La inyección de vapor de agua o agua líquida para el control de emisiones y el aumento de potencia de una turbina de gas, no está libre de acarrear efectos secundarios en el desempeño de este tipo de unidades. Estos efectos están asociados al cambio de las propiedades de los gases que circulan por la unidad, una vez se añade el agua en (o justo antes de) la cámara de combustión.
El incremento de la conductividad térmica de los gases de escape, resulta en un incremento de la tasa de transferencia de calor hacia los componentes metálicos de la turbina y por tanto un incremento en su temperatura. Se ha determinado por ejemplo, que la expectativa de servicio de los componentes de la turbina, puede decrecer en alrededor de un 33% con tan solo la inyección de vapor de agua a una razón de 3% en la corriente de aire.
El impacto sobre la vida útil de los componentes de una turbina sometida a inyección de vapor de agua o agua líquida, depende fundamentalmente a los mecanismos de control de la unidad. La mayoría de los sistemas de control de las turbinas de gas industriales, de hecho intentar reducir la temperatura de combustión cuando se inyecta agua. Esto para compensar el efecto de la transferencia de calor desde los gases de escape hacia los álabes de la turbina; sin embargo, hay que señalar que con esta reducción de temperatura también se busca el efecto deseado de control de emisiones.
Una de las razones por las cuales se inyecta agua, es la de precisamente tratar de mantener temperaturas inferiores a los 1500 °C en la cámara de combustión, con el fin de que el nitrógeno en los gases de escape se mantenga inerte y no reaccione químicamente con el oxigeno en la formación de los denominados NOx. Tradicionalmente para evitar la formación de NOx, se intenta bajar la temperatura tanto como sea posible en todas las partes de la llama, y de pre-mezclar en la medida de lo posible el combustible con el comburente.
Cuando los sistemas de control no buscan reducir la temperatura de combustión (firing temperature) una vez inyectada el agua, es porque se busca aumentar la potencia de desempeño de la unidad. Se deduce entonces, que en estos casos la vida útil de los componentes de la zona caliente de la turbina se reduce. Este tipo de aplicación está dirigido entonces a unidades para cargas pico de generación y pocas horas de servicio operativo.
La inyección de vapor de de agua tiene otro efecto en la sección de la turbina, y es que incrementa las cargas sobre sus componentes. Esta carga adicional incrementa la tasa de deflexión en las boquillas de las tres primeras etapas de la turbina, lo que reduce su tiempo de reparación y servicio. Los fabricantes de turbinas de gas, realizan estudios para encontrar aleaciones que puedan soportar estas cargas de manera conveniente y económica.
Finalmente, hay que señalar que estudios como los de White & Meacock (An Evaluation of the Effects of Water Injection on Compressor Performance, ASME 2004), discuten ampliamente los efectos de la inyección de agua en el compresor de la turbina de gas. Señalando por ejemplo, que cuando se inyecta agua para el incremento de potencia desde el compresor, existe una tendencia real a que las etapas del compresor funcionen fuera del punto de diseño, las primeras etapas hacia la zona de ahogamiento (choke), mientras que las posteriores hacia la de desprendimiento (stall).
No hay comentarios:
Publicar un comentario