5 - centrales de vapor - apuntes me64a
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Centrales Térmicas de Potencia - ME64ADepartamento de Ingeniería MecánicaUniversidad de Chile
ProfesorCarlos Andrés Córdova Riquelmecarlos.cordovariquelme@gmail.com
Equipos Centrales Ciclo Hirn
Diagrama simplificado de los equipos componentes de una central termo-eléctrica a vapor
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Equipos Centrales Ciclo Hirn
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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Equipos Centrales Ciclo Hirn
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
Q
Qη
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Equipos Centrales Ciclo Hirn
Perfil de presión de los productos de combustión en una caldera
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Equipos Centrales Ciclo Hirn
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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Equipos Centrales Ciclo Hirn
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
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Equipos Centrales Ciclo Hirn
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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Equipos Centrales Ciclo Hirn
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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Equipos Centrales Ciclo Hirn
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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