera más rápidamente la presión en el HRSG.

En otras palabras se utiliza para mantener el HRSG caliente durante más rato de lo que normalmente estaría si se induciera “tiro” en la chimenea, lo anterior tiene su ventaja ya que estando caliente la unidad su re-arranque es más rápido.

Provoca una caída de presión de aproximadamente de 0.25 “ columna de agua.

SILENCIADOR EN CHIMENEA

Cuando el nivel de ruido solicitado por el cliente para el “far field” (a la distancia) no es posible cumplirlo, una opción para ello es instalar un silenciador en la chimenea, su función es la de atenuar ciertas octavas del nivel de ruido, tal que su resultado implique una disminución en el nivel de ruido total. Este dispositivo crea una caída de presión de alrededor de 0.50” columna de agua.

Silenciador en Chimenea

DISTRIBUTION GRID

Dispositivo diseñado a partir de un modelo físico a escala o un estudio CFD de flujos de gases en la caldera. Su objetivo es el de uniformizar la distribución de gases en un mismo plano con la finalidad de que el oxígeno se distribuya uniformemente y con ello la flama del quemador de ducto sea lo más simétrica posible. Este dispositivo crea una caída de presión de alrededor de 0.75” columna de agua.

QUEMADOR DE DUCTONormalmente opera con gas natural (aunque ya hay algunos que operan con diesel), su función es la de elevar la temperatura de los gases para con ello lograr una generación mayor de vapor. Dependiendo de la capacidad deseada del ciclo se puede utilizar ó no dicho dispositivo, en algunos casos se usa sólo para compensar el efecto de la temperatura ambiente sobre el turbogas, en otros casos su contribución es realmente significativa en el ciclo. En cuanto a las emisiones contaminantes, éstas deberán de sumarse a las producidas por el turbogas, si el HRSG no tiene quemador de ducto entonces las emisiones a la atmósfera son responsabilidad del turbogas. Este dispositivo crea una caída de presión de alrededor de 0.25” columna de agua.

El uso de quemador de ducto hace que se incremente la razón de recuperación del HRSG, lo anterior es debido a las diferencias de temperaturas entre la saturación del vapor y la temperatura de gases que se verá elevada.

QUEMADOR DE DUCTO

SCR (Selective Catalytic Reactor)

Su función es la de “atrapar” las partículas de NOx , para ello lleva a cabo una reacción catalítica en donde los gases de combustión interactúan con el amoníaco.

Para que la reacción se lleve a cabo se requiere una temperatura mínima de gases. Su inversión inicial y el mantenimiento son elevados, además causan una caída de presión en el lado gases de aproximadamente 2.5” w.c.

CO Catalyst

Este dispositivo es capaz de reducir el nivel de CO, para lograrlo hace reaccionar el CO con ½ O2. Lo importante en este dispositivo al igual que con SCR es la velocidad con la que se debe de realizar la reacción, para lo cuál lleva catalizadores.

Su costo inicial y mantenimiento son elevados, causan una caída de presión de entre 1 y 1.5” de columna de agua.

Es muy importante monitorear la caída de presión a través del dispositivo ya que un incremento en la misma significa que se tiene algún tipo de problema y se deberá de disparar la turbina de gas.

El aceite del turbogas que llevan los gases de combustión es perjudicial para este tipo de dispositivos, se debe de tener cuidado. Cada fabricante deberá de especificar cuál es la máxima tolerancia. Como referencia, un valor proporcionado por un fabricante indica 0.0016 Lb / millón de SCFH.

Emisiones de NOx y CO (Típicas)Emisiones de NOx y CO (Típicas)

Nota: Estas emisiones están referenciadas a 15% ONota: Estas emisiones están referenciadas a 15% O22 a volúmen secoa volúmen seco

-9 ppmSalida de la Turbina de Gas:Salida de la Turbina de Gas:

18.6 ppm-Entrada CO:Entrada CO:

4 ppm-Salida CO:Salida CO:

-14.15 ppmEntrada SCR:Entrada SCR:

-2.5 ppmSalida SCR:Salida SCR:

CONOx

BARRERAS ACÚSTICAS

Cuando el nivel de ruido solicitado por el cliente para el “near field” (generalmente a 1 metro del equipo) no es posible cumplirlo, se tiene la opción de incrementar el espesor de la cubierta exterior ó la instalación de barreras acústicas exteriores, normalmente esto sólo es necesario en el ducto de entrada que es en donde se propaga el ruido inducido por la turbina de gas. Su uso no tiene consecuencias en el comportamiento de los equipos.

BOMBAS DE AGUA DE ALIMENTACIÓNBombas utilizadas para proveer agua a los diferentes circuitos de presión de la caldera. Generalmente se tienen 2 bombas por cada sistema de presión y por cada caldera, lo anterior no es regla ya que en partes en donde se tienen2 HRSG puede ser factibles que se tengan 3 bombas de cada sistema pero alimentando a las 2 calderas y con sólo una bomba de respaldo.

En algunos casos se tiene que la bomba de agua de alimentación de alta presión es de 2 pasos y el primer paso es la descarga para presión intermedia.

BOMBAS DE RECIRCULACIÓN

Su función es la de recircular agua de la salida del precalentador (pre-heater) hacia la entrada del mismo, lo anterior es con la finalidad de mantener una cierta temperatura de agua a la entrada del precalentador y evitar con ello el punto de rocío de los gases.

44 Conceptos Básicos de Transferencia deConceptos Básicos de Transferencia deCalor en HRSGCalor en HRSG

Pinch Point Pinch Point --

Approach Approach --

CirculaciónCirculaciónNaturalNatural--

La La circulacióncirculación dede flujoflujo de un HRSG sede un HRSG se lleva lleva a a cabo cabo en forma en forma naturalnatural mediantemediante la la diferenciadiferencia dede densidadesdensidades deldel fluido fluido ((aguaagua / vapor)./ vapor).

EEs las la diferenciadiferencia dede temperatura entretemperatura entre el gas y el el gas y el fluidofluido enenuna secciónuna sección comúncomún de de transferenciatransferencia de de calorcalor..

EEs las la diferenciadiferencia dede temperaturatemperatura del del fluido entrefluido entre elel último último economizadoreconomizador y lay la correspondiente temperaturacorrespondiente temperatura de de saturaciónsaturación deldel mismo sistemamismo sistema. .

Es recomendable que la temperatura de entrada al Precalentador Es recomendable que la temperatura de entrada al Precalentador esté por encima del punto de rocío del ácido sulfúrico del gas desté por encima del punto de rocío del ácido sulfúrico del gas de salida, e salida, esto con el fin de prevenir corrosión de la superficie de calefaesto con el fin de prevenir corrosión de la superficie de calefacción debido a cción debido a la presencia de azufre en el gas. Para combustibles de las turbila presencia de azufre en el gas. Para combustibles de las turbinas de gas nas de gas como el gas natural que contienen pequeñas cantidades de azufre como el gas natural que contienen pequeñas cantidades de azufre (digamos 300 ppb de SO2 en los gases de combustión), la temperat(digamos 300 ppb de SO2 en los gases de combustión), la temperatura ura entrando al Precalentador deberá ser mayor o igual a 140°F (60°Centrando al Precalentador deberá ser mayor o igual a 140°F (60°C). ).

El punto de rocío del ácido sulfúrico de otros combustibles de lEl punto de rocío del ácido sulfúrico de otros combustibles de las turbinas as turbinas de gas pueden ser calculados basándose en la concentración de Hde gas pueden ser calculados basándose en la concentración de H22O/SOO/SO33en el gas de salida.en el gas de salida.

PPUNTOUNTO DDEE RROCÍOOCÍO

Otro punto importante a considerarse será el punto de Otro punto importante a considerarse será el punto de condensación de los gases de combustión, dicho punto está por decondensación de los gases de combustión, dicho punto está por debajo del bajo del punto de rocío de los gases. A esta temperatura la humedad contepunto de rocío de los gases. A esta temperatura la humedad contenida en nida en el flujo de gases se condensa y pasa a estado líquido.el flujo de gases se condensa y pasa a estado líquido.

Normalmente está cercana a los 100 °F (38 °F), existen Normalmente está cercana a los 100 °F (38 °F), existen ecuaciones para su cálculo, esto significaría que en el caso hipecuaciones para su cálculo, esto significaría que en el caso hipotético en otético en que el combustible no tuviese nada de azufre, nuestra limitante que el combustible no tuviese nada de azufre, nuestra limitante térmica para térmica para la temperatura de entrada del agua de alimentación sería el puntla temperatura de entrada del agua de alimentación sería el punto de o de condensación de los gases.condensación de los gases.

PPUNTOUNTO DDE CONDENSACION DE GASESE CONDENSACION DE GASES

TRANSFERENCIA DE CALOR

ØØ La transferencia de calor entre los gases de escape de la TurbinLa transferencia de calor entre los gases de escape de la Turbina de a de Gas y el fluido (agua / vapor) es función de:Gas y el fluido (agua / vapor) es función de:

-- Superficie de CalefacciónSuperficie de Calefacción

-- Arreglo de SuperficieArreglo de Superficie

-- Tubos y Material de aletasTubos y Material de aletas

-- Diferencial de Temperatura entre el Fluido y el GasDiferencial de Temperatura entre el Fluido y el Gas

-- Arreglo de FlujoArreglo de Flujo

-- Factores de ensuciamientoFactores de ensuciamiento

ARREGLO DE FLUJOARREGLO DE FLUJO(Paralelo, Contraflujo, & Cross)(Paralelo, Contraflujo, & Cross)

55 Tratamiento Químico del Agua de AlimentaciónTratamiento Químico del Agua de Alimentación

La responsabilidad del tratamiento de agua de alimentación así como el tipo de sustancias químicas usadas es sola responsabilidad del Químico de la planta. Se deberán de seguir los lineamientos que marca el ABMA sobre la calidad mínima del agua en la caldera.El fabricante del turbovapor solicita ciertas características en el vapor entrante, dichas características están directamente relacionadas con la eficiencia del separador y de la calidad delagua en el domo.La calidad del agua en el domo depende directamente de la cantidad de purga utilizada y de la calidad del agua de alimentación.El agua en el domo debe de tener un oxígeno disuelto menor a 7 ppb.

Conceptos Básicos del Control de Parámetros Químicos


En muchos de los casos los requerimientos de vapor para la turbina son mayores que los requerimientos del ABMA.Muy frecuentemente se utilizan los criterios de vapor que requiere la turbina, la implementación de cómo llegar a ello esta fuera de la responsabilidad del fabricante del HRSG, por lo que sólo podemosaportar opiniones, pero no podemos responsabilizarnos por la implementación ni por el método utilizado.Las impurezas acarreadas hacia el sobrecalentador son generalmente disueltas en gotas de agua, con la excepción de losvapores de sílica lo cuál es una preocupación sólo a presiones muy elevadas.La planta deberá de consultar a un especialista calificado en tratamiento de agua para recomendaciones específicas.

Impurezas Comúnmente encontradas en el agua de alimentación.Impurezas Comúnmente encontradas en el agua de alimentación.

-- Sólidos DisueltosSólidos Disueltos

a. a. Carbonato de CalcioCarbonato de Calcio (Lime)(Lime)

b. b. Carbonato de MagnesioCarbonato de Magnesio ((DolomitaDolomita))

c. Calcium Sulfate (Gypsum)c. Calcium Sulfate (Gypsum)

d. d. Sulfato de MagnesioSulfato de Magnesio (Epsom Salts)(Epsom Salts)

e. Se. Síliceílice (Sand)(Sand)

f. f. Especies iónicasEspecies iónicas (Ca+, Mg+, OH(Ca+, Mg+, OH--))

-- Gases DisueltosGases Disueltos

a. Oxa. Oxígenoígeno ((debido a fugas de airedebido a fugas de aire))

b. b. NitrógenNitrógenoo ((debido a fugas de airedebido a fugas de aire))

c. c. Dióxido de CarbonoDióxido de Carbono ((de fugas de airede fugas de aire y Decaimiento Vegetaly Decaimiento Vegetal))


Impurezas Comúnmente encontradas en el agua de alimentación.Impurezas Comúnmente encontradas en el agua de alimentación.

-- Materia SuspendidaMateria Suspendida

a. a. TurbiaTurbia

b. b. ColorColor

c. c. VegetaciónVegetación

d. d. PolvoPolvo



Técnicas Utilizadas para minimizar las impurezasTécnicas Utilizadas para minimizar las impurezas

-- Sólidos DisueltosSólidos Disueltos

a. a. FiltrosFiltros

b. b. Osmosis InversaOsmosis Inversa ((FiltFiltroro))

c. c. Intercambiadores IónicosIntercambiadores Iónicos ((FiltFiltroro))

d. Coagulad. Coagulaciónción & & FloculaFloculacciióónne.e. Purga ContinuaPurga Continua (TDS(TDS en agua de alimentación en agua de alimentación / TDS/ TDS

permisibles en domopermisibles en domo))

-- Gases DisueltosGases Disueltos

a. a. DeareaciónDeareación

b. b. QuímicosQuímicos (H(Hiidracindracinaa, , Sulfato de SodioSulfato de Sodio))


-- Sólidos SuspendidosSólidos Suspendidos

a. Coagulaa. Coagulacciióón & n & FloculaFloculacciióón (n (ClarifiClarificadorescadores))

b. b. FiltFiltrosros ((RestrictoresRestrictores, , Filtros de Carbón ActivadoFiltros de Carbón Activado))

c. c. Acondicionadores de lodosAcondicionadores de lodos ((no los remueven pero protegenno los remueven pero protegen))

d. d. Purga IntermitentePurga Intermitente ((Frecuentemente establecida por el Frecuentemente establecida por el Químico de la plantaQuímico de la planta))

Inspecciones frecuentes y monitoreo en línea ayudan a eliminar Inspecciones frecuentes y monitoreo en línea ayudan a eliminar problemas como depósitos y corrosión.problemas como depósitos y corrosión.

Técnicas Utilizadas para minimizar las impurezasTécnicas Utilizadas para minimizar las impurezas


Corrosión en la Caldera es el resultado de muchos factores entreCorrosión en la Caldera es el resultado de muchos factores entre ellosellos::

-- OxOxígenoígeno

-- pH pH

-- AlAlcalinidadcalinidad

-- Niveles de Dióxido de CarbonoNiveles de Dióxido de Carbono ((despreciabledespreciable))

-- Depósitos en las paredes de los TubosDepósitos en las paredes de los Tubos ((eliminar todos los eliminar todos los depósitosdepósitos))

-- Niveles de Sólidos Totales DisueltosNiveles de Sólidos Totales Disueltos ((por por ABMA)ABMA)

Conceptos Básicos del Control de Parámetros Químicosöö La evaporación en la caldera provoca que las impurezas se La evaporación en la caldera provoca que las impurezas se

concentren.concentren.öö Los depósitos en las calderas son resultado de impurezas adheridLos depósitos en las calderas son resultado de impurezas adheridas as

a las paredes de los tubos. a las paredes de los tubos. öö Algunos depósitos comunes en las calderas son:Algunos depósitos comunes en las calderas son:

-- Depósitos de FosfatosDepósitos de FosfatosFácilmente removibles por métodos normales de limpieza.Fácilmente removibles por métodos normales de limpieza.

-- Depósitos de CarbónDepósitos de Carbón

Identificable mediante prueba ácidaIdentificable mediante prueba ácida ((Burbujas de gas Burbujas de gas COCO22))

-- Depósitos de SulfatosDepósitos de SulfatosNo burbujearán en solución ácidaNo burbujearán en solución ácida

-- Depósitos de SíliceDepósitos de SíliceMuy durosMuy duros, , quebradizosquebradizos y no solubles eny no solubles en HClHCl


Parámetros típicos de calidades de agua a diferentes presiones


Valores Típicos para un HRSG, deberán de cotejarse con los requerimientos de la turbina de vapor.

66 Procedimientos de Operación y Curvas de ArranqueProcedimientos de Operación y Curvas de Arranque

a. Aa. ARRANQUERRANQUE

b. Pb. PAROARO

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØPreparaciones para Arranque Inicial y después de realizar un Mantenimiento.

- Se requiere de una revisión general de la caldera de recuperación antes de iniciar con el arranque para asegurar una operación segura y confiable.

a. Verificar la cubierta exterior.

b. Limpieza de la unidad (interior y exterior)

c. Acceso libre para expansiones térmicas (drenajes, cubierta interior, tuberías, etc)

d. Soportes de tuberías correctamente instalados y ajustados.

- Válvulas

a. Inspeccionar localización de válvulas y orientación.

b. Verificar la carrera completa de todas las válvulas (cerrar completamente y abrir al 100%)

c. Operar todas las válvulas neumáticas y eléctricas.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØPreparaciones para Arranque Inicial y después de realizar un Mantenimiento.- Dispositivos de Controla. Verificar la carrera completa de las válvulas de control (cerradas

completamente y abiertas al 100%) para asegurarse que puedan seroperadas correctamente y verificar su posición con respecto a la señal de control.

b. Verificar las señales eléctricas de los transmisores al sistema del DCS.

c. Operación adecuada de electrodos de las columnas de agua e indicadores de nivel.

d. Revisar indicadores de presión y temperatura para una correcta instalación y operación, así como medidores de flujo.

e. Verificar indicadores con mediciones locales disponibles (temperaturas, presión, nivel de domo, etc.).

f. Verificar operaciones correctas de alarmas y señales de disparos de la lógica de control de la caldera (nivel de domo, temperaturas de vapor, caídas de presión, etc.)

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUE

ØLos siguientes sub-sistemas tendrán que estar en condiciones de funcionar previo al arranque de la caldera de recuperación:

a. Sistema de Control de la Caldera

b. Indicadores y Transmisores de nivel.

c. Válvulas de Control.

d. Válvulas motorizadas y de seguridad.

e. Alimentador de Químicos.

f. Sistema de soplado.

g. Sistema de agua de alimentación.

h. Sistemas eléctricos y neumáticos.

i. Sopladores de aire de enfriamiento (si cuenta con quemador de ducto)


ØInformación General

- Esfuerzos térmicos son inducidos en la caldera durante el arranque y paro de la misma.

-El calor entrando al recuperador tendrá que ser controlado para mantener una razón de incremento de temperatura especificada (incremento instantáneo de temperatura en el domo de agua).

-De preferencia arrancar la unidad con la temperatura del agua entrando al recuperador lo más caliente posible.

-Es importante mantener los niveles del domo correctamente durante el arranque (y paro).

-Si cuenta con válvulas de venteo, tendrán que ser moduladas para controlar el incremento de la temperatura de saturación en el domo de agua.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØPreparaciones y Recomendaciones para el Arranque-Asegurar una buena limpieza de la unidad (interior y exterior)

-Cerrar herméticamente los registro hombre y asegurarse que todas las mordazas y/o bridas ciegas sean removidas de las válvulas de seguridad.

-Abrir venteos de arranque para permitir escapar el aire cuando se llene la caldera. Llenar a 8 pulgadas por debajo del nivel normal teniendo una buena calidad de agua disponible (deareada, desmineralizada y pretratada). Nunca arranque la unidad con niveles de agua inferiores al “corte por bajo nivel”.

-Compare indicadores del DCS con indicadores locales y confirme posiciones de válvulas.

-Si se ha hecho algún trabajo de reparación, revisar posibles fugas.

-Si los registro hombre han sido removidos, necesitarán ser cerrados herméticamente una vez que la caldera alcance las 25 psig para asegurar un sello hermético.

-Si cuenta con compuerta de chimenea, éste deberá ser abierto antes de inicializar la secuencia de arranque de la turbina de combustión.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØArranque en frío

-Purgar serpentines, indicadores de nivel y columnas de agua para asegurarse que no exista ningún residuo que se haya formado en los drenajes.

-Verificar que funcionen correctamente los niveles de alarma determinados.

-Abrir drenajes de los Sobrecalentadores para permitir drenar cualquier condensado.

-Arrancar las bombas de agua de alimentación y abrir la válvula principal de agua de alimentación, la válvula de venteo de arranque y la válvula de aislamiento del atemperador. El nivel del domo no debe de estar variando.

-Realizar cualquier cambio necesario de posición de válvulas de acuerdo a los procedimientos de planta.

-Arrancar la turbina de combustión y llevarla a mínima carga. Algunas turbinas requieren mantener un tiempo en espera hasta que alcance una suficiente producción de vapor o para limitar la razón de incremento en temperatura (llamado “heat soak”).

-Monitorear la temperatura y nivel de agua del domo. Al elevarse la temperatura de la unidad, se produce un oleaje en el domo.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØArranque en frío-Una vez que se alcanza el máximo nivel, poner el nivel del domo en control automático.

-Primero el vapor alcanzará la máxima presión de operación en el sistema de baja presión y después en el sistema de alta presión. El tiempo estándar para alcanzar la presión de operación es entre 20 a 45 minutos.

-El operador deberá de incrementar la carga de la turbina una vez que en los sistemas de alta e intermedia presión hayan alcanzado una presión de 10 psig (70 kPa) y el sistema de baja presión 5 psig (35 kPa). En este tiempo se deberán cerrar los drenajes del sobrecalentador.

-El incremento en carga de la turbina y la modulación de los venteos de arranque deberán se hechos manteniendo una razón de incremento de temperatura de 5°F/min en el sistema de alta presión, y de 12°F/min en los sistemas de intermedia y baja presión.

-El uso de los venteos de arranque también ayuda a proteger a lossobrecalentadores de altas temperaturas y choques térmicos.

-Después de que la unidad haya alcanzado la máxima presión de operación, intercambiar a 3 elementos de control de agua.


ØArranque en frío-Permitir estabilizar la caldera de recuperación y después dejarla en línea y probar los equipos auxiliares, instrumentos y sistemas de control.

-Después de que la unidad esté en operación estable, realizar una inspección visual de toda la unidad.

-Guardar en la bitácora de la caldera el proceso de arranque para futuras referencias y correcciones.

-Es muy importante que cuando se esté envíando vapor hacia la turbina, durante el período de calentamiento de la misma (“heat soak”) y se tenga que mantener una determinada temperatura de vapor, el control de la temperatura de vapor tendrá que ser hecho con una combinación entre agua de atemperación en los sobrecalentadores/recalentadores y controlar la temperatura de los gases de escape de la turbina. No se deberá de inyectar agua de atemperación cuando el HRSG se encuentre trabajando a cargas mínimas, se recomienda que el agua de atemperación sea utilizada en forma moderada después del 40% de carga. Con lo anterior se pretende evitar el que se introduzca exceso de agua en los sobrecalentadores y que ello conduzca a esfuerzos térmico en los tubos y cabezales.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØArranque en Caliente

-Se continúa incrementando la carga a la turbina, asegurándose demantener una razón de incremento de temperatura de 3.94°F/min.

-Es un hecho que en el arranque en caliente hay una presión positiva en cada sistema antes del arranque de la turbina.

-Hacer los mismos procedimientos que se realizaron en el arranque en frío.

-Ajustar los niveles de los domos como sea necesario. Abrir los drenajes de los sobrecalentadores para sacar cualquier condensado que se haya generado.

-Hay una gran posibilidad de que se presente un gran oleaje en el domo cuando se abran los venteos de arranque y se presurice la caldera antes del arranque. Para tratar de controlar la presión del domo, es recomendable no abrir al 100% el venteo de arranque sino a un valor mínimo en el cual se asegura un flujo de vapor.

-Arrancar la turbina manteniéndola a mínima carga hasta que el flujo de vapor a través de los sobrecalentadores sea satisfactorio o hasta que la presión del domo en los sistemas de alta e intermedia presión hayan alcanzado 10 psig y 5 psig en el sistema de baja presión.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØComentarios generales cuando se utilice una compuerta de bypass.-Deberán de realizarse todos los esfuerzos posibles al utilizar los procedimientos de arranque en frío y caliente descritos anteriormente. De preferencia arrancar la turbina de gas y la caldera de recuperación simultáneamente con la compuerta de bypass abierta al 100% previo a la secuencia de arranque de la turbina. Cuando esta metodología no puede llevarse a cabo, el siguiente procedimiento deberá de realizarse.

ØArranque utilizando una compuerta de bypass

-Seguir los procedimientos de arranque y posiciones de válvulas descritas en la secuencia de arranque en frío.

-Reducir la carga de la turbina de gas al mínimo (por ejemplo, velocidad máxima – sin carga)

-Mínimo, la carga deberá de reducirse hasta que la temperatura de salida esté por debajo de los 700°F (371°C). Esto:

-Reduce esfuerzos térmicos en los tubos de sobrecalentadores vacíos.

-La temperatura estará por debajo de la temperatura de auto-encendido de cualquier combustible acumulado en la caldera.


-Arrancar las bombas de agua de alimentación. Asegurarse que las válvulas de aislamiento y de atemperación estén abiertas.

-Ajustar los niveles del domo para arranque en frío.

-Asegurarse que los venteos de arranque y drenajes de los sobrecalentadores estén abiertos al 100%.

-Controlar el flujo de salida de la turbina de gas a través de la caldera de recuperación abriendo lentamente la compuerta de bypass. El flujo de salida deberá de mantenerse por debajo del 25% del flujo a carga máxima hasta que sea alcanzada una presión de 10 psig (70 kPa). Esto corresponderá a una abertura de la compuerta muy pequeña (menor al 10%).

-Incrementar gradualmente la apertura de la compuerta manteniendo la razón de incremento de temperatura especificada. Cuando la compuerta se abra al 100%, comenzar a incrementar la carga de la turbina manteniendo la razón de incremento de temperatura.

-Continuar con los procedimientos de arranque en frío previamentediscutidos.

ØComentarios generales cuando se utilice una compuerta de bypass.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØComentarios generales.

-Para accesos a la caldera normales, paros programados o paros cuando no requiera de accesos, deberá de utilizarse el procedimiento de paro normal.

-Si se requiere de un acceso a la caldera rápido, deberá de utilizarse el procedimiento de paro de emergencia.

ØPrevio al paro

-Incrementar la purga continua al 10% e incrementar al doble la frecuencia de la purga intermitente.

-Incrementar la alcalinidad del agua y las acondicionadoras de lodos de acuerdo a los procedimientos establecidos para la planta.

-Poco a poco abrir los drenajes de los evaporadores y economizadores para asegurarse de que no estén tapados.

-Asegurarse que el agua es adecuadamente deareada antes de remover la fuente de calor.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØParo Normal-Después de quitar la fuente de calor, bloquear el gas y las líneas de vapor y de agua. Dejar que la caldera se enfríe naturalmente. Los niveles del domo se deberán de mantener igual al enfriarse.

-Si se requiere entrar a la caldera, dejar enfriar la caldera hasta 10 psig (aproximadamente 8 horas sin compuerta de chimenea) y comenzar a drenar y ventear los serpentines.

-Si la caldera va a esta fuera de servicio por una largo tiempo, tendrán que ser implementados otros procedimientos. Reparar drenajes tapados.

ØParo de emergencia.

-Parar la turbina de gas y aislar el fluido.

-Utilizar el motor impulsor de la turbina de gas para alimentar aire a la caldera de recuperación. Seguir las limitantes del motor. Si la temperatura de la turbina llega por debajo de los 70°F (21°C) apagar el motor.

-Utilizando la válvula de purga intermitente drenar el domo hasta la alarma por bajo nivel.

PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN - ARRANQUEØParo de emergencia.-Cerrar las válvulas de las purgas, esperar cinco (5) minutos y suministrar agua deareada (mayor a 200°F) a cada sistema hasta que el agua alcance el nivel alto.

-Repetir el procedimiento de drenaje y llenado hasta que la presión del domo alcance 10 psig (70 kPa) tiempo en el cual se inicie el drenaje y venteo de la caldera.

-Abrir venteos y dejar que la caldera se enfríe naturalmente de 10 a 0 psig. El abrir las puertas de acceso más cercanas a la turbina de gas ayudará a enfriar la unidad más rápido.

ØPos-Paro

-Seguir los procedimientos de acuerdo a paros cortos, protecciones de congelación e inspecciones de mantenimiento. Drenar todas las líneas de agua y gas en donde llegue a ocurrir la condensación.

Curvas Típicas de arranque

Typical 207FA Coldstart(startup after 72hr shutdown or longer, no bypass damper)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240min

%

GT1 Speed %

GT1 Load %

GT2 Speed %

GT2 Load %

ST Speed %

ST Load %

*1 Start initiation at min = 0. Ready to start conditions satisfied previously.

*2 GT base load operation at exhaust temp control spec limit, full open compressor IGV position, ST valves

full open.

*2 Star tup

V Complete

551HA566

GRS 06/19/98


Typical 207FA Coldstart(startup after 72 hr shutdown, no bypass damper)

0

10

20

30

40

50

60

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80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240min

%

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

%-h

r

GT1 Heat Cons %

GT2 Heat Cons %

GT1 Accum Heat Cons %-hr

GT2 Accum Heat Cons %-hr


*2 GT base load operation at exhaust temp control spec limit, full open compressor IGV position, ST valves full open. 551HA567

GRS 06/19/98

*2 Startup

V Complete



0

1020

3040

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240min

%

0

2040

6080

100

120

140

160

180

200

%-h

r

GT1 Load %

GT2 Load %

ST Load %

GT1 Accum Power Production %-hr

GT2 Accum Power Production %-hr

ST Accum Power Production %-hr


*2 GT base load operation at exhaust temp control spec limit, full open compressor IGV position, ST valves full open. 551HA568

GRS 06/19/98

*2 Star tup

V Complete



0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240min

deg

F

0

20

40

60

80

100

120

%

GT1 Texh deg F

GT1 Speed %

GT1 Load %

GT1 Wexh %


*2 GT base load operation at exhaust temp control spec limit, full open compressor IGV position, ST valves

full open.

551HA569

GRS 06/19/98

*2 Star tup

V Complete



0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240min

deg

F

0

20

40

60

80

100

120

%

GT2 Texh deg F

GT2 Speed %

GT2 Load %

GT2 Wexh %


*2 GT base load operation at exhaust temp control spec limit, full open

compressor IGV position, ST valves full open.

551HA570

GRS 06/19/98

*2 Startup

V Complete


HRSG Cold Start-Up - High Pressure System

0

20

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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Time (minutes)

Mas

s F

low

(10

00 K

g/h

r)

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Tem

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°C)

& P

ress

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)

HP SH Steam Flow Rate

HP SH Outlet Pressure

HP Drum Pressure

HP SH Outlet Temperature


HRSG Cold Start-Up - Reheat/Intermediate Pressure System

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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Time (minutes)

Mas

s F

low

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00 K

g/h

r)

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300

400

500

600

Tem

per

atu

re (

°C)

& P

ress

ure

(b

ar A

)

RH Steam Flow RateIP SH Steam Flow RateRH Outlet PressureIP Drum PressureRH Outlet Temperature


HRSG Cold Start-Up - Low Pressure System

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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Time (minutes)

Mas

s F

low

(10

00 K

g/h

r)

0

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150

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Tem

per

atu

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°C)

& P

ress

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(b

ar A

)

LP SH Steam Flow RateLP Drum PressureLP SH Outlet Temperature

77 Superficie de Calefacción y Funcionamiento TérmicoSuperficie de Calefacción y Funcionamiento Térmico

Caso 1 Caso 2

DescripciónTurbina de

GasGas de escape Flujo (kg/h) 1,495,800 1,593,500Gas de escape Temperatura °C 622 610Gas de escape Nitrogeno N2 (%Vol) 72.53 73.98Gas de escape Oxygeno O2 (%Vol) 12.21 12.49Gas de escape Dioxido de Carbon CO2 (%Vol) 3.72 3.77Gas de escape Vapor de agua H2O (%Vol) 10.64 8.86Gas de escape Dioxido de Azufre SO2 (%Vol) 0.00 0.00Gas de escape Argon Ar (%Vol) 0.90 0.90Temperatura Ambiente °C 42.30 23.30Elevación m 15 15Temp. salida de Chimenea °C 95.00 95.00

Quemador encendido (S/N) S NTemperatura de Quemado (°C) 847 N/A

Caldera de Recuperación

HP SH #2 Flujo Calculado (kg/hr) 336,059 186,832HP SH #2 Temp. Calculada (°C) 568.3 554.4HP SH #2 Presión de Salida (MPa) 13.40 7.66

RHTR #2 Flujo Calculado (kg/hr) 378,193 227,744RHTR #2 Temp. Calculada (°C) 567.2 561.7RHTR #2 Presión de Salida (MPa) 3.69 2.23

LP SH Flujo Calculado (kg/hr) 3,619 16,624LP SH Temp. Calculada (°C) 349.4 246.1LP SH Presión de Salida (MPa) 0.39 0.29

RHTR #1 Flujo de Recalentado Frío (kg/hr) 332,454 184,726IP SH #2 Flujo de Vapor de Salida (kg/hr) 39,918 43,018IP SH #2 Temperatura de Salida de vapor (°C) 326.7 279.4IP SH #2 Presión de Salida (MPa) 4.00 2.42

HP SH #1 Flujo de Atemperación (kg/hr) 4,322 0RHTR #1 Flujo de Atemperación (kg/hr) 5,821 0PREHEAT Temperatura Entrando (°C) 43 33.70PREHEAT Temp. De entrada de Recirculación (°C) 75 82.22PREHEAT Flujo de Recirculación (kg/hr) 126,304 252,399

Casos de Garantía

S. C. HP SH2 RHTR2 QUEMADOR RHTR1 HP SH1 HP EVAP IP SH LP SH

Area m2 4,220.678 10,703.173 1,340.962 5,716.881 30,938.013 938.507 268.118Tubo D.E. mm 50.800 57.150 69.850 50.800 50.800 69.850 69.850Espesor min. mm 6.071 3.048 3.048 4.763 3.810 2.667 2.667Material SA-213-T91 SA-213-T91 SA-213-T91 SA-213-T91 SA-178D SA-178A SA-178ALongitud m 16.154 16.154 18.669 18.669 19.050 19.050 19.050Numero de Seccion Transversal 70 72 0 68 78 72 56 16Numero de Flujo de circuito 70 144 0 68 78 0 56 16Espaciamiento Transversal mm 104.496 101.600 107.569 93.777 101.600 101.600 101.600No. of Longitudinal Rows 2 4 0 2 4 13 1 1Espaciamiento Longitudinal mm 139.700 120.650 114.300 127.000 114.300 114.300 114.300Num. de filas de tubo liso 0 0 0 1 0 0 0 0Num. de filas de tubo Aletado 2 4 0 1 1 7 1 1 Densidad De la Aleta Aleta/cm 2.116 2.362 1.280 0.984 2.362 1.280 1.280 Altura de Aleta mm 19.050 19.050 9.525 9.525 12.700 9.525 9.525 Espesor de Aleta mm 1.245 1.245 1.245 1.245 1.245 1.245 1.245 Segmento de Aleta mm 4.501 4.501 0.000 0.000 3.969 3.969 3.969Material de la Aleta 409SS 409SS 0 409SS 409SS CS CS CSNum. de filas de tubo Aletado 1 6 Densidad Aleta/cm 1.247 2.362 Altura de Aleta mm 9.525 19.050 Espesor de Aleta mm 1.245 1.245 Segmento de Aleta mm 0.000 3.969 Material de la Aleta 409SS CS Num. de filas de tubo Aletado 2 Densidad Aleta/cm 2.362 Altura de Aleta mm 12.700 Espesor de Aleta mm 1.245 Segmento de Aleta mm 4.501 Material de la Aleta 409SS

Notas: 1. 1er Fila 6.604 / 2a Fila 5.5372. 1er Fila 6.604 / 2a Fila 4.699 / 3er Fila 4.318 / 43. Aleta solida

Unidades HP ECO2 IP EVAP HP ECO1 IP ECO1 LP EVAP FWTR

Area m2 9,781.947 20,650.674 17,287.676 5,238.710 17,118.314 43,795.422Tubo D.E. mm 50.800 50.800 38.100 38.100 50.800 38.100Espesor min. mm 3.429 2.667 3.048 2.667 2.667 2.667Material SA-178D SA-178A SA-178D SA-178A SA-178A SA-178ALongitud m 19.050 19.050 19.050 19.050 19.050 19.050Numero de Seccion Transversal 72 76 66 20 72 88Numero de Flujo de circuito 36 0 66 20 0 88Espaciamiento Transversal mm 101.600 96.241 85.065 85.065 101.600 83.134No. of Longitudinal Rows 4 8 10 10 7 19Espaciamiento Longitudinal mm 114.300 114.300 101.600 101.600 114.300 101.600Num. de filas de tubo liso 0 0 0 0 0 0Num. de filas de tubo Aletado 4 8 10 10 7 19 Densidad Aleta/cm 1.969 1.969 1.969 1.969 1.969 1.969 Altura de Aleta mm 19.050 19.050 19.050 19.050 19.050 19.050 Espesor de Aleta mm 1.245 1.245 1.245 1.245 1.245 1.245 Segmento de Aleta mm 3.969 3.969 3.969 3.969 3.969 3.969Material de la Aleta CS CS CS CS CS CSNum. de filas de tubo Aletado Densidad Aleta/cm Altura de Aleta mm Espesor de Aleta mm Segmento de Aleta mm Material de la Aleta

4. Aislamiento Interior no es suministrado. Se recomienda aislamiento exterior en chimenea (Es por otros).5. Una capa de proteccion anticorrosiva sera aplicada al la placa de la cubierta aguas abajo del SCR del recuperador, incluyendo la transicion de salida. La capa debera ser aplicada a pisos y paredes laterales extendiendose 1 Ft arriba del piso.

6060 60 60 60

Calibre 12 / 16Calibre 12 Calibre 12 Calibre 12 Calibre 12 / 16C.S.409 SS 310 SS 304 SS C.S.

Fibra CeramicaFibra Ceramica Fibra Ceramica Fibra Ceramica Fibra Ceramica101.6101.6 177.8 101.6 101.6

InternoInterno Interno Interno Interno

INORGANICO DE ZINC INORGANICO DE ZINCINORGANICO DE ZINC INORGANICO DE ZINC INORGANICO DE ZINC INORGANICO DE ZINCSSPC SP-6 SSPC SP-6SSPC SP-6 SSPC SP-6 SSPC SP-6 SSPC SP-6

6.35 6.356.35 6.35 6.35 6.35ACERO AL CARBON ACERO AL CARBONACERO AL CARBON ACERO AL CARBON ACERO AL CARBON ACERO AL CARBON

HPECO2 AL FWTR CHMENEA

6. Se incluyen 25.4 mm de fibra ceramica extra para espesor de aislamiento para el HRSG para cumpilr con una eficiencia del Calor absorbido del 99.5 %. 7. Proteccion anticorrosivaconsiste en aplicacionb de pintura interior incluyendo el SSPC, preparacion de superficie y minima capa seca de espesor.

1. Temperatura promedio de cubierta basada en 27 °C de temperatura Ambiente con un velocidad de viento en 1.6 km/hr 2. Densidad 8 lb, 1260° C Fibra Cerámica3. Linner del piso en calibre 12

DUCTO DE ENTRADA HPSH2 AL HPSH1 HPEVAP AL IP/LP SH SCR & CO

Emisiones de NOx para una Turbina de Gas 207 FAEmisiones de NOx para una Turbina de Gas 207 FA

Nota: Estas emisiones están referenciadas a 15% ONota: Estas emisiones están referenciadas a 15% O22 a volúmen secoa volúmen seco

25 ppmSalida de la Turbina de Gas:Salida de la Turbina de Gas:

41.25Salida del Recuperador de Calor:Salida del Recuperador de Calor:

NOx

88 Arreglo General & DTI’sArreglo General & DTI’s

ARREGLO GENERAL DE PARTES A PRESIÓN

DIAGRAMA DE TUBERÍA E INSTRUMENTACIÓN (Alta Presión)

DIAGRAMA DE TUBERÍA E INSTRUMENTACIÓN (Presión Intermedia)

DIAGRAMA DE TUBERÍA E INSTRUMENTACIÓN (Baja Presión)

DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN (SCR)

DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN (Quemador)

curso teórico hrsg mexicali

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