Central a Vapor.ppt

18/04/23

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Parte 3

Preparado por:W. Galarza S.

Turbina a Vapor

18/04/23Preparado por:W. Galarza S.

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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 las siguientes transformaciones:• La energía química del combustible se transforma, por combustión, en energía térmica• La energía térmica que absorbe el fluido de trabajo se convierte, al expansionarse en la turbina o motor, en energía mecánica• La energía mecánica es transformada luego en energía eléctrica en un generador 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 puede mejorar al:

• Disminuir la presión en el condensador (6)• Aumentar la presión en la caldera (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 bar a 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 constructivas

Otras 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 calderas2. Sala de máquinas3. Sala de distribución


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1.4. Circuitos principales (I)

Hay circuitos principales y auxiliares:

1.- Circuito de gasesEl 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, donde se 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 circuito primario 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-vaporEn el evaporador el fluido pasa de liquido a vapor, saliendo como vapor húmedo, para luego 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 EléctricaSe produce en los generadores eléctricos al ser accionados por las máquinas o por las turbinas de vapor. Produce corriente alterna trifásica para transformadores, donde se eleva la tensión. Los transformadores pueden alojarse en locales especiales o, en el mismo pabellón de 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 AuxiliaresSon muy numerosos, y todos ellos son controlados desde la sala de control. Los más importantes se resumen en:

a. Circuito de tratamiento del combustibleb. Circuito de aire de combustiónc. Circuito de eliminación de cenizas y escoriasd. Circuito de tratamiento del agua de alimentacióne. Circuito de agua de refrigeraciónf. Circuito de lubricacióng. Circuitos de mandoh. 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 maneras la 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 deben operarse 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., y en 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 aireEl empleo de aire precalentado en los hogares de las calderas, mejora la eficiencia de 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 vidrio para 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 combustiónLos productos de la combustión del carbón, coque, petróleo o gas con aire son el anhídrido carbónico (C02), vapor de agua (H20), monóxidos de carbono (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.

HumoSe 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 seconsume con facilidad ya que los derivados del alquitrán se desprenden a baja temperatura. Aparece humo negro si hay craqueo a elevadas temperaturas 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 polvoLa emisión de polvo es importancia porque a pesar de ser casi invisible, es peligrosa 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 con sistemas 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 calderaEl 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 siempre limpia, 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. Las partículas 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 petróleoSe efectúa por medio de quemadores atomizadores en la cámara de combustión, 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 economizadores disponibles, 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 el espacio es reducido, es el de tubos aletados donde estas están fundidas con el tubo; Las aletas aumentan la transmisión de calor 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 las lleva hasta el Cenicero de donde son retiradas periódicamente. El agua es reciclada una ves decantada y filtrada.También se utiliza un método neumático de trituración 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 capacidad energética, 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), adherencia del 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 como filtros. 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 natural limitada 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 monofuncional si 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.

AlgicidasMatan 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. AntiespumasLa 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.

CoagulantesLos 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 corrosiónLos inhibidores son productos químicos que reaccionan con una superficie metálica dando a la superficie cierto nivel de protección. Los inhibidores trabajan 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 catódicosAlgunos como compuestos del arsénico y del antimonio, trabajan haciendo 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 inhibidoresCompuestos 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.

DesinfectantesLos 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)

FloculantesLos 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 ácido clorhídrico 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 de sulfito 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 como resultado 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 le quitan los minerales y las sales.

Se utiliza cuando se requiere agua con bajo contenido en sal o baja conductividad como es el caso de las 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: filtros de 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 la precipitación 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 en trabajo.El generador de vapor está compuesto básicamente por una cámara aislada y recubierta con material refractario, tubos portadores de fluido de proceso a calentar así como quemadores de combustible en aire para la generación de gases calientes.

RECALENTADORSOBRECALENTADORSECUNDARIO

SOBRE CALENTADOR

PRIMARIO

ECONOMIZADOR

CALENTADORES DE AIRE

INYECTORES

DOMO


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7.5 Principales elementos (I)

Cuerpo del GeneradorHaces vaporizadoresSon 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 por radiación. 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 DesrecalentadorRegula 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 secundarioTransfiere calor sensible al vapor que sale del atemperador. Es un procesode transferencia de calor por radiación.RecalentadorRecibe 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 lacaldera. A su vez, aumenta la calidad de vapor de la salida de la turbina debaja presión, lo que evita que la turbina trabaje en condiciones de vaporhúmedoEconomizador 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 de saturación 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)

CONDENSADOR

TURBINA GE

CALENTADOR

CALEN-TADOR

TANQUE DE ALIMENTACION

DESAEREADORTERMICO

SOBRE-CALENTADOR

ECONO-MIZADOR EVAPO-

RADOR

BOMBA

BOMBA

VALVULA

DOSIFICACIONQUIMICA

AGUA DEREPOSICION

GENERADORDE VAPOR

PURGA

ESQUEMA TECNICO DE LA PLANTA

P(bar)

T(°C)

M (kg/s)

h(kJ/kg)

0.25 Mc2617

190M810

60

4305%M

3254

16350

4%M3146

Mx3415

110

520

M-Mx

3415

65Mc272

BOMBA

10 MWe


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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 de combustión 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 una serie 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)

CalderínEs el elemento del generador de vapor que tiene las siguientes funciones principales:• Separar el líquido del vapor saturado procedente de los haces vaporizadores mediante un sistema de separadores ciclónicos que recogen el agua líquida que puede ser arrastrada por el vapor. Ala 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 suficiente como para garantizar que los haces vaporizadores no se queden secos enningún caso, alcanzado el “dryout” de la superficie de intercambio.

LLEGADA DE VAPOR HUMEDO VAPORIZADORES

SALIDA DE VAPOR DEL CALDERIN A RECALENTADOR

ALIMENTACION DE AGUA DESDE

ECONOMIZADOR

SALIDA DE AGUA DEL CALDERIN A VAPORIZADOR

SEPARADOR PRIMARIO

NIVEL NORMAL


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9. Modelamiento Numérico (I)

PERFIL DE TEMPERATURAS PERFIL DE VELOCIDADES


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9. Modelamiento Numérico (II)

PERFIL DE TEMPERATURASSALIDA DEL HOGAR

PERFIL DE TEMPERATURASTECHO


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10. Modelamiento Numérico (II)

PERFIL DE CONCENTRACION DE OXIGENO

PERFIL DE CONCENTRACIONDE CO2


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11. Principio de la Turbina a Vapor (I)

Turbinas de AcciónEn 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 DE VELOCIDAD).

ACCION

FUERZA

ESTATORROTOR

VAPOR

ALABESMOVILES

TOBERAS DE EXPANSION

VELOCIDAD

PRESION


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11. Principio de la Turbina de Vapor (II)

Turbinas de ReacciónAquí se tiene varias etapas colocadas en serie, Cada una esta constituida por una rueda de paletas fijas y una rueda de paletas móviles. Tanto las paletas fijas, como las móviles tienen secciones asimétricas lo que resulta en áreas de paso convergentes para el paso del vapor. Por esta razón, en una turbina de reacción comercial, parte de la 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 CondensaciónLa 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 vapor es 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 LavalEste 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 es recomendable 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 energía experimentadas 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 de direccionar 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 etapas Rateau (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 ParsonsEste tipo de turbinas esta formado de múltiples estapas de reaccion, que resulta en caidas parciales de presion através de sucessivas etapas de alabes fijos y moviles. A medida que o vapor se expande, o su volumen específico aumenta, por igual em todas las etapas sucessivas sus dimensiones aumentan de forma 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

EjemploPequeno Generador ElectricoSur Medio del PaisPotencia de Planta: 10 MWeEficiencia de Planta: 30%Potencia G. de Vapor:Cantidad de Quemadores: 4Tipo de Quemador: Tipo LanzaEncendido: Diesel B2Combustible: Gas NaturalPerfil Operacional: Indicado

CalculosPotencia del G. de Vapor: 10/0.3=33.3 MWPotencia del Quemador: 33.3 / 4 = 8.33 MWDel 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.

SV

LM 5.3


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GKL-350-21213


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11.4 Costo de Combustible (I)

Consumo de Gas Natural V = 4x8.33MW/39.93 MJ/m3 = 0.835 m3/s = 3000 m3/hConsumo diario máximo: 3000 m3/h x 24 h/día x 0.75 = 54 000 m3/díaCons. 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/día Consumo mensual: 57 240 m3/día x 30. 5 días/mes = 1 745 820 m3 Costo de CombustibleSegún 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/./m30.036804 S/./m3x1745820m3/mes = 64 252 S/./mesTransporte Firme37.8062 S/./1000 m3 x 1745820m3/mes = 66 000 S/. / mesDistribuciónMargen ComercialFijo0.0340 S/./m3día x 57240 m3 día = 1946 S/. / mesVariable7,4060 S/./1000 m3 x 1745820m3/mes = 12930 S/./mesMargen DistribuciónFijo0.2252 S/./m3día x 57240 m3 día = 12891 S/. / mesVariable48.514 S/./1000 m3 x 1745820m3/mes = 84696 S/./mesTOTAL: 242715 s/. MENSUAL

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