informe de mínimo técnico operando con gas natural

GERENCIA CORPORATIVA DE GENERACION

Mejillones, 10 de marzo de 2017

TIPO : INFORME

AUTOR : GT/ UNG3

ÁREA : UNG CTM3

DISTRIBUCIÓN: UNG3 GT GGCDEC

Informe de Mínimo Técnico Operando con Gas

Natural - Unidad CTM 3


i

INDICE

INDICE ..................................................................................................................................... I

INDICE DE TABLAS ............................................................................................................... II

INDICE DE ILUSTRACIONES ................................................................................................. II

1.- RESUMEN EJECUTIVO.................................................................................................... 1

2.- INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 3

3.- Datos técnicos de la unidad ............................................................................................ 3

4.- RESULTADOS MEDIDOS DURANTE LA PRUEBA .......................................................... 4

4.1.- Mínimo técnico ....................................................................................................... 4

4.2.- Variables medidas durante la prueba ..................................................................... 5

4.3.- Comportamiento de las temperaturas del vapor de entrada a las distintas etapas de la turbina en función de la potencia de operación ........................................................... 6

4.4.- Presiones de vapor entrada de la turbina de vapor y potencia bruta de despacho . 7

4.5.- Posición del IGV y potencia bruta generada ........................................................... 8

4.6.- TETC y potencia bruta generada ........................................................................... 8

4.7.- Posición de las válvulas de alimentación a los quemadores de operación en Difusión y Premix ......................................................................................................................... 9

4.8.- Emisiones de NOx .................................................................................................. 9

4.9.- Temperaturas en cojinetes de los descansos de la TG ........................................ 10

4.10.- Vibraciones absolutas y relativas en los descansos de la TG ............................ 11

4.11.- Presión de vacío y nivel del condensador ........................................................... 12

5.- CONCLUSIÓN ................................................................................................................. 13

6.- ANEXOS .......................................................................................................................... 14

6.1.- Resumen – Parámetros de la prueba. .................................................................. 14

6.2.- Potencia de cambio & Estabilidad – De Premix a Difusión @ 50% de Pmax ........ 15

6.3.- Operación estable de la unidad ............................................................................ 15

6.4.- Solicitud De Conexión para realización de pruebas MT ........................................ 15


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INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Potencia promedio durante prueba de Mínimo Técnico ................................................................................... 4

Tabla 2: Histograma de frecuencia relativa y acumulada asociada a los valores de potencia medidos durante la prueba

de Mínimo Técnico 18.000 datos, 1 por segundo) ......................................................................................................... 4

Tabla 3: Variables medidas durante la prueba y sus valores de alarma y trip ................................................................ 5

INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Temperaturas Turbina Alta Presión .......................................................................................................... 6 Ilustración 2: Temperaturas Turbina Media y Baja Presión ........................................................................................... 6 Ilustración 3: Temperatura vapor entrada Turbina Alta Presión ..................................................................................... 7 Ilustración 4: Temperatura vapor entrada Turbina Media y Baja Presión ...................................................................... 7 Ilustración 5: Posición IGV ............................................................................................................................................ 8 Ilustración 6: Comportamiento del “Control de Temperatura de Escape de Turbina” (TETC) ...................................... 8 Ilustración 7: Válvulas de modos de combustión ........................................................................................................... 9 Ilustración 8: Parámetro medio ambiental ...................................................................................................................... 9 Ilustración 9: Temperatura de Cojinetes ....................................................................................................................... 10 Ilustración 10: Vibraciones Absolutas TV.................................................................................................................... 11 Ilustración 11: Vibraciones Relativas TV ..................................................................................................................... 11 Ilustración 12: Comportamiento del Vacío del Condensador ....................................................................................... 12 Ilustración 13: Movimiento del Nivel del Condensador ............................................................................................... 12 Ilustración 14: Proceso de reducción de carga, inestabilidad y posterior operación continúa durante 5 horas al nuevo

mínimo técnico ............................................................................................................................................................. 14

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1

1.- Resumen ejecutivo

Estas pruebas fueron realizadas con el objetivo analizar la factibilidad técnica asociada a la reducción del

parámetro de mínimo técnico a un valor que permita que la unidad pueda operar con gas natural de

manera estable, continua y segura cumpliendo tanto con las especificaciones dadas por el fabricante

como con los requerimientos del Coordinador Eléctrico Nacional, esto, luego de la intervención realizada a

la unidad durante el 1er

semestre del año 2016 y gracias a la posterior sintonización realizada a los

sistemas de combustión de la turbina de gas ejecutada durante el 2° semestre del mismo año.

A las 07:10 AM del 08/11/2016 inició la reducción de la potencia a la cual la unidad se encontraba

operando hasta alcanzar paulatinamente los 115 MW que corresponden al nuevo valor de mínimo técnico

que se busca formalizar en el presente informe (Ver Anexo 6.1).

Con el objetivo de identificar la carga mínima a la cual la unidad es capaz de operar de manera continua y

estable, la potencia se redujo desde los 228 MW brutos operando en ciclo cerrado pasando por el actual

mínimo técnico de 160 MW para posteriormente alcanzar los 115 MW, lo que se dio a las 10:35 AM. Se

consideró un periodo de estabilización de 25 minutos por lo que a las 11 AM partió la operación estable a

115 MW con una duración de 5 horas seguidas (Fuente: DCS de la unidad), periodo durante el cual todas

las variables de interés fueron monitoreadas manteniéndose dentro de los límites establecidos por el

fabricante tal como se apreciará en los gráficos mostrados más adelante.

Tal como se muestra en el inciso 6.1, antes de iniciar las 5 horas de operación estable al nuevo Mínimo

Técnico, se observó un periodo de inestabilidad a las 9:52 AM cuando la reducción paulatina de carga

desde la sala de control hizo que la potencia de la unidad descienda alcanzado un mínimo de 101 MW,

bajando la temperatura de los gases de escape en el difusor de la turbina de gas (TG) hasta un mínimo

de 466°C (Normalmente 568°C @ Pmax) lo que ocasionó el cambio en el modo de combustión de

Premix a Difusión, situación que ocurre cuando dicha temperatura baja de los 480°C (Durante la partida,

el cambio de Difusión a Premix ocurre a los 490°C aproximadamente).

El cambio en el modo de combustión ocasionó un incremento súbito de los NOx desde 24 mg/Nm3 hasta

un máximo de 155 mg/Nm3 en 4 minutos, lo que equivale a poco más de 3 veces el límite establecido en

la Norma de Emisiones actualmente vigente (50 mg/Nm3), cumpliendo nuevamente con este límite 2

Dado los resultados obtenidos en las pruebas, en el presente informe se justifica la

factibilidad técnica de reducir el mínimo técnico de la unidad CTM3 de 160 MW a 115 MW

operando con gas natural.


2

minutos después luego de cambiar nuevamente a modo Premix cuando la temperatura de los gases era

de 489,01°C.

Según lo indicado en el manual del fabricante (Ver inciso 6.2) y debido a la necesidad de mantener una

llama estable, el cambio de Difusión a Premix se realiza aproximadamente al 50% de la potencia máxima

(225,88 MW actualmente vigente) consiguiéndose emisiones de NOx y CO bajas gracias a un optimizado

concepto de control sumado al uso de un nuevo diseño de quemadores y a una geometría optimizada de

la cámara de combustión. Por esta razón, en la página 124 del manual (ver inciso 6.3), el fabricante

indica que se debe evitar la operación de la unidad a niveles de potencia (y temperatura) cercanos al

punto de cambio de Premix a Difusión con el objetivo de prevenir cambios continuos que puedan generar

condiciones operativas inestables, lo cual es técnicamente inaceptable (Justo antes del cambio, se

evidenció un incremento significativo en las vibraciones absolutas de los cojinetes de los descansos 1 y 2

que podrían ser asociados a dicho cambio, normalizándose una vez ocurrido). La condición de cambio

(480°C) en la prueba se dio a los 107 MW operando en ciclo combinado, a los cuales le sumamos el

7,5% (8 MW) como margen de seguridad operacional dando lugar a un mínimo técnico solicitado de 115

MW.

Se debe considerar que los parámetros operacionales declarados al Coordinador Eléctrico Nacional

(Consumo Específico de Combustible, CVnC, Parámetros de Partida y Detención, etc) no consideran la

operación continua en modo Difusión. Dicho modo de operación únicamente está considerado en los

procesos transientes de partida y detención. Sin embargo, Engie Energía Chile está analizando

proactivamente estudios de factibilidad técnica para conseguir, eventualmente, reducciones adicionales al

mínimo técnico aquí presentado a través de la implementación de partes y piezas con nuevos diseños que

permiten una operación segura, estable y con niveles de emisión de gases de escape que cumplan con la

reglamentación ambiental actualmente vigente.

La CTM3 está diseñada para operar de manera estable en modo

Premix en niveles iguales y superiores al 50% de su Pmax. La

operación continua en zonas cercanas a su nivel de cambio a

difusión genera inestabilidad y por lo tanto debe evitarse.


3

2.- Introducción

Con el objetivo de estar alineados con el nuevo escenario energético nacional donde el alto nivel de

penetración de ERNC requiere una mayor flexibilidad del parque generador térmico, especialmente de los

ciclos combinados, y con la necesidad de cumplir con lo establecido en el Anexo Técnico “Determinación

de Mínimos Técnicos de Unidades Generadoras”, Engie Energía Chile realizó pruebas internas en la

Unidad CTM 3 para reducir su mínimo técnico actual de 160 MW a un valor que le permita operar de

manera continua, estable, segura y dentro de los límites permitidos por las especificaciones de diseño de

la unidad.

El objetivo del presente informe es presentar los resultados de las pruebas realizadas el 08/11/2016

durante 5 horas continuas (11 AM a 04 PM) que dan lugar a un nuevo mínimo técnico para que sea

formalizado por el Coordinador Eléctrico Nacional y sea considerado en todos los aspectos operacionales

y normativos vigentes.

3.- Datos técnicos de la unidad

Unidad:

Tipo : Unidad Ciclo Combinado

Combustibles : Combustible Gas Natural / Diésel

Sistema De Control : ABB – Infi 90 Bailey

Caldera:

Tipo : Caldera Recuperadora de Calor Acuotubular radiante con circulación natural

Fabricante : Babcock Wilcox

Combustibles : Carbón -Fuel Oil / Encendido con Diésel

Turbina Gas:

Fabricante : Ansaldo

Modelo : V94.2

Tipo : Turbina De Gas Heavy-Duty para 50Hz

N° De Etapas : 9

Turbina Vapor:

Fabricante : Ansaldo

Modelo : V94.2

Tipo : Condensación

N° De Cuerpos : 3


4

4.- Resultados medidos durante la prueba

4.1.- Mínimo técnico

Se considerará la definición indicada en el Artículo 4 del Anexo Técnico respectivo:

Los valores promedio por hora obtenidos en la prueba del 08/11/2016 se muestran a continuación:

Tabla 1: Potencia promedio durante prueba de Mínimo Técnico

Desde Hasta MW bruto

11:00:00 11:59:59 114,99

12:00:00 12:59:59 115,00

13:00:00 13:59:59 115,00

14:00:00 14:59:59 114,99

15:00:00 15:59:59 114,99

Promedio (5 horas): 115,00

Tabla 2: Histograma de frecuencia relativa y acumulada asociada a los valores de potencia

medidos durante la prueba de Mínimo Técnico 18.000 datos, 1 por segundo)

Se entenderá por Mínimo Técnico la potencia activa bruta mínima con la cual una unidad puede

operar en forma permanente, segura, y estable inyectando energía al SI en forma continua”


5

4.2.- Variables medidas durante la prueba

Se muestra a continuación las variables medidas y los valores de alarma y trip para confirmar que la

unidad se mantuvo operando dentro de los rangos permitidos por el fabricante (Fuente: Datos cada 1

segundo desde el DCS de la unidad a través del software Aspen Process Explorer):

Tabla 3: Variables medidas durante la prueba y sus valores de alarma y trip

Variable Tag Unidad Máximo

medido

Mínimo

medido

Promedio

medido

Desv.

Est.

Alarm

mínimo

Alarm

máximo Trip

P bruta total MEJ:U3:DCS:CJY01EC008TOT MW 118,79 109,58 115,00 0,80 N/A N/A N/A

P bruta TG MEJ:U3:DCS:1MKA01CE003Q03 MW 69,91 63,59 66,81 0,58 N/A N/A N/A

P bruta TV MEJ:U3:DCS:MKA01CE003XQ01 MW 50,59 45,20 48,19 0,51 N/A N/A N/A

TETC MEJ:U3:DCS:1MBY10FT010Q01 °C 511,54 497,40 503,42 1,83 N/A N/A N/A

Posición IGV MEJ:U3:DCS:1MBA11CG001Q01 % 4,13 3,92 4,04 0,06 N/A N/A N/A

Emisiones de NOx MEJ:U3:DCS:30HNE10CQ103Q01 mg/Nm3 39,35 32,91 35,74 1,25 0 100 N/A

Pos vlv Premix Quem 1 FG MEJ:U3:DCS:1MBP21AA002R01 2=Abierto 2 2 2 0 N/A N/A N/A

Pos vlv Difusión Quem 1 FG MEJ:U3:DCS:1MBP21AA001R01 2=Abierto 1 1 1 0 N/A N/A N/A

Pos vlv piloto quem 1 FG MEJ:U3:DCS:1MBP21AA003R01 2=Abierto 2 2 2 0 N/A N/A N/A

Temperatura vapor AP MEJ:U3:DCS:MAA10CT005YP01 °C 473,27 469,73 471,26 1,25 N/A 600 N/A

T vapor entrada turbina AP MEJ:U3:DCS:LBA10CT001YP01 °C 486,32 481,58 483,55 1,26 -10 700 N/A

T vapor entrada turbina MP MEJ:U3:DCS:LBA20CT001YP01 °C 289,28 285,09 286,12 0,38 -10 500 N/A

T vapor entrada turbina BP MEJ:U3:DCS:LBA30CT001YP01 °C 219,72 216,75 217,28 0,24 -10 300 N/A

P vapor entrada turbina AP MEJ:U3:DCS:MAA10CP001YP01 Bar 52,45 49,73 51,77 0,27 N/A 100 N/A

P vapor entrada turbina MP MEJ:U3:DCS:LBA20DP001YP02 Bar 21,21 20,84 21,04 0,07 -100 100 N/A

P vapor entrada turbina BP MEJ:U3:DCS:LBA30DP001YP02 Bar 5,09 5,00 5,03 0,01 -100 100 N/A

Presión vacío condensador MEJ:U3:DCS:MAG01CP001B01 Bar -0,97 -0,98 -0,97 0,00 N/A 100 N/A

Nivel del condensador MEJ:U3:DCS:MAG01DL001YP02 mm 907,78 893,27 900,77 2,53 500 N/A 300

Vibr rel coj N°1 MEJ:U3:DCS:1MBD11CY041Q01 um 104,45 73,40 81,52 2,71 N/A 190 241

Vibr rel coj N°2 MEJ:U3:DCS:1MBD12CY041Q01 um 67,68 53,93 58,22 1,49 N/A 190 241

Vibr rel coj N°3 MEJ:U3:DCS:1MKD10CY001Q01 um 55,71 48,79 51,18 1,12 N/A 190 240

Vibr rel coj N°4 MEJ:U3:DCS:1MKD20CY001Q01 um 36,17 27,88 30,28 1,41 N/A 190 240

Vibr Abs Coj 1A MEJ:U3:DCS:1MBD11CY041Q01 mm/s 3,83 2,47 2,73 0,09 N/A 9,3 12

Vibr Abs Coj 1B MEJ:U3:DCS:1MBD12CY041Q01 mm/s 2,52 1,99 2,26 0,07 N/A 9,3 12

Vibr Abs Coj 2A MEJ:U3:DCS:1MBD12CY021Q01 mm/s 0,96 0,68 0,82 0,04 N/A 9,3 12

Vibr Abs Coj 2B MEJ:U3:DCS:1MBD12CY021Q11 mm/s 0,88 0,72 0,79 0,02 N/A 9,3 12

Vibr Abs Coj 3A MEJ:U3:DCS:1MKD10CY001Q01 mm/s 2,50 2,12 2,30 0,07 N/A 7,1 12

Vibr Abs Coj 3B MEJ:U3:DCS:1MKD10CY001Q11 mm/s 2,41 2,04 2,18 0,07 N/A 7,1 12

Vibr Abs Coj 4A MEJ:U3:DCS:1MKD20CY001Q01 mm/s 2,21 1,78 2,00 0,08 N/A 7,1 12

Vibr Abs Coj 4B MEJ:U3:DCS:1MKD20CY001Q11 mm/s 2,15 1,76 1,93 0,07 N/A 7,1 12

T Coj Rad 1A MEJ:U3:DCS:1MBD11CT011AQ1 °C 84,73 83,32 84,04 0,52 N/A 75 90

T Coj Rad 1B MEJ:U3:DCS:1MBD11CT011BQ1 °C 84,82 83,39 84,13 0,52 N/A 75 90

T Coj Rad 1C MEJ:U3:DCS:1MBD11CT011CQ1 °C 84,06 82,58 83,34 0,52 N/A 75 90

T Coj Rad 2A MEJ:U3:DCS:1MBD12CT011AQ1 °C 89,48 87,30 88,49 0,48 N/A 100 110

T Coj Rad 2B MEJ:U3:DCS:1MBD12CT011BQ1 °C 88,98 87,66 88,32 0,46 N/A 100 110

T Coj Rad 2C MEJ:U3:DCS:1MBD12CT011CQ1 °C 90,16 85,19 87,68 0,86 N/A 100 110

T Coj Rad 3A MEJ:U3:DCS:1MKD11CT011AQ1 °C 76,47 75,53 76,00 0,33 N/A 75 90

T Coj Rad 3B MEJ:U3:DCS:1MKD11CT011BQ1 °C 76,05 75,14 75,58 0,33 N/A 75 90

T Coj Rad 3C MEJ:U3:DCS:1MKD11CT011CQ1 °C 75,92 74,86 75,38 0,33 N/A 75 90

T Coj Rad 4A MEJ:U3:DCS:1MKD12CT011AQ1 °C 80,27 77,31 78,97 0,84 N/A 75 90

T Coj Rad 4B MEJ:U3:DCS:1MKD12CT011BQ1 °C 80,08 77,86 79,01 0,78 N/A 75 90

T Coj Rad 4C MEJ:U3:DCS:1MKD12CT011CQ1 °C 80,31 77,24 78,97 0,81 N/A 75 90

T Coj Emp lado OP MEJ:U3:DCS:MAD21CT003YP01 °C 74,16 73,08 73,60 0,33 N/A 95 N/A

T Coj Emp lado TV MEJ:U3:DCS:MAD21CT005YP01 °C 64,68 63,49 64,08 0,39 N/A 95


6

4.3.- Comportamiento de las temperaturas del vapor de entrada a las distintas

etapas de la turbina en función de la potencia de operación

Ilustración 1: Temperaturas Turbina Alta Presión

Ilustración 2: Temperaturas Turbina Media y Baja Presión


7

4.4.- Presiones de vapor entrada de la turbina de vapor y potencia bruta de

despacho

Ilustración 3: Temperatura vapor entrada Turbina Alta Presión

Ilustración 4: Temperatura vapor entrada Turbina Media y Baja Presión


8

4.5.- Posición del IGV y potencia bruta generada

4.6.- TETC y potencia bruta generada

Ilustración 5: Posición IGV

Ilustración 6: Comportamiento del “Control de Temperatura de Escape de Turbina”

(TETC)


9

4.7.- Posición de las válvulas de alimentación a los quemadores de

operación en Difusión y Premix

4.8.- Emisiones de NOx

Ilustración 7: Válvulas de modos de combustión

Ilustración 8: Parámetro medio ambiental


10

4.9.- Temperaturas en cojinetes de los descansos de la TG

Tendencias: Descanso 1 --- TG ---- Descanso 2 --- Descanso 3 --- Generador --- Descanso 4

Ilustración 9: Temperatura de Cojinetes


11

4.10.- Vibraciones absolutas y relativas en los descansos de la TG

Ilustración 10: Vibraciones Absolutas TV

Ilustración 11: Vibraciones Relativas TV


12

4.11.- Presión de vacío y nivel del condensador

Se observa que todas las variables de proceso estudiadas presentan valores estables y dentro de los

límites aceptables de operación.

Ilustración 12: Comportamiento del Vacío del Condensador

Ilustración 13: Movimiento del Nivel del Condensador


13

5.- Conclusión Luego de una evaluación técnica exhaustiva siguiendo las indicaciones del manual del fabricante, y de

acuerdo a las políticas de Engie Energía Chile, se concluye lo siguiente:

En base a los resultados mostrados en el estudio anterior, se concluye que la potencia mínima a la cual

puede ser despachada la unidad CTM 3 operando en ciclo combinado, de manera continua, estable y

segura es de 115 MW.

Por otro lado, se establece que la limitante para seguir reduciendo el Mínimo Técnico viene dada por el

cambio en el modo de combustión de Premix a Difusión. Operar cerca de este límite no es recomendado

por el fabricante tal como se indica en el inciso 6.3.

Engie Energía Chile se alinea con el nuevo escenario de generación analizando desde ya la factibilidad

técnica asociada a conseguir reducciones adicionales del Mínimo Técnico mediante la implementación de

tecnología de última generación diseñada para incrementar la flexibilidad operacional de los ciclos

combinados en mercados con altos niveles de penetración de Energías Renovables no Convencionales

como el nuestro, lo que permite menores precios de la energía y menores emisiones a la atmosfera.


14

6.- Anexos

6.1.- Resumen – Parámetros de la prueba.

En la siguiente ilustración se muestra el proceso de reducción de carga desde los 228 MW lo cual ocurre

a la 07:10 AM con el objetivo de encontrar la menor carga posible de operación. Posteriormente se

observa la inestabilidad ocurrida a las 09:51 AM con el cambio en el modo de combustión de Premix a

Difusión (Ver imagen con zoom de más abajo) y el consecuente incremento de los NOx. Luego se

aumentó la carga pasando nuevamente a modo Premix identificándose una operación estable a los 115

MW. Se operó durante 25 minutos a este nivel de carga buscando la estabilización de los parámetros

operacionales hasta que a las 11 AM se inició la prueba formal de 5 horas para demostrar la factibilidad

técnica de operar a dicha potencia mínima.

Ilustración 14: Proceso de reducción de carga, inestabilidad y posterior operación continúa durante 5 horas

al nuevo mínimo técnico


15

6.2.- Potencia de cambio & Estabilidad – De Premix a Difusión @ 50% de

Pmax

Fuente: Manual Ansaldo Energía – Vol I, pag 103

6.3.- Operación estable de la unidad

Fuente: Ansaldo Energía, Manual de proveedores – Sección IV, Pag 124

6.4.- Solicitud De Conexión para realización de pruebas MT

Solicitud De

Desconexión.pdf

informe de mínimo técnico operando con gas natural

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