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El simulador se ha validado con datos representativos de cuatro periodos de funcionamiento que totalizan más de 1 300 horas, con cargas desde los 49.0 MW hasta 61.0 MW. Los datos de validación elegidos han sido medias horarias en diferentes épocas del año para tener en cuenta las variaciones estacionales que afectan al comportamiento del ciclo de vapor.

Se toman como datos de entrada aquellas variables son propias del sistema de control - condiciones del vapor en la admisión de la turbina de vapor (p[41] y t[41]) -, o bien condiciones de los flujos que intercambian calor con el ciclo de vapor - temperaturas de cenizas de entrada y salida, en el RCFL (t[61] y t[62]) y en el RECCP (t[64] y t[65]); caudal y la temperatura del aire en la entrada y salida del IC (m[73], t[73] y t[74]) -, el coeficiente de transferencia de calor en el economizador y la presión en el condensador - p[01] - ya que es compleja la simulación de los ritmos de ensuciamiento. Finalmente se toma como dato en este submodelo el caudal de vapor principal.

Siendo variables de salida las siguientes:

- los caudales, temperaturas y presiones en todos los puntos del ciclo ([01] ... [28]) - las condiciones del vapor de las extracciones (m[43], p[43], t[43], m[46], p[46] y t[46])

- la potencia producida en la turbina de vapor

Es importante resaltar que el simulador del ciclo de vapor es realmente un simulador del ciclo de condensado, ya que, al existir relaciones importantes del lecho fluido con el circuito de agua de alimentación, éste no puede ser modelado en su totalidad. Esto es así debido a que no son conocidos los caudales de cenizas evacuadas por el fondo del lecho y por ciclones, por lo que se necesitan conocer las condiciones del agua de alimentación a la salida del RECCP y RCFL para cerrar los balances de energía y calcular estos caudales de cenizas. Este problema se soluciona en el simulador global de la planta, donde se tendrán en cuenta las relaciones entre el ciclo de vapor y el lecho fluido.

Algo parecido sucede con el comportamiento de los equipos en los que el ensuciamiento u otros factores influyen en la transferencia de calor: economizador y condensador. En el ECO existen dos posibilidades, bien se conoce la temperatura de salida de los gases y del agua y se halla UA en el instante considerado, o bien se puede incluir como dato conocido UA y estudiar que ocurre con las temperaturas de salida. Lo que sucede es que para esta etapa de validación no es posible conocer a priori el estado de ensuciamiento del ECO por lo que incluir como dato un UA arbitrario podría dar lugar a errores importantes en la validación del economizador y del ciclo de vapor. Dicho procedimiento seria incorrecto, ya que ensuciamiento, coeficiente de transferencia y funcionamiento de este equipo están perfectamente relacionados. Por esta razón se ha optado por incluir como dato el valor real de UA, es decir el calculado con las temperaturas de operación Esto no significa que el simulador no realice su función, sino todo lo contrario ya que predice el comportamiento del ECO dentro de la planta. Con el simulador se puede evaluar como afecta el ensuciamiento (disminución de UA) al comportamiento de la planta y diseñar las estrategias para su mejora, en este caso de limpieza, explicadas en el capítulo cinco.

Con el condensador sucede lo mismo, es decir, no se puede a priori decidir si el condensador va a estar más o menos sucio, si las bombas de vacío funcionan correctamente, si existen fugas o si el caudal de las bombas de agua de circulación disminuye, ya que no se tienen datos suficientes para evaluarlos. Así que se toma como dato la presión del condensador. Se puede comparar con la presión que dan las curvas de funcionamiento obteniéndose un valor que proporciona una estimación de las anomalías de comportamiento de este equipo. Al igual que sucede con el economizador, el simulador tiene en cuenta los efectos producidos por cambios en la presión del condensador ya que ha sido comprobado para varias presiones.

Para la simulación de la TV se necesita conocer, además del titulo del vapor en la salida al condensado, las condiciones de presión y temperatura y los caudales de todas las extracciones. Las presiones, tal y como se discutió anteriormente, se van a considerar variables linealmente con el caudal de vapor en la admisión de cada etapa, y se simularán con la fórmula (3.5), donde los coeficientes de caudal se han calculado previamente como la media de valores para diferentes cargas. La temperatura

en la extracción nº 1 es también lineal con el caudal de vapor principal a partir de 51.0 kg/s tal y como se observa en la figura 3.15, por lo que se empleará el ajuste por mínimos cuadrados para su simulación. Las temperaturas de las extracciones nº 2 y 3 son las de saturación a la presión correspondiente. Lo mismo sucede con la temperatura del vapor que entra al condensador. Los caudales de entrada a la segunda y tercera etapa se hallan mediante la fórmula (3.7.b), en donde las constantes Y[i] se han tomado ligeramente variables con el caudal de vapor principal.

A continuación se presentan comparaciones entre los valores reales de operación y los resultados predichos por el simulador para las mismas condiciones. Las figuras 3.29 a 3.31 muestran la presión en distintos puntos del circuito de condensado: después de las bombas de condensado, del E1 y E2, del IC y del BP2. Excepto en algún caso no se observan errores mayores de 1.0 bar, y las desviaciones son debidas fundamentalmente a que el error cometido en la impulsión de las bombas se va propagando de forma constante a todos los demás puntos. En la figura se observa que existe una desviación sistemática en la presión a la salida del calentador BP2, la diferencia es pequeña y el simulador predice exactamente la tendencia. Las figuras 3.32 y 3.33 muestran las presiones en los puntos inicial y final del circuito de agua de alimentación, impulsión de bombas y la salida del ECO. En ambos casos el error cometido no es mayor de 2.0 bar, que representa menos de un 1.5 %, que es del mismo orden de magnitud que la incertidumbre de la instrumentación.

Las figuras 3.34 a 3.38 son diferentes comparaciones de temperatura. La figura 3.34 muestra la temperatura tras los enfriadores E1 y E2, las diferencias llegan a ser de 10ºC debido a que el caudal de condensado que pasa por los enfriadores es bajo, lo que hace que cualquier pequeña desviación se refleje de forma excesiva en esta temperatura. De cualquier forma, las variaciones en el calor recuperado son pequeñas, alrededor de 600 kW en el E1 y un orden de magnitud inferior en el E2. La figura 3.35 muestra la temperatura antes del IC, que hace referencia a como funciona la recirculación, ya que la medida de temperatura está después de la unión con el caudal principal de condensado. Existen desviaciones sistemáticas que son menores de 5ºC, lo que puede ser debido al ajuste de las dos series de datos de la figura 3.4. Las desviaciones de la figura 3.37 son también sistemáticas y del mismo valor y están influenciadas por el ajuste comentado anteriormente. En cualquier caso, la tendencia predicha es correcta y las desviaciones pequeñas. La figura 3.36 muestra la temperatura de la recirculación, la de la salida del IC, con diferencias de 2ºC. Se observan dos series de datos dependiendo de la temperatura que el operador fije a la entrada al HPC. La figura 3.38 presenta la temperatura de la unión del caudal principal de condensado con el de los enfriadores de aire. Se observa que la diferencia también es sistemática y aproximadamente igual a la de la figura 3.37. Se concluye que la desviación de temperaturas en la línea de enfriadores no introduce errores adicionales. Finamente la figura 3.39 muestra la temperatura después del BP2, con desviaciones bajas, de 1ºC. Las temperaturas del circuito de agua de alimentación, como se ha señalado anteriormente, se comprobarán con el simulador global, ya que existen relaciones con el lecho que ahora no pueden ser tenidas en cuenta.

Las figuras 3.40 a 3.42 muestran los tres principales caudales del ciclo de vapor. En la figura 3.40 se observa como las diferencias en el caudal de condensado que atraviesa el E1 y el E2, son mínimas, de 0.5 kg/s. La figura 3.41 muestra las diferencias en el caudal de condensado antes del desgasificador que suelen estar alrededor de 1.0 kg/s, lo cual es del mismo orden de magnitud que la incertidumbre de la medida, aunque existen algunas diferencias ligeramente superiores. La figura 3.42 muestra una comparación del caudal de agua que circula por el ECO y, al igual que en la figura 3.41, la desviación es de 1.0 kg/s. Las desviaciones en estos caudales son todas sistemáticas y la tendencia es la misma que se observa en los datos medidos.

Las figuras 3.43 a 3.48 son comparaciones de los resultados de la TV. La figura 3.43 muestra cómo varía, según los resultados del simulador, el caudal de las extracciones con el caudal de vapor principal. En ambos casos el caudal es ligeramente mayor que en condiciones de diseño, debido a que la extracción nº 3 está cerrada, lo que afecta a las extracciones anteriores (Gill, 1984). La figuras 3.44 y 3.45 muestran las condiciones en la extracción nº1. Las diferencias en la presión de la extracción son mínimas, de 0.2 bar, mientras que en la temperatura las diferencias son de 2ºC, excepto en algunos casos en donde la temperatura calculada es menor que la real en 6ºC. Esto puede ser debido a fallos en la instrumentación o en el sistema de adquisición de datos, ya que existen varios puntos a una temperatura constante. En cualquier caso se han incluido dichos puntos al no poder comprobarse esta hipótesis. La figura 3.46 es la presión de la extracción nº 2; las diferencias también son reducidas, 0.05 bar, lo que vuelve a indicar el buen funcionamiento del modelo.

13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0

Presión calculada tras las bombas de condensado (bar)

Presión medida tras las bombas de condensado (bar)

Figura 3.28. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión en la impulsión de la

13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0

Presión calculada tras los enfriadores E1 y E2 (bar)

Presión medida tras los enfriadores E1 y E2 (bar)

Figura 3.29. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión a la salida de los

enfriadores de aire E1 y E2.

13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0

Presión de condensado calculada tras el intercooler (bar)

Presión de condensado medida tras el intercooler (bar)

18.0

Figura 3.30. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión a la salida del

4.0 4.2 4.5 4.7 5.0 5.2 5.5 5.7 6.0 4.0 4.2

Presión de condensado medida despues del BP2 (kg/cm 2₎

4.5 4.7 5.0 5.2 5.5 5.7 6.0

Presión de condensado calculada despues del BP2 (kg/cm 2₎

Figura 3.31. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión a la salida del BP2.

134.0 136.0 138.0 140.0 142.0 144.0 146.0 148.0 134.0 136.0 138.0 140.0 142.0 144.0 146.0 148.0 150.0

Presión medida en la impulsión de las BAA (bar) Presión calculada en la impusión de las BAA (bar)

Figura 3.32. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión en la impulsión de

130.0 132.0 134.0 136.0 138.0 140.0 142.0 144.0 146.0 130.0 132.0 134.0 136.0 138.0 140.0 142.0 144.0

Presión de AA medida a la salida del ECO (bar) Presión de AA calculada a la salida del ECO (bar)

146.0

Figura 3.33. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión a la salida del ECO.

65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0

Temperatura de condensado medida a la salida de los enfriadores E1 y E2 (ºC) Temperatura de condensado calculada a la salida de los enfriadores E1 y E2 (ºC)

Figura 3.34. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la temperatura a la salida de

40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0

Temperatura de condensado medida a la entrada al IC (ºC) Temperatura de condensado calculada a la entrada al IC (ºC)

Figura 3.35. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la temperatura a la entrada al

IC. 108.0 110.0 112.0 114.0 116.0 118.0 120.0 108.0 110.0 112.0 114.0 116.0 118.0 120.0

Temperatura de condensado medida a la salida al IC (ºC) Temperatura de condensado calculada a la salida al IC (ºC)

Figura 3.36. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la temperatura a la salida del

65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0

Temperatura de condensado medida a la entrada al BP1 (ºC) Temperatura de condensado calculada a la entrada al BP1 (ºC)

Figura 3.37. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la temperatura de entrada al

BP1. 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0

Temperatura de condensado medida a la entrada al BP2 (ºC) Temperatura de condensado calculada a la entrada al BP2 (ºC)

Figura 3.38. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la temperatura de entrada al BP2. 119.0 120.0 121.0 122.0 123.0 124.0 119.0 120.0 121.0 122.0 123.0 124.0

Temperatura de condensado medida a la salida del BP2 (ºC) Temperatura de condensado calculada a la salida del BP2 (ºC)

Figura 3.39. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la temperatura de salida del

BP2. 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5

Caudal medido de condensado hacia los enfriadores E1 y E2 (kg/s)

19.0

Caudal calculado de condensado hacia los enfriadores E1 y E2 (kg/s)

Figura 3.40. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real del caudal de condensado a enfriadores E1 y E2. 48.0 49.0 50.0 51.0 52.0 53.0 54.0 55.0 56.0 48.0 49.0 50.0 51.0 52.0 53.0 54.0 55.0

Caudal medido de condensado (kg/s)

56.0

Caudal calculado de condensado (kg/s)

Figura 3.41. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de caudal de condensado.

48.0 49.0 50.0 51.0 52.0 53.0 54.0 55.0 56.0 48.0 49.0 50.0 51.0 52.0 53.0 54.0 55.0

Caudal medido de agua de alimentación (kg/s)

56.0

Figura 3.42. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de caudal de agua de alimentación en el economizador. 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 44.0 46.0 48.0 50.0 52.0 54.0 56.0 58.0

Caudal de vapor principal (kg/s)

Extracción nº 1 Extracción nº 2

Caudal de las extracciones nº 1 y nº 2 (kg/s)

Figura 3.43. Caudales calculados de las extracciones nº1 y nº 2 en función del caudal principal.

4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0

Presión medida en la extracción nº 1 (kg/cm 2₎

Figura 3.44. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión en la extracción nº 1 de la TV. 198.0 200.0 202.0 204.0 206.0 208.0 210.0 212.0 198.0 200.0 202.0 204.0 206.0 208.0 210.0 212.0

Temperatura medida en la extracción nº 1 (ºC) Temperatura calculada en la extracción nº 1 (ºC)

Figura 3.45. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la temperatura en la extracción

2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25 2.30 2.35 2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25 2.30 2.35

Presión medida en la extracción nº 2 (kg/cm 2₎

Presión calculada en la extracción nº 2 (kg/cm 2₎

Figura 3.46. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión en la extracción nº 2

de la TV. 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78 0.80 0.82 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78 0.80 0.82

Presión medida en la extracción nº 3 (kg/cm 2₎

Presión calculada en la extracción nº 3 (kg/cm 2₎

Figura 3.47. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la presión en la extracción nº 3

48.00 50.00 52.00 54.00 56.00 58.00 60.00 62.00 48.00 50.00 52.00 54.00 56.00 58.00 60.00 62.00

Potencia medida en turbina de vapor (MW) Potencia calculada en turbina de vapor (MW)

Figura 3.48. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la potencia producida por la TV.

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

Temperatura medida de salida de agua de circulación (ºC) Temperatura calculada de salida de agua de circulación (ºC)

Figura 3.49. Comparación entre los resultados del simulador y el valor real de la temperatura de salida del

En esta extracción la temperatura es la de saturación a dicha presión, por lo que las diferencias también son mínimas. La figura 3.47 muestra la presión de la última extracción (cerrada), con desviaciones de 0.04 bar. Para comprobar el buen funcionamiento del simulador la figura 3.48 presenta la comparación entre la potencia calculada y la real. Se observa que ambas son iguales, con diferencias máximas del 1.0 % para todo el rango de operación, de 49 a 61 MW. Finalmente, la figura 3.49 muestra los resultados de la temperatura de salida de AC del condensador, en donde también se comprueba que ambas son iguales.

3.6. CONCLUSIONES.

Se ha realizado la simulación del ciclo de vapor de la central en estudio que era el objetivo de este capítulo. La importancia de este capítulo reside en que se ha realizado la simulación de un ciclo de vapor diferente del de las CCTT convencionales. Además, ya que la potencia de la TV representa el 80 % de la total, la obtención de unos buenos resultados en este ciclo es esencial para lograr, por un lado, un simulador global de la planta de LFP que es el objeto principal de esta tesis, y por otro, una herramienta que ayude a realizar un análisis del funcionamiento y una cuantificación del rendimiento de la planta en estudio.

Los resultados confirman el buen funcionamiento del simulador construido en base a datos reales de operación. La potencia de la turbina de vapor calculada por el simulador se desvía de la real en menos de un 1.0 %, mientras que las diferencias entre el valor calculado y el real en las demás variables son también pequeñas. Estas variables incluyen los caudales, presiones y temperaturas de las extracciones; caudales de condensado y de agua de alimentación, así como presión y temperatura en los puntos del ciclo de vapor. El simulador se ha comprobado en un rango de potencias que van desde 49.0 a 61.0 MW, aunque el rango de operación puede aumentarse hasta 63.0 MW, debido a que se han empleado potencias mayores su construcción.

Existen temperaturas del circuito de agua de alimentación que se comprobarán posteriormente ya que los equipos de refrigeración de cenizas (RECCP y RCFL) dependen del funcionamiento del lecho fluido y es necesario conocer el comportamiento de éste para calcular los caudales de cenizas. En el condensador se toma como dato su presión ya que existen factores no evaluables que influyen en su comportamiento. Lo mismo ocurre con el coeficiente de transferencia de calor y el ensuciamiento en el economizador.

Finalmente la turbina de vapor se ha simulado con los coeficientes de caudal y las constantes de Stodola. Los coeficientes de caudal, con la suposición de gas perfecto, se han empleado para establecer una relación lineal entre la presión y el caudal de vapor en la admisión de una etapa, y las

constantes de Stodola para calcular los caudales de vapor en cada etapa. Se observó que estas constantes variaban ligeramente, por lo que se estableció una pequeña variación de éstas con el caudal de vapor principal. Los caudales de las extracciones se calculan por diferencia. La temperatura de la extracción nº1 se observo que variaba linealmente con el caudal de vapor principal por lo que se uso esta relación. Las temperaturas de las otras extracciones dependen de la presión al estar todas ellas en la región de vapor saturado.