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Temperaturas de Vapor en una Central Térmica de Carbón

La Central Térmica de Cockenzie está situada a orillas del estuario del río Forth, 8 millas (13 Km.) al este de Edimburgo. Está gestionada por ScottishPower, empresa subsidiaria en su totalidad del Grupo Iberdrola. Esta Central Térmica de carbón de 1200 MW, compuesta por cuatro unidades generadoras separadas, está operativa desde 1967.

ScottishPower decidió realizar el proyecto de atemperación para mejorar la eficiencia operativa de la planta a través de un control más preciso de la temperatura del vapor sobrecalentado (vapor vivo) que entra en la turbina de vapor, particularmente durante cambios de carga. Estos cambios causan grandes variaciones en la dinámica del proceso, y por tanto, representan un reto para el sistema de control. El control de la temperatura de vapor se lleva a cabo mediante la regulación del caudal de agua de atemperación. Los objetivos fueron: maximizar la eficiencia de la turbina, minimizar el riesgo de daño de la turbina, y finalmente, minimizar el estrés térmico en las tuberías debido a las excesivas variaciones y oscilaciones de temperatura; lo que repercute tanto en el rendimiento de la planta como en la integridad de los equipos.

La integración del control ADEX se logró sin modificar la arquitectura del sistema de control existente, usando el PLC en operación, y a través de la aplicación del módulo de control ADEX, lo que representó una intrusión mínima con la máxima robustez. Los resultados se analizaron por un auditor independiente, que informó de las mejoras obtenidas, en las que se constató al menos un 50% de reducción en las variaciones de temperatura, tanto en estado estacionario como durante cambios de carga.


Diagrama del Proceso de Atemperación



El diagrama del sistema de atemperación se muestra en la figura adjunta. El agua de los “Calentadores y Bombas de Alimentación” se suministra tanto al economizador como a la tubería de suministro de las cuatro unidades de atemperación.

El caudal de agua enviado a la tubería común del sistema de atemperación se controla mediante una válvula maestra a partir de la cual el agua se separa en dos conductos etiquetados A y B, que corresponden a cada lado de la caldera y que se dividen en A1 y A2 para el lado A y B1 y B2 para el lado B.

La válvula maestra permanece completamente abierta la mayor parte del tiempo durante las operaciones. Hay una unidad de atemperación para cada una de las cuatro líneas A1, A2, B1 y B2. Cada una de estas líneas tiene dos válvulas, la superior, que se muestra en la Figura 1, denominada “válvula principal” y la inferior denominada “válvula de bypass“. Estas válvulas controlan el caudal de agua pulverizada inyectada en el vapor de agua sobrecalentado para mantener la temperatura de vapor vivo en su consigna. En ningún momento, durante el proceso, ambas líneas, principal y bypass, funcionan simultáneamente (por ej. nunca una mezcla), y la mayor parte del tiempo se usan las válvulas bypass ya que son más adecuadas para un control preciso. 


Estrategia de Control ADEX



El objetivo de la estrategia ADEX es controlar la temperatura T2 a la salida de los sobrecalentadores A1 y A2 mediante la regulación de la consigna de T1, en los puntos de atemperación, y cada temperatura T1 mediante la regulación de la posición de la válvula de la correspondiente unidad de atemperación. Por lo tanto, la estrategia de control se representa en el esquema en cascada adjunto, donde:

  • El controlador maestro establece una temperatura deseada de vapor de agua T1 basada en una medición de la temperatura T2 y la consigna de T2.
  • El controlador esclavo establece la posición necesaria de válvula en el atemperador basada en la temperatura deseada para T1 calculada arriba y el valor de temperatura T1 medido en la consigna.
  • El controlador maestro considera la presión del tambor como una perturbación.
  • El controlador esclavo considera la presión diferencial a través de las válvulas de regulación de alimentación a la caldera como una perturbación.
  • Con la variación T1 usada para controlar T2, se alcanzó un compromiso entre el control preciso de T2 y una fluctuación moderada de T1, para evitar causar estrés térmico en las líneas de atemperación.


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