PROYECTO DE PROYECTO DE TERMODINAMICA TERMODINAMICA

Central Termoeléctrica Central Termoeléctrica

Ejemplo de una Central Termoeléctrica - TERMOPAIPA, Boyacá-Colombia

Las Centrales Termoeléctricas son fuentes generadoras de energía eléctrica que funcionan mediante la combustión de carbón, petróleo o gas natural u otro combustible, sin importar mayormente cual sea el tipo de combustible que utilicen, el funcionamiento es casi el mismo, salvo por diferencias en el tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser ingresado a la caldera.

CENTRAL TERMOELECTRICA

Central Termoeléctrica, Combustible: Carbón

Si la central térmica es de carbón, éste se almacena a medida que llega de la mina y se traslada por medio de una cinta transportadora hasta la tolva, de donde se pasa a un Molino en el que se tritura hasta quedar convertido en polvo fino que arde más fácilmente.

Esquema de nuestra Central TermoelectricaEsquema de nuestra Central Termoelectrica

OBEJETIVOS

General•Análisis termodinámico de la Central Termoeléctrica •Desarrollar habilidades y capacidades para saber hacer los cálculos de los bloques energéticos con turbinas de vapor u otros componentes.

Específicos•Calcular la potencia eléctrica.•Calcular el consume especifico de vapor.•Calcular el consumo específico del combustible.•Calcular el consumo de combustible•Calcular la Eficiencia de la CTE.

Se aplica a una CTE de Condensación que contiene los procesos de Sobrecalentamiento, Recalentamiento y Regeneración. El bloque de la CTE está integrado por una turbina de vapor que costa de tres Cilindros o etapas: Cilindros de Alta Presión, Intermedia y Baja Presión.

FLUJOS

VARIANTESFlujo Vapor

Sobrecalentado, Lb/hPresión Vapor

Sobrecalentado, psiTemperatura vapor Sobrecalentado °F

V-11

2 000 000 1 800 1000

Flujos de VaporÍtems 1 Flujo de Vapor Sobrecalentado 2000000

Ítems 2 Flujo 1 0.097*ítems 1 194000Ítems 3 Flujo 2 0.000244*ítems 1 488

Ítems 4 Flujo 3 0.0021*ítems 1 4200Ítems 5 Flujo 4 0.0018*ítems 1 3600Ítems 6 Flujo Vapor Entrada HPT ítems 1 – (Flujo 1+ Flujo 2) 1805512

Ítems 7 Flujo Vapor Recalentador

0.894*ítems 6 1614127,73

Ítems 8 Flujo Vapor al Calentador # 7 0.094*ítems 1 188000

Ítems 9 Flujo Vapor Entrada IPT ítems 7 + Flujo 1 1808127,73Items 10 Flujo Extracción al Calentador # 6 0.028*ítems 9 50627,5764Items 11 Flujo Vapor Salida IPT ítems 9 – ítems 10 1757500,15

Ítems 12 Flujo 5 0.0012*ítems 9 2169,75327Ítems 13 Flujo Vapor Pump Turbine 0.0455*ítems 9 82269,8116Items 14 Flujo Extracción al DEA 0.0668*ítems 9 120782,932

Items 15 Flujo Entrada al DEA ítems 14 + Flujo 3 124982,932Items 16 Flujo Vapor Entrada al DEA ítems 14 + Flujo 3 124982,932Ítems 17 Flujo Extracción al Calentador # 4 0.03*ítems 16 3749,48797

Items 18 Flujo Extracción al Calentador # 3 0.065*ítems 16 8123,89059Ítems 19 Flujo Extracción al Calentador # 2 0.035*ítems 16 4374,40263Items 20 Flujo Extracción al Calentador # 1 0.045*ítems 16 5624,23195

Ítems 21 Flujo Vapor Entrada Turbina Vapor Baja Presión Balance de masa

1552877,657

Ítems 22 Flujo Vapor Salida Turbina Vapor Baja Presión Balance de masa

1531005,644

Ítems 23 Flujo Vapor Entrada Y Salida Condensador ítems 22 + ítems 13

1613275,456

TEMPERATURAS

#TEMPERATURA

(F)DESCRIPCION FORMULA VALOR

1 Tscal Vapor sobrecalentado 1000

2 Tsal TbAP Salida de Turbina de alta presión 0,902*Tscal 902

3 Tent Rec Entrada al Recalentador Tsal TvAP 902

4 Tsal Rec Salida del Recalentador 1,229*Tent Rec 1108,56

5 Tent TbIP Entrada a Turbina de intermedia presión

Tsal Rec 1108,56

6 Tsal TbIP Salida de Turbina de intermedia presión 0,8548*Tent TvIP 947,60

7 Tex TbIP Extracción de la Turbina de intermedia presión

0,889*Tent TvIP 985,51

8 Tent BAA Entrada a la bomba de agua alimentaria Tsal TvIP 947,60

9 Tent TbBP Entrada a la Turbina de baja Tsal TvIP 947,60

10 Tex1 TbBP Extracción #1 de la Turbina de baja presión

0,929*Tent TvBP 880,32

11 Tex2 TbBP Extracción #2 de la Turbina de baja presión

0,9*Tent TvBP 852,84

12 Tex3 TbBP Extracción #3de la Turbina de baja presión

0,8334*Tent TvBP 789,73

13 Tex4 TbBP Extracción #4 de la Turbina de baja presión

0,796*Tent TvBP 754,29

PRESIONES

ÍtemsPRESIÓN

[Psia]DESCRIPCIÓN FORMULA VALOR

VALOR ABSOLUTO

0 Pscal Presión del sobrecalentado 1800,0 1814,7

1 Psal TbAP Presión de salida de la Turbina de alta presión

0,253*Pscal 455,40 470,1

2 Psal Rec Presión del salida del Recalentador 0,9*Psal TvAP 409,86 424,6

3 Pcal #7 Presión de salida del Calentador #7 0,95*Psal TvAP 432,63 447,3

4 Pex cal #6 Presión de la extracción del Calentador #6

0,52*Psal Rec 213,13 227,8

5 Pcal #6 Presión del Calentador #6 0.92* Pex cal #6 196,08 210,8

6 Psal TbIP Presión de salida de la Turbina de intermedia presión

0,33 * Psal rec 135,25 150,0

7 Pdea Presión del Deadeador 0,95 * Psal TvIP 128,49 143,2

8 PBAA Presión de la bomba de agua alimentaria 0,95 * Psal TvIP 128,49 143,2

9 Pent TbBP Presión de entrada de la Turbina de baja presión

Psal TvIP 135,25 150,0

10 Pex1 TbBP Presión de extracción #1 de la Turbina de baja presión

0,378 * Psal TvIP 51,13 65,8

11 Pex2 TbBP Presión de extracción #2 de la Turbina de baja presión

0,244 * Psal TvIP 33,00 47,7

12 Pex3 TbBP Presión de extracción #3 de la Turbina de baja presión

0,07* Psal TvIP 9,47 24,2

13 Pex4 TbBP Presión de extracción #4 de la Turbina de baja presión

0,031 * Psal TvIP 4,19 18,9

14 Pcal #4 Presión del Calentador #4 0,92 * Pex1 TvBP 47,04 61,7

15 Pcal #3 Presión del Calentador #3 0,92 * Pex2 TvBP 30,36 45,1

16 Pcal #2 Presión del Calentador #2 0,92 * Pex3 TvBP 8,71 23,4

17 Pcal #1 Presión del Calentador #1 0,92 * Pex4 TvBP 3,86 18,6

18 P Cond Presión del Condensador 0,01387*Pent TvBP 1,88 16,6

ENTALPIAS

ENTALPIA h[Btu/lb]

METODO VALOR

Entalpia de entrada a la Turbina de alta presión(Entalpia del flujo 1 y flujo 2)

Interpolación lineal simple 1480,83

Entalpia de salida de la Turbina de alta presión Interpolación lineal doble 1468,64Entalpia de salida del Recalentador (teórica) Interpolación lineal doble 1581,97Entalpia de salida del HPT (real) Formula 1470,96Entalpia del flujo 3 Interpolación lineal doble 1468,64Entalpia del flujo 4 Interpolación lineal doble 1468,64Entalpia de entrada a la Turbina de presión intermedia Balance de Energía

1571,12

Entalpia de salida a la Turbina de presión intermedia Interpolación lineal doble 1503,92

Entalpia de extracción al Calentador #1 Interpolación lineal doble 1410,564 Entalpia de extracción al Calentador #2 Interpolación lineal doble 1427,91 Entalpia de extracción al Calentador #3 Interpolación lineal doble 1458,90Entalpia de extracción al Calentador #4 Interpolación lineal doble 1472,23Entalpia de salida de la Turbina de baja presión

Balance de Energía1504,80

Entalpia de entrada al Condensador Formula 1446,09Entalpia de salida del Condensador Interpolación lineal simple 186,092

Cálculos de Flujos y Entalpias de los Calentadores de Baja Presión

Flujos (Lb/h) Formula Valor

Flujo A Balance de masa 1613275,456Flujo B 0.045*ítems 16 5624,23195

Flujo C Flujo A + Flujo L 1635147,468

Flujo D 0.035*ítems 16 4374,40263

Flujo E Flujo A + Flujo L 1635147,468

Flujo F 0.065*ítems 16 8123,89059

Flujo G Flujo A + Flujo L 1635147,468

Flujo H 0.03*ítems 16 3749,48797

Flujo I 0.03*ítems 16 3749,48797

Flujo J Flujo F + Flujo I 11873,38

Flujo K Flujo D + Flujo J 16247,78

Flujo L Flujo B + Flujo K 21872,01195

ENTALPIA h[Btu/lb]

METODO VALOR

Entalpia de salida de Calentador #1 (Flujo L)Interpolación lineal simple

192,05

Entalpia de salida de Calentador #1 (Flujo A)Balance de Energía

190,27

Entalpia del Flujo C Balance de Energía 190,30Entalpia del Flujo E Balance de Energía 193,50Entalpia de salida del Calentador #4 al Deadeador

Balance de Energía199,54

Cálculos de Flujos y Entalpias de los Calentadores de Alta Presión y el DEADEDOR

Flujos (Lb/h) Formula ValorFlujo a Flujo A + Flujo L 1635147,468Flujo b ítems 14 + Flujo 3 124982,932Flujo c 0.028*ítems 9 50627,5764Flujo d 0.094*ítems 1 188000Flujo e 0.094*ítems 1 188000Flujo f Flujo c + Flujo e 238627,5764Flujo g Flujo a + Flujo b + Flujo f 1998757,98Flujo h Flujo g 1998757,98

Flujo de salida del Calentador #7 hacia la Caldera

Flujo g 1998757,98

ENTALPIA h[Btu/lb]

METODO VALOR

Entalpia del Flujo a Balance de Energía 199,54Entalpia del Flujo b Balance de Energía 1502,82Entalpia del Flujo c Interpolación lineal simple 1200,3568Entalpia del Flujo d Interpolación lineal simple 1468,64Entalpia del Flujo e Interpolación lineal simple 436,58Entalpia del Flujo f Interpolación lineal simple 359,92Entalpia del Flujo g Interpolación lineal simple 326,54Entalpia del Flujo h Balance de Energía 348,03Entalpia de salida del Calentador #7 hacia la Caldera

Balance de Energía448,32

Nota: El ciclo se ha cumplido con el Flujo de salida del Calentador #7 hacia la Caldera que es igual a 1998757,98 Lb/h, luego:

Flujo de reposición = Flujo Vapor Sobrecalentado - Flujo de salida del Calentador #7 hacia la CalderaFlujo de reposición = 2000000 Lb/h - 1998757,98 Lb/h = 1242.02 Lb/h

TRABAJOS AL EJE (W)

TURBINA DE ALTA PRESIÓN (HPT)

TURBINA DE INTERMEDIA PRESIÓN (IPT)

TURBINA DE BAJA PRESIÓN (LPT)

TURBINA DE AGUA ALIMENTAR (BAA)

CONDENSADOR

Combustible: CARBÓN

Recomendado por TERMOPAIPA para uso especialmente como combustible en hornos y calderas. Poder Calorífico: 7280 kCal/kg = 13121,9985 Btu/lb

Nota: Las Centrales Termoeléctricas a carbón, son centrales donde su fuente combustible nace del carbón, el que en una primera fase es triturado molinos para luego ingresar a la caldera central. De ahí en adelante el sistema funciona de manera similar a las centrales hidroeléctricas, valiéndose de la fuerza motriz que expele el vapor para el movimiento de una turbina, que posteriormente ha de producir energía eléctrica. Es importante notar que una central termoeléctrica a carbón tiene un costo de operación más bajo que una de gas natural o de diésel.

hlblbBtu

hlblbBtuQEntregado

/73,1614127/)96.147097.1581(

/98,1998757/)32.44838.1480(

⋅−

+⋅−=

mhhmhhQ SalrecEntrecSalcalEntcalEntregado )()( −+−=

hBtuQEntregado /2242921924=

En el análisis de la caldera calculamos el calor o energía que esta le entrega al agua y al vapor. Este procedimiento nos permitirá calcular la eficiencia de la central utilizando la siguiente formula:

GENERADOR

CONSUMO DE COMBUSTIBLE

CONSUMO ESPECIFICO DE COMBUSTIBLE

CONSUMO DE VAPOR

CONSUMO ESPECIFICO DE VAPOR

EFIECINECIA DE LA CTE

INDICADORES Y CALCULOS (TABLA)

ÍNDICES RESULTADOS

Potencia Eléctrica

Consumo de combustible

Consumo especifico de combustible

Consumo especifico de vapor

Eficiencia de la CTE

CONCLUSION

Sabiendo que este proyecto nos ayuda a comprender que una central termoeléctrica donde se presenta un Ciclo Rankine, la idea para mejorar un Ciclo Rankine es aumentar el salto entálpico entre 1 y 2, es decir, el trabajo entregado a la turbina. Las mejoras que se realizan de forma habitual en centrales térmicas (tanto de carbón, como ciclos combinados o nucleares) son:

Reducción de la presión del condensador Aumentar la presión de la caldera para una

temperatura fija Sobrecalentar la temperatura de entrada de la

turbina:

BIBLIOGRAFIA

http://repository.lasalle.edu.co/bitstream/10185/14922/1/41011162.pdf

Guía Básica de Calderas Industriales, http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/Guia-basica-calderas-industriales-eficientes-fenercom-2013.pdf

Ingeniería Termodinámica, M. David Burghardt, 2da edición

Termodinámica, Yunus A. Cengel, 6ta Edición Centrales térmicas de ciclo combinado: Teoría y

proyecto, Santiago Sabugal García y Florentino Gómez Moñux

http://www.revistaenergia.cl/index.php/reportajes/9-articulos/reportajes/63-ct

ARNALDO BRANDO RODRIGUEZ-T00034936 ELDER DAVID PUELLO PAJARO-T0032880

Ingeniería Química