Optimización del diseño de la geometría del conducto de entrada de calderas de plantas de ciclo combinado
Palabras clave:
aerodynamic optimization, optimization methodology, multi-attribute, hybrid direct search, geometry parameterization, computational fluid dynamics, heat recovery steam generators.Resumen
generadoras de vapor por recuperación de calor (HRSGs, en sus
siglas en inglés), se utiliza en centrales de ciclo combinado para
recuperar parte del calor de los gases de escape de una turbina de
gas, generar vapor y alimentar una turbina de vapor. Desde el co
mienzo del empleo de los HRSG para centrales eléctricas, el diseño
de la geometría del conducto de entrada a estas unidades, uno de
sus componentes más críticos, ha seguido pautas que han evolu
cionado muy poco. La contribución de este trabajo es doble: por
un lado, muestra que existe un potencial sustancial para mejorar
el diseño de la forma de los conductos de entrada de los HRSG, en
términos de lograr una menor caída de presión, una mayor unifor
midad de velocidad y una reducción importante del coste global de
la caldera; por otro lado, muestra cómo la aplicación del algoritmo
combinado de búsqueda directa híbrida (CHDS, en sus siglas en
inglés), aplicable en muchos campos para optimización aerodiná-
mica de geometrías, permitiendo grandes desplazamientos, puede
encontrar estos diseños mejorados, que pueden ser bastante poco
convencionales y no intuitivos. El algoritmo CHDS combina in
teligencia genética, de búsqueda de gradiente y de búsqueda de
enjambre en cada iteración. Los resultados obtenidos para las dos
familias de HRSG presentadas muestran que hay puntos óptimos
de diseño con reducciones simultáneas en la caída de presión de
hasta el 20-25%, en superficie lateral de hasta el 38% y en lon
gitud de hasta el 16%, manteniendo niveles de uniformidad de
velocidad comparables a diseños existentes.
