central a vapor/ turbina a vapor

7/23/2019 Central a Vapor/ Turbina a vapor

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Parte 3

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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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PáginaNº 51

7.7 Tecnología hibrida SNCR – SCR (II)




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PáginaNº 52

7.7 Tecnología Recirculación de Humos (III)

Es recomendable en petróleo y gas




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PáginaNº 53

7.7 Tecnología de Recombustión (IV)

Llama de Petróleo Llama de Gas




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PáginaNº 54

7.8 Encendido de la Caldera




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PáginaNº 55

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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PáginaNº 56

9. Modelamiento Numérico (I)

PERFIL DE TEMPERATURAS PERFIL DE VELOCIDADES




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PáginaNº 57

9. Modelamiento Numérico (II)

PERFIL DE TEMPERATURAS

SALIDA DEL HOGAR

PERFIL DE TEMPERATURAS

TECHO




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PáginaNº 58

10. Modelamiento Numérico (II)

PERFIL DE CONCENTRACION

DE OXIGENO

PERFIL DE CONCENTRACION

DE CO2




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PáginaNº 59

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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PáginaNº 61

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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PáginaNº 62

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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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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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



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

central a vapor/ turbina a vapor

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