Un generador de vapor con recuperación de calor ( HRSG ) es un intercambiador de calor con recuperación de energía que recupera calor de una corriente de gas caliente, como una turbina de combustión u otra corriente de gas residual. Produce vapor que puede ser utilizado en un proceso ( cogeneración ) o utilizado para impulsar una turbina de vapor ( ciclo combinado ).
Los HRSG constan de cuatro componentes principales: el economizador , el evaporador , el sobrecalentador y el precalentador de agua [ aclaración necesaria ] . Los diferentes componentes se ensamblan para cumplir con los requisitos operativos de la unidad. Vea la ilustración adjunta de una disposición general modular de HRSG.
Los HRSG modulares se pueden clasificar de varias maneras, como la dirección del flujo de gases de escape o la cantidad de niveles de presión. Según el flujo de gases de escape, los HRSG se clasifican en tipos verticales y horizontales. En los HRSG de tipo horizontal, los gases de escape fluyen horizontalmente sobre tubos verticales, mientras que en los HRSG de tipo vertical, los gases de escape fluyen verticalmente sobre tubos horizontales. Según los niveles de presión, los HRSG se pueden clasificar en presión única y presión múltiple. Los HRSG de presión simple tienen solo un tambor de vapor y el vapor se genera a un nivel de presión único, mientras que los HRSG de presión múltiple emplean dos (doble presión) o tres (triple presión) tambores de vapor. Como tales, los HRSG de triple presión constan de tres secciones: una sección LP (baja presión), una sección de recalentamiento/IP (presión intermedia) y una sección HP (alta presión). Cada sección tiene un tambor de vapor y una sección de evaporador donde el agua se convierte en vapor. Luego, este vapor pasa a través de sobrecalentadores para elevar la temperatura más allá del punto de saturación .
Las partes de presión de vapor y agua de un HRSG están sujetas a una amplia gama de mecanismos de degradación, por ejemplo , fluencia , fatiga térmica , fatiga por fluencia, fatiga mecánica, corrosión acelerada por flujo (FAC), corrosión y fatiga por corrosión, entre otros.
Los HRSG empaquetados están diseñados para enviarse como una unidad completamente ensamblada desde la fábrica. Se pueden utilizar en aplicaciones de calor residual o de turbinas (normalmente menos de 20 MW). El HRSG empaquetado puede tener un horno enfriado por agua, lo que permite una mayor combustión suplementaria y una mejor eficiencia general.
Algunos HRSG incluyen disparo suplementario o por conducto. Estos quemadores adicionales proporcionan energía adicional al HRSG, que produce más vapor y, por tanto, aumenta la potencia de la turbina de vapor . Generalmente, la combustión por conductos proporciona producción eléctrica con un costo de capital más bajo. Por lo tanto, se utiliza a menudo para operaciones en horas punta.
Los HRSG también pueden tener válvulas desviadoras para regular el flujo de entrada al HRSG. Esto permite que la turbina de gas continúe funcionando cuando no hay demanda de vapor o si es necesario desconectar el HRSG.
Los controles de emisiones también pueden estar ubicados en el HRSG. Algunos pueden contener un sistema de reducción catalítica selectiva para reducir los óxidos de nitrógeno (un gran contribuyente a la formación de smog y lluvia ácida) o un catalizador para eliminar el monóxido de carbono . La inclusión de un SCR afecta dramáticamente el diseño del HRSG. El catalizador de NOx funciona mejor en temperaturas entre 650 y 750 °F (343–399 °C). Esto generalmente significa que la sección del evaporador del HRSG deberá dividirse y el SCR deberá colocarse entre las dos secciones. Algunos catalizadores de NOx de baja temperatura han sido recientemente [ ¿ cuándo? ] llegan al mercado que permiten colocar el SCR entre las secciones del evaporador y del economizador (350–500 °F [177–260 °C]).
Un tipo especializado de HRSG sin tambor de caldera es el generador de vapor de paso único. En este diseño, el agua de alimentación de entrada sigue un camino continuo sin secciones segmentadas para economizadores, evaporadores y sobrecalentadores. Esto proporciona un alto grado de flexibilidad ya que se permite que las secciones crezcan o se contraigan en función de la carga de calor que reciben de la turbina de gas. La ausencia de tambores permite cambios rápidos en la producción de vapor y menos variables que controlar, y es ideal para operaciones cíclicas y de carga base. Con la selección adecuada del material, un OTSG puede funcionar en seco, lo que significa que los gases de escape calientes pueden pasar sobre los tubos sin que fluya agua dentro de los tubos. Esto elimina la necesidad de una chimenea de derivación y un sistema desviador de gases de escape necesarios para operar una turbina de combustión con un HRSG de tipo tambor fuera de servicio. [1]
