SIMULAÇÃO DE UMA CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR EM UMA USINA DE CICLO COMBINADO

A evolução das turbinas a gás industriais resultou em um processo de combustão mais eficiente que permitiu a elevação da temperatura dos gases na exaustão dessa máquina. Assim, caldeiras de recuperação de calor cada vez mais complexas foram desenvolvidas com o intuito de aproveitar ao máximo o potencial energético na exaustão das turbinas. Dessa forma, modelos computacionais capazes de prever as condições de operação do equipamento se mostraram necessários de maneira a analisar o comportamento da máquina em diferentes situações, visando à máxima eficiência do processo. Esta dissertação descreve um modelo computacional capaz de simular o funcionamento fora do ponto de projeto, em regime permanente, de uma caldeira de recuperação de calor operando em uma usina de ciclo combinado, enfatizando sua utilização em sistemas de diagnóstico. As rotinas foram desenvolvidas em FORTRAN e os trocadores de calor presentes na HRSG foram modelados individualmente e calibrados através de um sistema de otimização utilizando algoritmos genéticos, responsável por minimizar o desvio do modelo. O programa desenvolvido foi validado contra dados de operação de uma usina real e mostrou resultados satisfatórios, que confirmam a robustez e fidelidade do modelo de simulação.The heavy duty gas turbines evolution and, consequently, a more efficient combustion process, allowed the temperature rising of the machines’ exhaust gases. Thus, more complex heat recovery steam generators were developed in order to maximize the use of that energy potential. Therefore, computational models capable to predict the operational conditions of the equipment may be needed in order to analyze the machine’s behavior for different situations, in a way to maximize the process efficiency. This thesis describes a computational model able to simulate the off-design behavior of a heat recovery steam generator operation in a combined cycle plant, emphasizing its utilization in diagnostics systems. The routines were developed using FORTRAN, each heat exchanger inside the Heat Recovery Steam Generator (HRSG) was designed individually and the calibration was done by a genetic algorithm responsible for minimizing the model’s deviations. The developed program was validated against operational data from a real plant and showed satisfactory results, confirming the robustness and fidelity of this simulation model