5 - Centrales de Vapor - Apuntes Me64A

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Centrales Térmicas de Potencia - ME64ADepartamento de Ingeniería MecánicaUniversidad de Chile

ProfesorCarlos Andrés Córdova [email protected]

Equipos Centrales Ciclo Hirn

Diagrama simplificado de los equipos componentes de una central termo-eléctrica a vapor

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Caldera (Acuotubular):Quemadores y cámara de combustión (hogar) según combustiblePrecalentador de aire (de combustión)EconomizadorEvaporador (tubos)Domo(s) de vaporSobrecalentadorRecalentador(es) de vapor

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Eficiencia energética de una Caldera:

Balance de energía caldera: Q = QcombustibleCalor útil = Q1 = calor absorbido por el vaporPérdidas de calor:

Q2 = por gases chimenea (1%/10°C; 110°-180°C)Q3 = por combustión incompleta (0%-1%)Q4 = por combustible no quemado (0%-4%)Q5 = por convección y radiación desde la caldera hacia el exterior (0,2%-3,5%)Q6 = por calor sensible de las cenizas y escoria

%85.

..

.

.

≈+

==eCombustibl

vapRcalSobrecalVap

eCombustibl

AbsVapor

Q

QQ

Q

Qη

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Perfil de presión de los productos de combustión en una caldera

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Turbina de vapor (de finales del siglo XIX):En la expansión se degrada la energía térmica, ↑S y la energía efectivamente transformada en W es < al ∆h_isent del vapor en la TV; tal disipación se produce por rozamientos fluidos, fugas, choques, radiación, roces mecánicosSu η depende de:

La potencia: > para TV de > potenciaCarga de la turbina, una ↓ de caudal ↓ η de la turbina

Pérdidas de turbina a vapor:Fricción del fluido: 10% (ηt ≈ 70%-90%)Supersaturación: vapor subenfriado al pasar la línea de saturaciónFugas (interiores y hacia el exterior): 1% de la E.D. (ηv)Velocidad de salida: 270-300 m/s. 2-3% de pérdidasHumedad: en últimas etapas TV, las que estándentro de la campana de cambio de faseTransferencia de calor: despreciablesPérdidas mecánicas y eléctricas: son ctes. en cantidad a cualquier carga, 1% mecánicas, 1-2% generador. (ηm )

ηglobal ≈ 67%-87% (y menor para turbinas más pequeñas)

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Características de desempeño :Consumo específico de vapor: kg/kWhHeat Rate: kcal/kWh = 860/ η

Rangos de capacidades de TV: 100 kW a 300 MWPmax = 150bar?Tmax = 550°C?3.000 rpm a 16.000 rpm

Algunos tipos de TV:A condensación: para producción local de energía eléctrica, con o sin extracciones intermediasA contrapresión: uso en cogeneración, con o sin extracciones intermediasCon más de una entrada de vapor (vapor recalentado)De pequeña y mediana potencia: accionamiento de bombas y compresoresDe una etapa, de vapor saturado

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El condensadorTrabaja en vacío, P = Pvap(T)

Tipos:De superficieDe mezcla

Presión del Vapor de Agua Saturado en función de la temperatura (de 0ºC a 110ºC)

0,000,200,400,600,801,001,201,401,60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

ºC

bar

Presión del Vapor de Agua Saturado en función de la temperatura (de 0ºC a 110ºC)

0,000,200,400,600,801,001,201,401,60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

ºC

bar

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Bomba agua de alimentaciónUbicaciones posibles:

A la salida del condensador: se bombea agua fríaEntre dos precalentadores: se requiere una bomba de extracción a la salida del condensador que asegure una presión del orden de 10barInmediatamente a la entrada de la caldera (tendencia actual)

En los 2 últimos casos se bombea agua caliente: ↓ v, ↑ η 2% a 2,5%La energía transmitida al agua ↑ T, ↓caudales de vapor extraidos de la TV para precalentamiento del agua de alimentación, ↑ el W que realiza el vapor en la TVη ≈ 70%

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Precalentadores de agua de alimentación:

Cerrados o de superficie: El vapor no tiene contacto con el aguaSon como pequeños condensadores que operan a mayor presión que el condensadorEl condensado obtenido puede:

Devolverse al que le precede usando una válvula reductora de presión (o hacia el condensador si se trata del primer precalentador): + simple y + usado.Bombearse a la cañería de condensado principal

Contacto directo: desgasificador, se aprovecha de extraer el oxígeno y gases del agua Se usan varios de superficie y un desgasificador antes de la caldera

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Equipos Centrales Ciclo HirnEquipos auxiliares:

Para el combustible: Almacenamiento y transporte hasta calderaAbatimiento de emisiones:

Precipitadores electrostáticos, filtros de manga, (PM)Tecnología quemadores, mallas catalíticas (CO)SCR, SNCR (NOx)Scrubber (SO2)

Para la Caldera: AblandadoresDesmineralizadoresDesgasificadorBombas de productos químicosSistemas de purga

Para el condensador:Torres de enfriamiento y piscinasBombas agua de enfriamientoReposición de agua de enfriamientoEyector (extrae gases no condensables)

Instrumentación y controlIluminación, etc.

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Tipos de refrigeración en el condensador

Cd

Agua

Vapor

Mar (Río)

Mar (Río)

Cd

Agua

Vapor

Agua refrigeración

Aire

Cd

Agua

Vapor

Agua refrigeración

Aire

Río

Río

Cd

Agua

VaporAire

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Tecnologías de Generación y Eficiencia

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