Segundo Seminário SULGÁS deClimatização e Cogeração Industrial•Turbinas a Gas – Conceitos Principais•Cogeração Industrial•...
Turbinas a Gás IndustriaisPortifólio SiemensSGT-800                  45      SGT-100-1S      SGT-100-2S         SGT-200-1S...
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Turbinas a Gás Siemens – Segmento Industrial Mercados Principais:                                  Óleo &       Gas, Cerâ...
Turbinas a Gás – Princípio de Operação           Comparison of Gas Turbine and Reciprocating Engine CyclePág. 5
Turbina a Gás – Temperaturas OperaçãoPág. 6
Turbinas a GásComponentes Principais                         CompressorPág. 7
Compressor da Turbina a Gás                      - Air compression -Pág. 8
Compressor Centrifugo - RotorPág. 9
Compressor Axial - RotorPág. 10
Compressor - EstatorPág. 11
Turbinas a GásComponentes Principais           A Câmara de CombustãoPág. 12
Câmara de Combustão                      - Combustion - Pág. 13
QueimadorPág. 14
QeimadorPág. 15
Queimador          Montagem Câmara Combustão                 Combustor InstallationPág. 16
Turbinas a GásComponentes Principais                         TurbinaPág. 17
Turbina          - Turbine section -Pág. 18
TurbinaA Turbina converte energia dos gasesquentes em energia mecânica para :    O compressor da turbina    O equipament...
TurbinaCada estágio da turbina possui duas sessões : O Injetor:    Direciona gases quentes para o estágio da turbina    ...
Turbinas a Gás Industriais          Módulo de Geração Compacto                                  Exhaust with silencer     ...
Gás Natural    Ciclos para geração de energia e cogeraçãoCiclos para geração de energia com base emturbina       a gás:-  ...
Eficiência (Combustível)Geração x Cogeração                                90                                80           ...
Planta com turbina gás    em ciclo aberto                                                         COMBUSTÍVEL             ...
Planta de cogeração (ciclo Brayton)                          com turbina a gás      Perdas na      Caldeira:        13%   ...
Produção de vapor em Cogeração com e sem queima                             adicional                                     ...
Turbinas a Gás                  Disponibilidade de Funcionamento Programa de Manutenção           Turbinas de 4 até 13 MWe...
Turbinas a Gas - PerformanceEficiência da turbinas a gás são comparadasem condições similares ( Condições ISO ) : 15OC = ...
Turbinas a GasFatores de Influência      Performance / Potência      Fatores de Influência :      Características de proje...
Turbina a Gas PerformanceFatores de InfluênciaInfluência Tamanho do Equipamento   Maiores Dimensões   Maior fluxo ar   Mai...
Performance Turbinas a GasFatores de Influencia Influência Condições Ambientais :     * Pressão ar ( altitude ) (P0)     *...
Influencia da Altitude          Pressão Atmosférica diminui           com a altitude          Densidade do ar diminui   ...
Influencia da TemperaturaAumento da Temperatura diminui a densidade do arFluxo ar que passa pela turbina diminuiPotênci...
Influencia da TemperaturaPág. 34
Influencia da TemperaturaPág. 35
Influencia da Umidade Relativa do Ar          Umidade Aumenta          Presença de Vapor no ar          Aumento calor e...
Turbinas a GasConsumo de Combustivel                     Gas Natural                      250 a 330 m3/h              Gera...
Turbinas a GasCombustíveis Alternativos                         Etanol                       400 a 500 Litros/h           ...
Turbinas a GasCombustíveis Alternativos                         Diesel                      250 a 300 Litros / h          ...
Turbinas a GasCombustíveis Alternativos                       Biogás                       500 m3/h Biogás               G...
Viabilidade Projeto de CogeraçãoEXEMPLO
Viabilidade projeto Cogeração IndustrialEXEMPLODados da Planta Industrial :Energia    = 7 MWVapor de Processo = 18 t/h ( 1...
Viabilidade projeto Cogeração - EXEMPLO Caldeiraexistente                                                    Situação atua...
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Comparativo Custos de vapor                                                     Atual       Futuro     UnidadesDemanda de ...
Avaliação Economica                   Taxa Anual de Inflação                            4.00%              Taxa de Juros d...
ContatoValdir ZerbiniSIEMENS Ltda.Energy Sector - Oil & Gas DivisionIndustrial Steam Turbines (E O SU)Av. Eng. João F. G. ...
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Utilização de Turbo Gerador em Sistemas de Cogeração

  1. 1. Segundo Seminário SULGÁS deClimatização e Cogeração Industrial•Turbinas a Gas – Conceitos Principais•Cogeração Industrial•29 de Setembro de 2011 Pág. 1
  2. 2. Turbinas a Gás IndustriaisPortifólio SiemensSGT-800 45 SGT-100-1S SGT-100-2S SGT-200-1SSGT-700 30SGT-600 25SGT-500 17SGT-400 13SGT-300 8 SGT-200-2S SGT-300SGT-200 7SGT-100 5 SGT-400 SGT-500 SGT-600 SGT-700 SGT-800 Pág. 2
  3. 3. Pág. 3
  4. 4. Turbinas a Gás Siemens – Segmento Industrial Mercados Principais: Óleo & Gas, Cerâmicas, Bebidas, Químicas & Petroquímicas  Empregados: 4,000 (UK, Suécia, USA)  Experiencia ( 5 -13 MW ): 3,500 turbinas em 89 países (15 – 45 MW): 500 turbinas em 57 paísesPág. 4
  5. 5. Turbinas a Gás – Princípio de Operação Comparison of Gas Turbine and Reciprocating Engine CyclePág. 5
  6. 6. Turbina a Gás – Temperaturas OperaçãoPág. 6
  7. 7. Turbinas a GásComponentes Principais CompressorPág. 7
  8. 8. Compressor da Turbina a Gás - Air compression -Pág. 8
  9. 9. Compressor Centrifugo - RotorPág. 9
  10. 10. Compressor Axial - RotorPág. 10
  11. 11. Compressor - EstatorPág. 11
  12. 12. Turbinas a GásComponentes Principais A Câmara de CombustãoPág. 12
  13. 13. Câmara de Combustão - Combustion - Pág. 13
  14. 14. QueimadorPág. 14
  15. 15. QeimadorPág. 15
  16. 16. Queimador Montagem Câmara Combustão Combustor InstallationPág. 16
  17. 17. Turbinas a GásComponentes Principais TurbinaPág. 17
  18. 18. Turbina - Turbine section -Pág. 18
  19. 19. TurbinaA Turbina converte energia dos gasesquentes em energia mecânica para : O compressor da turbina O equipamento acionadoPág. 19
  20. 20. TurbinaCada estágio da turbina possui duas sessões : O Injetor: Direciona gases quentes para o estágio da turbina Converte pressão em velocidade O estágio da turbina: Roda em alta velocidade para fornecer a potência mecânicaPág. 20
  21. 21. Turbinas a Gás Industriais Módulo de Geração Compacto Exhaust with silencer Air intake filter Electrical and Control module Ventilation InletFire extinguishingVentilation Outlet Signal handling Generator module Generator air intake Generator air outlet Lube oil sys. Lube oil cooler Pág. 21
  22. 22. Gás Natural Ciclos para geração de energia e cogeraçãoCiclos para geração de energia com base emturbina a gás:- Ciclo aberto: Apenas turbina a gás (ou motor)- Ciclo Brayton: Turbina a gás (ou motor) + aproveito da energia térmica- Ciclo Combinado: Turbina a gás + gerador de vapor + turbina a vapor Pág. 22
  23. 23. Eficiência (Combustível)Geração x Cogeração 90 80 Power Generation only Geração Energia Cogeração Fuel Efficiency (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 Turbina a New Large Turbina Gas Turbine Turbina a Gás Gas Turbine Ciclo Combinado Combined Heat Steam Turbine vapor Simple Cycle A Gás Combined Cycle and+Power (CHP) Ciclo Combinado CogeraçãoPág. 23
  24. 24. Planta com turbina gás em ciclo aberto COMBUSTÍVEL 1112 oC 380 oC 14 bar 14 bar EXEMPLO Energia Elétrica . Geradores Energia T CAcionamentos Mecânica . Bombas. Compressores 534 oC 15 oC . Ventiladores 1 bar 1 bar . Outros Energia Térmica GÁS AR Energia Térmica . Alta Pressão . Baixa Pressão . Alta Temperatura Eficiência = de até 38% . Baixa Temperatura . Alta Entalpia . Baixa Entalpia . Baixo Volume Específico . Alto Volume Específico Pág. 24
  25. 25. Planta de cogeração (ciclo Brayton) com turbina a gás Perdas na Caldeira: 13% EXEMPLO Fator Q/P = 1.5 Eficiência = 87% Processo: 53% (50 t/h) Potência: 34% (24.6 MW) Combustível: 100% (143,800m3/dia) G turbina a gásPág. 25
  26. 26. Produção de vapor em Cogeração com e sem queima adicional Notes: SGT-800 200 1. Steam values are indicative only. Actual values depend on site 175 configuration 2. Firing to 850ºC only.Steam (tonnes/hr) [12 bar saturated] Higher firing is available 150 SGT-700 Unfired SGT-500 SGT-600 Fired 125 100 SGT-400 75 SGT-300 SGT-100 50 25 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Power (MWe) Pág. 26
  27. 27. Turbinas a Gás Disponibilidade de Funcionamento Programa de Manutenção Turbinas de 4 até 13 MWe Turbinas de 17 até 45 MWe Preventiva Tipo de Paradas Tipo de Paradas Inspeção (Dias) Inspeção (Dias) Ano 1 ou 8,000 hrs: A 5 A 5 Ano 2 ou 16,000 hrs: A 5 B 15 Ano 3 ou 24,000 hrs: B 15 A 5 Ano 4 ou 32,000 hrs: A 5 C 15 Ano 5 ou 40,000 hrs: A 5 A 5 Ano 6 ou 48,000 hrs: C 15 D 15 Total dias Total dias 50 60 parados parados Tempo total 2190 Tempo total 2190Disponibilidade* 97.7% 97.3% Pág. 27
  28. 28. Turbinas a Gas - PerformanceEficiência da turbinas a gás são comparadasem condições similares ( Condições ISO ) : 15OC = temperatura ar ambiente 760mm hg = pressão barometrica 60% = humidade relativa do arPág. 28
  29. 29. Turbinas a GasFatores de Influência Performance / Potência Fatores de Influência : Características de projeto Tamanho do equipamento Condições de AmbientePág. 29
  30. 30. Turbina a Gas PerformanceFatores de InfluênciaInfluência Tamanho do Equipamento Maiores Dimensões Maior fluxo ar Maior PotênciaPág. 30
  31. 31. Performance Turbinas a GasFatores de Influencia Influência Condições Ambientais : * Pressão ar ( altitude ) (P0) * Temperatura Ambiente (T0) * Umidade Relativa Ar (RH)Pág. 31
  32. 32. Influencia da Altitude Pressão Atmosférica diminui com a altitude Densidade do ar diminui Fluxo de ar que passa pela turbina diminui ( piora combustão ) Potência diminui com altitudePág. 32
  33. 33. Influencia da TemperaturaAumento da Temperatura diminui a densidade do arFluxo ar que passa pela turbina diminuiPotência diminui com elevação temperaturaPág. 33
  34. 34. Influencia da TemperaturaPág. 34
  35. 35. Influencia da TemperaturaPág. 35
  36. 36. Influencia da Umidade Relativa do Ar Umidade Aumenta Presença de Vapor no ar Aumento calor específico na câmara de combustão ( maior expansão turbina ) Potência aumenta com aumento umidadePág. 36
  37. 37. Turbinas a GasConsumo de Combustivel Gas Natural 250 a 330 m3/h Geração Energia Elétrica = 1 MWhPág. 37
  38. 38. Turbinas a GasCombustíveis Alternativos Etanol 400 a 500 Litros/h Geração Energia Elétrica = 1 MWhPág. 38
  39. 39. Turbinas a GasCombustíveis Alternativos Diesel 250 a 300 Litros / h Geração Energia Elétrica = 1 MWhPág. 39
  40. 40. Turbinas a GasCombustíveis Alternativos Biogás 500 m3/h Biogás Geração Energia Elétrica = 1 MWhPág. 40
  41. 41. Viabilidade Projeto de CogeraçãoEXEMPLO
  42. 42. Viabilidade projeto Cogeração IndustrialEXEMPLODados da Planta Industrial :Energia = 7 MWVapor de Processo = 18 t/h ( 10 bar saturado )Operação = 8500 horas/anoCombustível caldeira : Gás NaturalObs : Todos os valores deste estudo estão sem ICMSPág. 42
  43. 43. Viabilidade projeto Cogeração - EXEMPLO Caldeiraexistente Situação atual : Energia Elétrica concessionária = 7 MW Vapor Processo: Geração de Vapor = 18 t/h 10 bar sat ( caldeira existente ) 18 t/h Energia Consumo Concessionária Gas natural 7 MW caldeira existente: 1350 m3/h Pág. 43
  44. 44. Viabilidade projeto Cogeração - EXEMPLO Caldeira deRecuperação Situação Futura com Cogeração : Vapor Processo: 10 bar sat Energia Elétrica Gerada = 7.2 MW ( gross ) 18 t/h 7.2 MW Geração de Vapor = 18 t/h Gases Turbina a Gás : Consumo Escape Gas natural Consumo gás natural turbina = 2300 m3/h adicional na caldeira : 0 m3/h Pág. 44
  45. 45. Comparativo Custos Energia Elétrica Situação Atual FuturoConsumo ElétricoDemanda Média 7.0 7.0 MweConsumo Anual de Energia Elétrica 59,500 59,500 MWh/AnoGeração de Energia Elétrica 0 7.2 MWePotência Líquida da Turbina a Gás 0 7 MWeGeração Anual de Energia Eléctrica 0 59,500 MWh/AnoEnergia Elétrica Comprada da RedeConsumo de Energia da Rede 59,500 5,950 Mwh/anoCusto da Energia Consumida 200 200 R$/MWHDemanda Contratada Mwh/anoCusto da Demanda de Energia R$/MWHCusto Total da Energia Comprada da Rede 11,900,000 1,190,000 R$/AnoConsumo nominal de Gás pela Turbina 0 2,300 m3/hConsumo Anual de Gás pela Turbina 0 19,550,000 m3/AnoCusto Anual de Operação e Manutenção ( adicional ) 0 700,000 R$/AnoCusto do Gás Natural annual 0 13,685,000 R$/AnoCusto Total para Energia Elétrica ou gas 11,900,000 15,575,000 R$/AnoPág. 45
  46. 46. Comparativo Custos de vapor Atual Futuro UnidadesDemanda de Vapor para Processo e Geração de Frio Pressão 10 10 Bar(a) Temperatura Saturated Saturated Deg C Demanda Média Horária 18 18 Tons/hora Demanda Anual 153,000 153,000 Tons/Ano Geração de Vapor com Caldeira Existente 153,000 0 Tons/Ano Geração de Vapor com Caldeira de Recuperação 0 153,000 Tons/Ano Geração Total de Vapor 153,000 153,000 Tons/Ano Custo Unitário do Gás Natural 0.7 0.7 R$/m3 Consumo de Gás pela Caldeira de Recuperação 0 m3/Ano Consumo de Gás pela Caldeira Existente 11,475,000 0 m3/h Custo de vapor atual por tonelada produzida 55 0 R$/TON Custo Vapor annual 8415000 R$ Custo Anual para Geração de Vapor 8,415,000 0 R$/ANOPág. 46
  47. 47. Avaliação Economica Taxa Anual de Inflação 4.00% Taxa de Juros do Financiamento 9.00% Atual Futuro Unidades Estimativa do Custo de Investimento - 20,000,000 R$ Custo Total da Energia (Elétrica e Vapor) 20,315,000 15,575,000 R$/ANO Economía Realizada - 4,740,000 R$/ANO Taxa de Retorno Inteno - 23.70% % Valor Presente Líquido (15 anos) - 28,335,992 R$Pág. 47
  48. 48. ContatoValdir ZerbiniSIEMENS Ltda.Energy Sector - Oil & Gas DivisionIndustrial Steam Turbines (E O SU)Av. Eng. João F. G. Molina, 174513213-080 - Jundiaí - SP - BrazilPhone: +55 11 45855990 +55 11 73791675e-mail: valdir.zerbini@siemens.comwww.siemens.com.brPág. 48

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