central a vapor/ turbina a vapor
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Página Nº 1
Parte 3
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W. Galarza S.
Turbina a Vapor
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1. La Central Térmica a Vapor
La Central Térmica a Vapor aprovecha
la energía del combustible para
transformarla en electricidad. Sigue lassiguientes transformaciones:
•
La energía química del combustible
se transforma, por combustión, en
energía térmica
•
La energía térmica que absorbe elfluido de trabajo se convierte, al
expansionarse en la turbina o motor,
en energía mecánica
•
La energía mecánica es transformada
luego en energía eléctrica en ungenerador eléctrico
El fundamento se encuentra en el ciclo
termodinámico de Rankine.
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1.1. Parámetros característicos
Comprende la presión y temperatura
del vapor, presión en el condensador
y la eficiencia. Esta ultima se puedemejorar al:
•
Disminuir la presión en el
condensador (6)
•
Aumentar la presión en lacaldera (3)
•
Elevar la temperatura del
vapor sobrecalentado (3)
•
Emplear recalentador
intermedio (4)•
Precalentar el agua de
alimentación (8-1)
• Emplear Ciclos Binarios
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1.2. Limitaciones
La temperatura máxima del vapor está
limitada por la metalurgia de los materiales
empleados en los sobrecalentadores de la
caldera.
La temperatura máxima es del orden de los
540ºC y la presión máxima esta por los 150
bar estando limitada por problemas de diseño
mecánico de la turbina y por la humedad
admisible a la salida de la misma (12%).
La presión mínima es función de la
temperatura del condensador y su magnitud
suele estar situada en el intervalo de 0,03 bara 0,14 bar, lo que corresponde a una
temperatura del condensador entre 26ºC y
52ºC respectivamente.
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1.3. Fuente de energía y partes constructivasOtras fuentes de calor para la generación de electricidad
diferentes al carbón, diesel o gas natural, son la biomasa, la
turba, la madera y sus desechos, la paja, las cáscaras de
cereales, el calor residual de siderúrgicas, la geotérmica y solar,así
como los procesos de generación de vapor asociados a los
de recuperación de subproductos en ciertos procesos, como la
fabricación de pasta de papel, los residuos sólidos urbanos entre
otros mas.
Se utilizan turbinas a vapor o motores a vapor y, en algunos
casos ambos tipos de máquinas los que además de accionar
generadores eléctricos, se utilizan en aplicaciones de fuerza
motriz.
Las centrales térmicas de vapor comprenden tres partes
constructivas esenciales:
1. Sala de calderas
2. Sala de máquinas
3. Sala de distribución
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1.4. Circuitos principales (I)
Hay circuitos principales y auxiliares:
1.-
Circuito de gases
El combustible arde en el hogar (recinto
cerrado por paredes de mampostería, en
las que, se encuentran los canales de
circulación del aire de combustión).
Después de calentar la caldera, dondese evapora el agua, los gases pasan a
un conducto para ser eliminados al
exterior. Se aprovecha su energía
térmica en un circuito primario de uno o
mas recalentadotes y para el circuitoprimario de uno o más economizadores
del agua de alimentación de la caldera.
De aquí
los gases pasan a la chimenea
de tiro natural o forzado, de donde salen
al exterior como humos.
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1.4. Circuitos principales (II)
2. Circuito de agua-vapor
En el evaporador el fluido pasa de liquido a vapor, saliendo como vapor húmedo, paraluego ser sobrecalentado y recalentado una o más veces. Sobrecalentadores y
precalentadores están en la trayectoria de gases.
El vapor a presión y temperatura altas va a la turbina o a la máquina de vapor, donde
se expande produciendo energía mecánica. En las turbinas, se realizan extracciones
de vapor para calentadores de agua de alimentación mejorando así
la eficiencia.
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1.4. Circuitos principales (III)
3.-
Circuito de Energía Eléctr ica
Se produce en los generadores eléctricos al
ser accionados por las máquinas o por lasturbinas de vapor. Produce corriente alterna
trifásica para transformadores, donde se
eleva la tensión.
Los transformadores pueden alojarse en
locales especiales o, en el mismo pabellónde distribución que, por lo general, está
completamente separado de la sala de
máquinas.
La tensión para consumo propio es distinta
a la tensión de distribución.
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1.4. Circuitos principales (IV)
4.-
Circuitos Auxiliares
Son muy numerosos, y todos ellos son
controlados desde la sala de control. Los másimportantes se resumen en:
a. Circuito de tratamiento del combustible
b. Circuito de aire de combustión
c. Circuito de eliminación de cenizas yescorias
d. Circuito de tratamiento del agua de
alimentación
e. Circuito de agua de refrigeración
f. Circuito de lubricacióng. Circuitos de mando
h. Circuitos de hidrógeno
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2. La Combustión (I)
Antes de iniciar la combustión en el hogar de la caldera, el combustible
debe ser calentado hasta una temperatura suficientemente alta a fin de que
se inflamen el carbono y el hidrógeno que contiene.Una vez iniciada la combustión, ésta se mantendrá
por sí
misma en tanto
haya un suministro suficiente de oxígeno y se mantenga la temperatura.
La combustión completa requiere que haya suficiente oxígeno, si no es así,
se produciría una combustión incompleta. En la practica de todas manerasla combustión resulta incompleta. La turbulencia favorece la oxidación del
combustible.
El oxígeno necesario para la combustión se obtiene del aire, que es una
mezcla de Oxigeno (21%) y Nitrógeno (79%) que aproximadamente es 1/5 y
4/5.Estos dos gases están mezclados y el oxígeno participa oxidando en tanto
el nitrógeno es el caloportador.
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2.1 La Combustión: Contenido de CO2
Debe prestarse atención al indicador de %CO2. Valores comprendidos
entre 11 y 13 % son satisfactorios para la combustión de carbón, mientras
que para carbón pulverizado son de 13 a 15. En el caso del petróleo debenoperarse con valores de 13%. Con valores menores que el 10% el hogar
recibe demasiado aire y, si el valor es superior al 14% has escasees de
aire.
Aire primario y aire secundario
El aire debajo de la parrilla cuando se quema carbón se conoce como aire
primario y el suministrado sobre el fuego se conoce como aire secundario.
Se pueden controlar exactamente por medio de registros, válvulas, etc., yen algunos casos cuando el contenido de volátiles en el combustible es muy
pequeño, se puede suprimir completamente la entrada de aire secundario.
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2.2 La Combustión: Precalentamiento del aire
Precalentamiento del aire
El empleo de aire precalentado en los
hogares de las calderas, mejora la eficienciade combustión y es útil cuando se queman
combustibles de baja calidad o de difícil
combustión.
Permite calentar aire a partir de los gases
cuando están a una temperatura cercana a
su punto de rocío y hay riesgo de corrosión
por condensación (salida de humos entre
250 y 130 ºC).
Se utiliza tubos de fundición, tubos de vidriopara no alcanzar el punto de rocío ácido.
Reducen el consumo de combustible de 10
a 25%. Se usa con todo tipo de combustible.
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2.3 La Combustión: Humo
Composición de los gases de combustión
Los productos de la combustión del carbón, coque, petróleo o gas con aire
son el anhídrido carbónico (C02), vapor de agua (H20), monóxidos decarbono (CO), oxigeno (O2) y nitrógeno (N2) principalmente. Esto debido a
que se utiliza un exceso de aire. El análisis de gases usualmente se da en
base seca.
Humo
Se forma en el hogar por la destilación de los alquitranes de los carbones
volátiles y al no quemarse aparecen en la chimenea. Es de color pardo y se
consume con facilidad ya que los derivados del alquitrán se desprenden a
baja temperatura. Aparece humo negro si hay craqueo a elevadastemperaturas de los hidrocarburos gaseosos pesados y a la formación de
hollín o partículas sólidas de carbón.
Este humo negro u hollín se consume con dificultad en el hogar aún a
elevadas temperaturas y la mayor parte del mismo escapa por la chimenea.
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2.4 La Combustión: Emisión de polvo y finos
Emisión de polvo
La emisión de polvo es importancia porque a pesar de ser casi invisible, espeligrosa para la salud. Factores como el grado y naturaleza del
combustible,
método de combustión empleado, tipo de caldera y economizador utilizado,
sistema de tiro y disposición de los conductos de humos y de chimenea son
de interés. Se puede dar una pérdida entre 3 a ,4 % del poder calorífico con
el carbón que sale por la chimenea con el polvo.Dependiendo de la altura de la chimenea se detiene por medio mecánico al
instalar separadores centrifugo y colectores de donde se extrae
periódicamente.
Cuando hay que retirar el anhídrido sulfurosa hay que lavar los gases consistemas especiales.
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2.4 La Combustión: Retiro de polvo y finos
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2.5 La Combustión: Transmisión de calor
Transmisión del calor en la caldera
El calor de gases se transmite por radiación y convección a la superficie de
los tubos y a las chapas.El hollín es mal conductor del calor y sobre él se forma una película inmóvil
de gas caliente. Se reduce así
la transmisión por conducción. El espesor de
la película que se opone al paso del calor, debe ser controlada en un valor
mínimo o destruida por la acción de torbellinos de los gases a elevada
velocidad.
Como el metal de las chapas o de los tubos es buen conductor de calor.
una vez que la película de gas ha sido atravesada, no existe dificultad para
que el agua absorba todo el calor.
Es obvio que las superficies en contacto con el agua deben estar siemprelimpia, libres de incrustaciones o de depósitos para que así
la conductividad
sea máxima.
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2.6 La Combustión del petróleo (I)
El calor se transmite por convección en los líquidos y en los gases por el
movimiento de sus partículas. Dicho movimiento se debe a los distintos
pesos específicos a que da lugar las diferencias de temperaturas. Laspartículas en movimiento transmiten calor a las partículas o superficies
más frías cuando se ponen en contacto con ellas. Este flujo de partículas
en un gas o un líquido contra un cuerpo sólido se llama transmisión por
convección y puede ser natural como en la mayoría de los casos, o
forzada cuando el movimiento de las partículas se debe a la acción de
un ventilador.
Combustión del petróleo
Se efectúa por medio de quemadores atomizadores en la cámara decombustión, donde se pulveriza el petróleo caliente y fluido bajo presión en
la forma de una fina niebla. Uno de los métodos mas conocidos consiste
en bombea a presión hacia los quemadores
el petróleo previamente
calentado.
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2.6 La Combustión del petróleo (II)
Otro método es atomizar el petróleo por medio de un chorro de vapor. Es
necesario calentar el petróleo antes de transferirlo desde los tanques de
almacenamiento a los tanques de servicio o diarios. Debe alcanzarse entre
65°C
o 95°C
para obtener una buena pulverización.
El ajuste del aire se efectúa en cada quemador actuando sobre los registros.
El contenido máximo posible de CO2 es de alrededor de 15-17 %; pero como
para una buena combustión generalmente el exceso de aire es de 20-30 %; el
contenido de CO2 desciende a 12 y 13 %.
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3. Planta de recuperación de calor: Economizador
Existen varios tipos de economizadoresdisponibles, el más conocido es el de
tubos de fundición lisos verticales,
provisto de rascadores para la limpieza.
Un tipo muy usado en las calderas de
tubos de agua o en los casos dónde elespacio es reducido, es el de tubos
aletados donde estas están fundidas con
el tubo;
Las aletas aumentan la transmisión decalor y protegen los tubos de la corrosión
exterior pues forman una cubierta
exterior completa,
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4. Manipuleo de Cenizas
Las cenizas
son materiales calientes,
abrasivos y pulverulentos que producen
vapores nocivos y corrosión acida.
Es conveniente un sistema húmedo o de
apagado de las cenizas calientes, así
se
rompe las escorias y remueve el polvo.
Debajo de las calderas hay un canal donde
se cargan las cenizas y un flujo de agua laslleva hasta el Cenicero de donde son
retiradas periódicamente. El agua es
reciclada una ves decantada y filtrada.
También se utiliza un método neumático detrituración de cenizas y escorias de tamaño
grande que luego son trasportadas
reumáticamente en suspensión hasta el
cenicero
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5. Agua de alimentación
El agua de alimentación de la caldera se utiliza para producir vapor. La
presión del vapor (0.5 -
100 bar) determina la temperatura y la capacidadenergética, pero también la calidad del agua de alimentación. La regla
general expone que cuanto más alta sea la presión, más estricta deberá
ser
la calidad del agua de alimentación de la caldera.
Algunos problemas causados por las impurezas en el agua son: formación
de costras, corrosión, priming (formación de burbujas de aire), adherenciadel vapor al cilindro (de minerales volátiles).
Algunos parámetros importantes del agua de alimentación son: pH, dureza,
concentración de oxígeno y del dióxido de carbono, silicatos, sólidos
disueltos, sólidos suspendidos y concentración de materia orgánica.Las instalaciones que producen el agua de alimentación de la caldera usan
una variedad de tratamientos de agua tales como: osmosis inversa,
intercambio iónico, dosificación química y agua desmineralizada.
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5.1 Osmosis inversa
En este proceso el agua es forzada a cruzar una
membrana, dejando las impurezas detrás. La
permeabilidad de la membrana puede ser tan
pequeña, que prácticamente todas las impurezas,
moléculas de la sal, bacterias y los virus son
separados del agua.
Sistemas de MembranaEsta tecnología trabaja sin la adición de productos
químicos, poca energía y procesos fáciles y bien
dispuestos. El principio se basa en la utilización de
membranas semipermeables que actúan comofiltros. Un método es la aplicación de alta presión, el
mantenimiento de un gradiente de concentración en
ambos lados de la membrana y la introducción de un
potencial eléctrico produciendo una separación
selectiva.
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5.2 Intercambiador iónico
Los intercambiadores iónicos son usados para la
separación de sales (cationes y aniones) del agua.
Los intercambiadores iónicos (resina tipo gel) son
sustancias granuladas insolubles con radicales
ácidos o básicos que son intercambiados. Las
Resinas tipo Gel tienen una porosidad naturallimitada por las distancias intermoleculares. Esta es
una estructura tipo microporo con una distancia
artificial adicional que se obtiene por la adición de
sustancias diseñadas para este propósito.
El intercambiador es conocido como monofuncionalsi hay solo una variedad de radicales y este es
llamado polifuncional si la molécula contiene varios
tipos de radicales.
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5.3 Dosificación Química
Para el tratamiento químico del agua hay una gran variedad de productos
químicos disponibles.
Algicidas
Matan las algas azules o verdes cuando se agregan al agua. Los ejemplos
son sulfato de cobre, sales de hierro, etc. Los Algicidas son eficaces contra
las algas. El problema de la mayoría de los algicidas es que no quitan las
toxinas que son lanzadas por las algas antes de su muerte. Antiespumas
La espuma es una masa de burbujas creadas por ciertos tipos de gas y se
dispersan en un líquido. Las burbujas, forman volúmenes grandes de
espuma. Las mezclas antiespumas contienen aceites combinados con
cantidades pequeñas de silicona. Ellos rompen la espuma gracias a dos
característica de la silicona: incompatibilidad con los sistemas acuosos y
facilidad de separarse. Los compuestos de antiespumas están disponibles
como polvo o como emulsión del producto puro.
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5.3 Productos químicos para agua de caldera
Los productos incluyen todos los productos químicos que se utilicen para los
usos siguientes: barrido de oxígeno; inhibición de las costras; inhibición de la
corrosión; antiespumoso; control de la alcalinidad.
Coagulantes
Los iones positivos con alta valencia son los preferidos. Generalmente se
utilizan el aluminio y el hierro. La coagulación depende de la dosis de
coagulantes, del pH y de las concentraciones coloidales.
Inhibidores de la corrosión
Los inhibidores son productos químicos que reaccionan con una superficie
metálica dando a la superficie cierto nivel de protección. Los inhibidorestrabajan a menudo fijándose por absorción en la superficie metálica,
protegiendo la superficie con una película.
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5.4 Inhibidores de corrosión (I)
Hay cinco clases de inhibidores de la corrosión.
1.
Inhibidotes pasivos
Causan un cambio del potencial de corrosión, forzando la superficie
metálica en el tipo pasivo. Ejemplos pasivos son, iones de cromato, de
nitrito y de nitrato y, los no oxidantes son fosfato y molibdato. Estos
inhibidores son los más eficaces.
2. Inhibidores catódicos
Algunos como compuestos del arsénico y del antimonio, trabajanhaciendo que la recombinación y descarga del hidrógeno sea más difícil.
Otros inhibidores catódicos, iones tales como calcio, zinc o magnesio, se
pueden precipitar como óxidos y forman una capa protectora en el metal.
3. Inhibidores orgánicosProtegen el metal formando una película hidrofóbica en la superficie del
metal. Son fijados por adsorción según la carga iónica del inhibidor y la
carga en la superficie.
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5.4 Inhibidores de corrosión (II)
4. Precipitación inducida por los inhibidores
Compuestos que causan la formación de precipitados en la superficie del
metal de modo que proporciona una película protectora. Los inhibidores
más comunes de esta categoría son silicatos y fosfatos.
5. Inhibidores Volátiles de Corrosión (IVC)
Son compuestos transportados en un ambiente cerrado al sitio de la
corrosión por volatilización de una fuente. Los ejemplos son morfolina e
hidracina y sólidos volátiles tales como sales del diciclohexilamina,iclohexilamina y hexametilenoamina. En contacto con la superficie del
metal, el vapor de estas sales condensa y es hidrolizado por humedad,
para liberar iones protectores.
Desinfectantes
Los desinfectantes matan los microorganismos indeseados presentes en
el agua. Hay varios tipos de desinfectantes: Cloro (dosis 2-10 mg/l),
Dióxido de cloro, Ozono, Hipoclorito
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5.5 Otros productos (I)
Floculantes
Los polímeros usados tienen un efecto específico dependiente de la carga,
peso molecular y grado de ramificación. Son solubles en agua y su peso
molar varía entre 10.5 y 10.6 g/mol.
Puede haber varias cargas en un floculante. Hay polímeros catiónicos,
basados en el nitrógeno, polímeros aniónicos, basados en los iones del
carboxilato y los polianfolitos, que llevan cargas positivas y negativas.
Neutralización (control de la alcalinidad)
Para neutralizar los ácidos y las bases se utiliza solución de hidróxido de
sodio (NaOH), carbonato de calcio, o la suspensión de cal (Ca(OH) 2) para
aumentar niveles del pH.
Se usa ácido sulfúrico diluido (H2SO4) o ácidoclorhídrico diluido (HCl) para declinar niveles del pH.
La dosis de agentes
que neutralizan el pH dependen del agua en un lavabo de la reacción. Las
reacciones de la neutralización causan una subida en la temperatura.
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5.5 Otros productos (II)
Limpiadores de oxígeno
El barrido del oxígeno significa prevención de introducir o inducir reacciones
de oxidación. Los limpiadores incluyen volátiles y no volátiles como sales desulfito sódico
Acondicionadores del pH
Se requiere a menudo ajustar el pH para prevenir la corrosión de tuberías. El
pH es aumentado o disminuido con la adición de bases o ácidos. Un ejemplo
de disminución de pH es la adición de acido clorhídrico, en caso de un
líquido básico. Un ejemplo de subida de pH es la adición de hidróxido sódico
en caso de un líquido ácido.
Limpiadores de ResinasLas resinas necesitan regenerarse lurgo
de ser usadas para reusare
después, todo el tiempo los intercambiadores de iones son usados y el
ensuciamiento tiene lugar. La limpieza con dióxido de cloro sirve para
eliminar contaminantes orgánicos en la resinas.
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5.5 Otros productos (III)
Inhibidores de costras
La costra se forma sobre las superficies de contacto con el agua
comoresultado de la precipitación normalmente de sólidos solubles que llegan a
ser insolubles cuando se incrementa la temperatura. Algunos ejemplos de
costra son el carbonato cálcico, sulfato cálcico y silicato cálcico.
Inhibidores de costra son polímeros de superficie cargados negativamente.Cuando los minerales exceden sus solubilidades y empiezan a combinarse,
los polímeros comienzan a unirse. La estructura para la cristalización es
distruida
y la formación de costra es evitada.
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6. Agua desmineralizada (Agua DEMI)
El principio de Desmineralización
es idénticos al de ablandamiento
del agua. Es una de las primeras
aplicaciones de intercambio iónico.
El agua desmineralizada o agua
DEMI es el agua a la cual se lequitan los minerales y las sales.
Se utiliza cuando se requiere agua
con bajo contenido en sal o baja
conductividad como es el caso delas calderas.
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7. Planta de agua DEMI de una CT a vapor
Se produce agua para ser utilizada en la producción de energía como para
evitar NOx. Se almacena en depósitos. Esta constituida por cadenas de
desmineralización y consta básicamente de los siguientes equipos: filtrosde arena, dosificador de bisulfito sádico (reductor) para eliminar
cualquier presencia de cloro libre que puede dañar membranas de calcio y
magnesio, desgasificador que elimina CO2 de descomposicion del
bicarbonato en medio acido, dosificador de antiincrustante que evita laprecipitación de sales, dosificador de hidróxido sódico para fijar el CO2
como HCO3, filtros cartuchos para proteger la osmosis de partículas de
mas de 5 μm, HERO (High Rejection Reverse Osmosis) osmosis inversa a
a pH alcalino, Osmosis inversa de segundo paso, filtros cartucho para
proteger de partículas mayores a 1 μm, electrodesionizacion para lograr
calidad de agua.
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7.1 Inyección de Químicos
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7.2 Inyección de Amoniaco (pH)
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7.3 Inyección de Hydrazine
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7.4 Inyección de Phosfato
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7.4 Inyección de Phosphate
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7.4 Valores Limite
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7.5 Generador de Vapor
Los generadores de vapor transforman el
calor proveniente de una fuente en
energía térmica. La fuente puede ser
eléctrica, nuclear, solar, o proveniente de
un proceso de combustión de un
combustible fósil.
El fluido de trabajo normalmente es agua,
que actúa como el caloportador mas
eficiente de la conversión del calor entrabajo.
El generador de vapor está
compuesto
básicamente por una cámara aislada y
recubierta con material refractario, tubosportadores de fluido de proceso a calentar
así
como quemadores de combustible en
aire para la generación de gases
calientes.
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7.5 Principales elementos (I)
Cuerpo del Generador
Haces vaporizadores
Son tubos que forman el hogar y por donde circula el fluido (agua). Los tubos
reciben el calor de la llama en el hogar de forma directa mayoritariamente porradiación. Están expuestos a temperaturas elevadas y en presencia de gases
secos que pueden resultar corrosivos, por esto es fundamental el
control de la
temperatura para no sobrepasar la resistencia térmica del material.
Sobrecalentador primarioRecibe el vapor de agua seco del calderín
y transfiere calor sensible a presión
constante para aumentar su temperatura. Es un proceso de transferencia de
calor por convección.
Atemperador o Desrecalentador
Regula la carga de la turbina y evita rotura de tubos. Dispone de atomizadores
de agua que descargan sobre el vapor que ingresa al sobrecalentador y
disminuyen su temperatura.
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7.5 Principales elementos (II)
Sobrecalentador secundario
Transfiere calor sensible al vapor que sale del atemperador. Es un proceso
de transferencia de calor por radiación.
Recalentador Recibe el vapor sobrecalentado parcialmente expandido en el primer cuerpo
de turbina y logra mediante transferencia de calor sensible aumentar el nivel
térmico del vapor sobrecalentado y por tanto también el rendimiento de la
caldera. A su vez, aumenta la calidad de vapor de la salida de la turbina de
baja presión, lo que evita que la turbina trabaje en condiciones de vapor
húmedo
Economizador
Transmite calor sensible al líquido subenfriado que entra en la caldera, hasta
que este alcanza un nivel térmico 5 grados por debajo de la temperatura desaturación a la presión de caldera. Para conseguirlo utiliza el calor de los
gases de escape de la combustión en el hogar de la caldera, que de otra
manera se perdería. El proceso de transferencia térmica está
dominado por
convección.
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7.5 Principales elementos (III)
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7.5 Principales elementos (IV)
Se requiere determinar:
1.-
La potencia del Generador de Vapor -
GV (en MW), si la eficiencia
de la planta, definida como la relación entre la potencia eléctrica (Pelc)y la energía entregada (E ), es 30%
2.-
El flujo de vapor vivo (M, en kg/s), que sale del GV de eficiencia
igual a 85%. No considere purgas
3.-
Considere el flujo de calor recibido por GV (Qa) y la Potencia en el
eje (Weje) y, determine el calor rechazado por el vapor en el
Condensador (Qb,en
MW) y el flujo de condensado (Mc, en kg/s).
Desprecie la potencia de las bombas. Eficiencia mecánica 87%
4.-
Realice un balance de energía en la Turbina y determine el flujo
mésico (Mx, en kg/s) que se dirige al Desgasificador
Térmico.5. Si el poder calorífico inferior (LHV) del combustible utilizado es 42
MJ/kg,, determine el consumo especifico de combustible (Cec) en
kg/MWh
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7.6 Técnicas de Combustión
Los mecanismos específicos de reducción de NOx son:
-
La velocidad de la mezcla aire -
combustible
-
La reducción de la disponibilidad de oxígeno en la zona decombustión inicial
-
La reducción de las puntas de temperatura de la llama
Forma de la llama para petróleos y gas
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7.6 Técnicas de Combustión (I)
El desarrollo de sistemas de combustión específicos para reducir la
formación de NOx incluyen: Quemadores de bajo NOx , Técnicas de
combustión escalonada, Recirculación de humos (FGR)
Los sistemas más modernos pueden emitir menos de la tercera parte
del NOx que el producido por unidades antiguas
Quemador de carbón. Reduce
hasta el 80% del NOx
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7.6 Técnicas de Combustión (II)
Quemador de petróleo y gas. Reduce
hasta el 80% del NOx, con aire sobre el
fuego y sistema de recirculación de
gases de combustión
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7.6 Técnicas de Combustión (III)
Quemador Dual de petróleo y gas.
Reduce hasta el 80% del NOx, con aire
sobre el fuego
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7.6 Técnicas de Combustión (IV)
Quemador de petróleo y gas en una
esquina del hogar
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7.7 Técnicas de Pos Combustión (I)
En muchas zonas se tiene emisiones NOx menores al modificar la combustión;
para esto se aplican técnicas aguas abajo como: Reducción Selectiva No
Catalítica (SNCR), Reducción Selectiva Catalítica (SCR).
En cada una de estas tecnologías, el NOx se reduce a N2 y H2 a través de unaserie de reacciones con un agente químico que se inyecta en el flujo de humos.
Los agentes químicos que se utilizan en las aplicaciones comerciales, son:
-
El amoniaco y la urea para los sistemas (SNCR)
- El amoniaco para los sistemas (SCR)
La mayoría de los sistemas que emplean amoniaco como agente de reducción
se han utilizado en estado anhidro; sin embargo, debido a riesgos inherentes al
almacenamiento y manipulación del NH3, muchos sistemas han optado por el
uso del amoniaco acuoso en concentraciones del 25÷
28%.
La urea, (NH2)2CO, se puede almacenar como sólido o, mezclada con agua,
como una solución; un subproducto adicional de la inyección de urea es el
CO2.
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7.7 Tecnología hibrida SNCR – SCR (II)
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7.7 Tecnología Recirculación de Humos (III)
Es recomendable en petróleo y gas
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7.7 Tecnología de Recombustión (IV)
Llama de Petróleo Llama de Gas
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7.8 Encendido de la Caldera
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8. El Domo (Calderin)
Calderín
Es el elemento del generador de vapor que
tiene las siguientes funciones principales:
•
Separar el líquido del vapor saturadoprocedente de los haces vaporizadores
mediante un sistema de separadores
ciclónicos que recogen el agua líquida que
puede ser arrastrada por el vapor. A
la salida obtiene vapor seco que se envía
al sobrecalentador primario. A
consecuencia de esto, regula la carga de
la turbina.
•
Con un nivel de agua líquida suficientecomo para garantizar que los haces
vaporizadores no se queden secos en
ningún caso, alcanzado el “dryout”
de la
superficie de intercambio.
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9. Modelamiento Numérico (I)
PERFIL DE TEMPERATURAS PERFIL DE VELOCIDADES
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9. Modelamiento Numérico (II)
PERFIL DE TEMPERATURAS
SALIDA DEL HOGAR
PERFIL DE TEMPERATURAS
TECHO
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10. Modelamiento Numérico (II)
PERFIL DE CONCENTRACION
DE OXIGENO
PERFIL DE CONCENTRACION
DE CO2
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11. Principio de la Turbina a Vapor (I)
Turbinas de Acción
En estas turbinas la caída de presión del vapor ocurre en los alabes
estacionarios. Predomina la fuerza de impulsión y pueden ser de dos tipos
conocidos como Rateau (ETAPA DE PRESION) o como Curtis (ETAPA DEVELOCIDAD).
ALABES
MOVILES
TOBERAS DE
EXPANSION
VELOCIDAD
PRESION
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11. Principio de la Turbina de Vapor (II)
Turbinas de Reacción
Aquí
se tiene varias etapas
colocadas en serie, Cada
una esta constituida por unarueda de paletas fijas y una
rueda de paletas móviles.
Tanto las paletas fijas, como
las móviles tienen seccionesasimétricas lo que resulta en
áreas de paso convergentes
para el paso del vapor. Por
esta razón, en una turbina de
reacción comercial, parte dela expansión del vapor se da
en los alabes fijos y la otra
parte en los móviles.
ALABES
FIJOS
ALABES
MOVILES
PRESION
VELOCIDAD
REACCION
ALABES
FIJOS
ALABES
MOVILES
REACCION
FUERZA
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11.1 Clasificación de las Turbina de Vapor
Por las condiciones de descarga del vapor
–
Turbinas de Condensación
La presión de descarga es menor que la atmosférica. Este tipo de turbina es
la mas empleada para generación de energía y la descarga de vapor se da
a un condensador donde se produce vacío.
-Turbinas de no-condensación (o Contrapresion)
La presión de descarga es mayor a la atmosférica. Se usan donde el vapores usado para procesos de calentamiento o como vapor a la presión de
descarga siendo controlada a través de una estación de regulación para
mantenerse a la presión de proceso. Son típicas en cogeneración.
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11.2 Tipos de Turbina de Vapor (I)
1 - Turbina de acción simple de Laval
Este tipo de turbina consiste de toberas fijas
que descargan vapor total o parcialmente
sobre una rueda de alabes móviles acoplado
a un eje. La expansión del vapor ocurre en la
tobera. Los alabes móviles no consiguen
absorber toda a energía cinética del vapor,consecuentemente la velocidad del vapor a la
salida es alta, constituyéndose en una perdida
de energía. Por si bajo rendimiento,
simplicidad de en su construcción esrecomendable para pequeñas potencias.
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11.2 Tipos de Turbina de Vapor (II)
2.-Turbina Curtis (Velocidad
Escalonada)
A fin de aprovechar las
perdidas de energíaexperimentadas en las
turbinas de acción simples
(velocidad residual
relativamente alta), se
adicionan dos o mas filas de
alabes móviles,
intercalándose entre ellas
alabes fijos montados en la
carcasa con el propósito dedireccionar el vapor sobre los
alabes móviles.
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11.2 Tipos de Turbina de Vapor (III)
3.- Turbina Rateau (Presión Escalonada)
La caída total de presión ocurre en la tobera de entrada (o conjunto de
toberas). La caída de presión es dividida en dos o mas filas de toberas. Con
este arreglo se obtiene un efecto semejante al que se tendría con un arreglo
de dos o mas turbinas de Laval en serie. Una ventaja es que se pode
obtener una velocidad de los alabes mas adecuada en cuanto a resistencia
de materiales.
4. -Turbina Curtis - Rateau:
El desempeño de esta turbina parte del principio de conseguir velocidades
de paso ideales (por tanto mejores rendimientos) utilizándose una
combinación de etapas Curtis (escalonamiento de Velocidad) e etapasRateau (escalonamiento de Presión). El empleo de etapas Curtis ocasiona
perdidas de presión y de temperatura de vapor permitiendo el uso de
matériales
mas livianos y baratos.
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11.2 Tipos de Turbina de Vapor (IV)
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11.2 Tipos de Turbina de Vapor (V)
3.- Turbina Parsons
Este tipo de turbinas esta formado de
múltiples estapas de reaccion, que resulta
en caidas parciales de presion através de
sucessivas etapas de alabes fijos ymoviles. A medida que o vapor se
expande, o su volumen específico
aumenta, por igual em todas las etapas
sucessivas sus dimensiones aumentan deforma progressiva. Las etapas de alta
presion ocurre fuga de vapor através de
las holguras entre las palhetas moveis y la
carcasa, resultando en uma perdida de
eficiência, portanto se evita usar turbinas
de reaccion en altas presiones. Para evitar
esto se suele utilizar arreglos como por
ejemplo la turbina Curtis-Parsons.
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11.3 Elección del Quemador
Ejemplo
Pequeno Generador Electrico
Sur Medio del Pais
Potencia de Planta: 10 MWe
Eficiencia de Planta:
30%Potencia G. de Vapor:
Cantidad de Quemadores:
4
Tipo de Quemador:
Tipo Lanza
Encendido:
Diesel B2Combustible:
Gas Natural
Perfil Operacional:
Indicado
CalculosPotencia del G. de Vapor:
10/0.3=33.3 MW
Potencia del Quemador: 33.3 / 4 = 8.33 MW
Del Catalogo:
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11.3 Elección del Quemador
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11.3 Elección del Quemador
La longitud media radiante LM, se define como el radio de un volumen
semiesférico de gas con una emisividad equivalente al volumen de gases.
Para el cálculo de la longitud media radiante en el interior del generador
de
vapor, se hace uso de la fórmula para una forma arbitraria de volumen de
gas V irradiando sobre un área de superficie S.
S
V LM 5.3
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GKL-350-21213
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PáginaNº 72
11.4 Costo de Combustible (I)
Consumo de Gas NaturalV = 4x8.33MW/39.93 MJ/m3 = 0.835 m3/s = 3000 m3/h
Consumo diario máximo: 3000 m3/h x 24 h/día x 0.75 = 54 000 m3/día
Cons. Mant. G. de Vapor: 3000 m3/s x 0.18 x 24 h/día x0.25 = 3240 m3/día
Consumo total diario: 57 240 m3/díaConsumo mensual: 57 240 m3/día x 30. 5 días/mes = 1 745 820 m3
Costo de Combustible
Según Pliego Tarifario de CONTUGAS
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11.4 Costo de Combustible (II)
Suministro
0,9217 S/./GJx 0.03993 GJ/m3 = 0.036804 S/./m3
0.036804 S/./m3x1745820m3/mes = 64 252 S/./mes
Transporte Firme
37.8062 S/./1000 m3 x 1745820m3/mes = 66 000 S/. / mes
Distribución
Margen Comercial
Fijo
0.0340 S/./m3día x 57240 m3 día = 1946 S/. / mesVariable
7,4060 S/./1000 m3 x 1745820m3/mes = 12930 S/./mes
Margen Distribución
Fijo0.2252 S/./m3día x 57240 m3 día = 12891 S/. / mes
Variable
48.514 S/./1000 m3 x 1745820m3/mes = 84696 S/./mes
TOTAL: 242715 s/. MENSUAL
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