Tesis:
Estudio de un sistema de generación industrial de potencia para cero emisiones de CO2
- Autor: TIMÓN PIOTE, Vicente Paúl
- Título: Estudio de un sistema de generación industrial de potencia para cero emisiones de CO2
- Fecha: 2017
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AERONAUTICOS
- Departamentos: MECANICA DE FLUIDOS Y PROPULSIÓN AEROESPACIAL
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/47393/
- Director/a 1º: CORCHERO DÍAZ, Gregorio
- Director/a 2º: MONTAÑÉS GARCÍA, José Luis
- Resumen: Esta tesis se centra en el análisis preliminar de ciclos combinados semicerrados con captura de CO2 mediante oxicombustión de gas natural y un gas rico en CO2 como fluido de trabajo. Se pone especial énfasis en la turbina de gas, con el objetivo de identificar las diferencias con las de ciclos combinados convencionales, y las barreras que puedan existir para el desarrollo o adaptación de componentes. En primer lugar se estudia el ciclo en su punto de diseño, usando un modelo de simulación basado en componentes, cuyos parámetros se fijan a partir de los datos disponibles en la literatura científica. El análisis paramétrico del ciclo proporciona un posible punto de diseño con una relación de presiones de 30 y una temperatura máxima del ciclo de 1600 K, con valores de eficiencia y potencia específica comparables a los de ciclos convencionales para un amplio rango de relaciones de presiones, aunque los sistemas de generación de oxidante y de captura y almacenamiento de CO2 imponen considerables penalizaciones. En segundo lugar se analiza el comportamiento del ciclo a carga parcial, adaptando mapas de turbomaquinaria funcionando con aire. Leyes de control usadas en ciclos convencionales llevan a resultados similares, sin grandes distinciones entre configuración monoeje o bieje. También se estudia una ley basada en el control del balance másico del ciclo semicerrado, que proporciona un muy elevado rendimiento a carga parcial. En tercer lugar, y como caso particular de adaptación de componentes, se estudia el comportamiento de la cámara de combustión con gas recirculado, usando una red de reactores químicos sencilla. Los resultados sugieren el uso de temperaturas de equilibrio en la zona primaria moderadas, cerca de 1850 K, para obtener tamaños comparables a los de cámaras de combustión de turbinas de gas funcionando con aire. ABSTRACT This thesis is focused on the analysis at the preliminary level of semi-closed combined cycles with CO2 capture, using a high CO2 content working gas and oxy-fuel combustion of natural gas. Emphasis is put on the gas turbine, in order to identify the differences with those of conventional combined cycles, and to try to find the possible barriers in the development of its components or the conversion of standard ones. Firstly, the design point of the cycle is studied, by means of component based modelling. The parameters of the model are taken from data available in the scientific literature. The parametric analysis of the cycle suggests a feasible design point with a maximum pressure ratio of 30 and a maximum cycle temperature of 1600 K, with values of efficiency and specific power similar to those of conventional combined cycles. The oxidant generation system and the CO2 capture and sequestration system represent a significant part of the losses. Secondly, the part-load behaviour of the cycle is studied, using turbomachinery standard maps adapted to the high CO2 content working fluid. Standard control laws give similar results, without great differences between single and two shaft configurations. An alternative control law changing the working gas inventory of the semi-closed cycle gives very high efficiencies at part load. Thirdly, as a particular case of conversion of standard components, the oxy-fuel combustion chamber is studied using simplified chemical reactor networks. This study suggests the use of moderate primary zone equilibrium temperatures, around 1850 K, to obtain sizes similar to those of combustion chambers of conventional gas turbines.