Análisis de un sistema de recuperación de energía residual en cascada aplicado a una caldera industrial

Abstract

El objetivo de este Trabajo Final de Grado (TFG) es realizar el análisis de un sistema de recuperación de energía residual acoplado a una caldera de uso industrial con la finalidad de estudiar la disminución de las emisiones de CO2 a la atmósfera ocasionadas por la combustión de los hidrocarburos presentes en el gas natural utilizado como combustible. Todo el desarrollo del proyecto se llevará a cabo sobre una caldera industrial seleccionada de un catálogo comercial. El sistema constará de un Ciclo Orgánico de Rankine (ORC, Organic Rankine Cycle) acoplado a la salida de los gases de escape de la caldera para aprovechar la energía térmica de estos gases. Y, de un Ciclo de Compresión de Vapor acoplado al ORC en la etapa de condensación de éste para precalentar el aire comburente utilizado en la caldera. El primer paso del proyecto será modelar mediante el software Engineering Equation Solver (EES) el sistema sobre el que se realizará el estudio. Así se obtendrán las temperaturas y caudales sobre los que se desea incidir con el uso del sistema de recuperación. Todos estos cálculos se realizarán mediante análisis de balances y rendimientos energéticos basándose en el Primer y Segundo Principio de la termodinámica. El siguiente paso será seleccionar los fluidos refrigerantes que se utilizarán en ambos ciclos. Se elegirán una serie de fluidos siguiendo las directrices marcadas en el Reglamento (UE) nº 517/2014 para, finalmente, mediante el método de las jerarquías analíticas, seleccionar cual será el fluido utilizado en cada uno de los ciclos. Por último, se realizará la optimización del sistema para conseguir las condiciones de funcionamiento que harán que las emisiones de CO2 se disminuyan lo máximo posible. Y, a su vez, que la energía eléctrica generada en el ORC sirva para compensar en la mayor medida posible el consumo eléctrico generado por el compresor del VCC, o incluso, generar tanta electricidad para poder ser aprovechada en otros puntos. Como parte del proyecto también se incluye el apartado de mediciones y presupuesto en el que se detallará todos los gastos derivados de la realización del estudio. Así como, la realización del pliego de condiciones. A parte, se adjuntan dos anexos. En el primero de estos, se explican los cálculos realizados a lo largo del proyecto. Y, en el segundo, se incluye el código utilizado en el software EES para la modelización del sistema.

L’objectiu d’aquest Treball fi de grau (TFG) es realitzar l’anàlisi d’un sistema de recuperació d’energia residual acoblat a una caldera d’ús industrial amb la finalitat d’estudiar la disminució de les emissions de CO2 a l’atmosfera ocasionades per la combustió dels hidrocarburs presents en el gas natural utilitzat com combustible. Tot el desenvolupament del projecte es portarà a terme al voltant d’una caldera industrial seleccionada d’un catàleg comercial. El sistema estarà format per un cicle orgànic Rankine (ORC, Organic Rankine Cycle) acoblat a l’eixida dels gasos produïts en al combustió per a aprofitar la seva energia tèrmica. I, d’un cicle de compressió de vapor (VCC) acoblat a l’ORC en l’etapa de condensació d’aquest per a preescalfar l’aire comburent utilitzat en la caldera. El primer pas del projecte serà modelar mitjançant el software Engineering Equation Solver (EES) el sistema sobre el qual es realitzarà l’estudi. Així, s’obtindran les temperatures y caudals sobre els que es vol incidir amb l’ús del sistema de recuperació. Tots aquests càlculs es realitzaran mitjançant anàlisi de balanços y rendiments energètics basant-se en el Primer i Segon Principi de la termodinàmica. El següent pas serà la selecció dels fluids utilitzats com refrigerants en cadascun dels cicles. Es triaran una sèrie de fluids que compleixen les directrius marcades en el Reglament (UE) nº 517/2014 per a, finalment, per mitjà d’el mètode de les jerarquies analítiques, seleccionar qual serà el fluid utilitzat en cadascun del cicles. Per últim, es realitzarà la optimització del sistema per a aconseguir les condiciones de funcionament que faran que les emissions de CO2 disminueixin el màxim possible. Y, a la vegada, que l’energia elèctrica generada en l’ORC serveixi per compensar en la major mesura possible el consum elèctric generat pel compressor del VCC, o, fins i tot, generar tanta electricitat com per a ser aprofitada en altres punts. Com part del projecte també s’inclou l’apartat de mesures i pressupost en el qual es detallaran totes les despeses derivades de la realització de l’estudi. Així com, la realització del plec de condicions. A part, s’adjunten dos annexos. En el primer d’aquest, s’expliquen el càlculs realitzats durant tot el Project. I, en el segon, s’inclou el codi utilitzat en el software EES per a modelitzar el sistema.