Central Térmica Puente Nuevo (Córdoba) sin torre de enfriamiento

José Agüera Soriano 2012 2

Central Térmica Puente Nuevo (Córdoba)sin torre de enfriamiento


Central Nuclear


Central Nuclearsin torre de enfriamiento


Central térmica de ciclo combinado


GEMASOLAR (04-10-2011)

UBICADA EN FUENTES DE ANDALUCIA (SEVILLA-SPAIN)


Gemasolar es la primera termosolar comercial del mundo que aplica la tecnología de receptor de torre central (120 m de altura) y almacenamiento térmico en sales fundidas (60% de nitrato de potasio y 40% de nitrato de sodio), que alcanzan temperaturas por encima de los 500°C.

El tanque de almacenamiento de sales calientes permite una autonomía de generación eléctrica de hasta 15 horas sin aporte solar, lo que asegura la producción eléctrica durante unas 6500 horas al año. Potencia 19,9 MW; y 110 GWh/año.

Consta de 2652 eliostatos (panel de espejos). Cada uno tiene una superficie reflectante de 110 metros cuadrados y sigue al sol con dos motores operados por sistemas electrónicos que reajustan la posición 15 veces por minuto.


Central Térmica de biomasa


Esquema simple del circuito de vapor en la central


Esquema simple de una central de ciclo combinado


Ciclos de máximo rendimientoCONCEPTOS TERMODINÁMICOS

El calor que se necesita para la 4’-1 la suministra el propio fluido, que cede teóricamente la misma cantidad de calor en la transformación 2-3’

área A’4’1A = área B’3’2B

s

T1 2

4' 4 3' 3

T1

2T

A' A BB'

Q 1

Q 2

4'1Q 23'Q= | |


4

T

Q 2

A' s

1Q

12

3

D

B

A C

s

mT

T2T

T1

C'

1

m2

Rendimiento térmico de un ciclo (ABCDA) en función de las temperaturas medias

1

21 Q

Qt


4

T

Q 2

A' s

1Q

12

3

D

B

A C

s

mT

T2T

T1

C'

1

m2


1

21 Q

Qt


4

T

Q 2

A' s

1Q

12

3

D

B

A C

s

mT

T2T

T1

C'

1

m2


1

21 Q

Qt



4

T

Q 2

A' s

1Q

12

3

D

B

A C

s

mT

T2T

T1

C'

1

m2



m1

m21 TT

t

4

T

Q 2

A' s

1Q

12

3

D

B

A C

s

mT

T2T

T1

C'

1

m2


Esquema de una instalación simple de vapor

5 1'

1

1

3

4

4

fríoaire

airecaliente

la chimeneahumos hacia

refrigeraciónagua de

condensador

2

calderín

sobrecalentador

de vaporgenerador

alimentaciónbomba de

econ

omiz

ador


Ciclo Rankine

5 1'

1

1

3

4

4

fríoaire

airecaliente



condensador

2

calderín

sobrecalentador

de vaporgenerador


econ

omiz

ador

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

s

isoentrópica 1-2 (teórica): expansión en la turbina


Ciclo Rankine

5 1'

1

1

3

4

4

fríoaire

airecaliente



condensador

2

calderín

sobrecalentador

de vaporgenerador


econ

omiz

ador

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

s

isoentrópica 1-2 (teórica): expansión en la turbinaisoterma y/o isobara 2-3: cesión de calor en el condensador


Ciclo Rankine

5 1'

1

1

3

4

4

fríoaire

airecaliente



condensador

2

calderín

sobrecalentador

de vaporgenerador


econ

omiz

ador

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

s

isoentrópica 1-2 (teórica): expansión en la turbinaisoterma y/o isobara 2-3: cesión de calor en el condensadorisoentrópica 3-4 (teórica): compresión en las bombas


Ciclo Rankine

5 1'

1

1

3

4

4

fríoaire

airecaliente



condensador

2

calderín

sobrecalentador

de vaporgenerador


econ

omiz

ador

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

s

isoentrópica 1-2 (teórica): expansión en la turbinaisoterma y/o isobara 2-3: cesión de calor en el condensadorisoentrópica 3-4 (teórica): compresión en las bombasisobara 4-5 (teórica): precalentamiento en el economizador


Ciclo Rankine

5 1'

1

1

3

4

4

fríoaire

airecaliente



condensador

2

calderín

sobrecalentador

de vaporgenerador


econ

omiz

ador

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

s

isoentrópica 1-2 (teórica): expansión en la turbinaisoterma y/o isobara 2-3: cesión de calor en el condensadorisoentrópica 3-4 (teórica): compresión en las bombasisobara 4-5 (teórica): precalentamiento en el economizadorisoterma y/o isobara 5-1’: vaporización en el hogar


Ciclo Rankine

5 1'

1

1

3

4

4

fríoaire

airecaliente



condensador

2

calderín

sobrecalentador

de vaporgenerador


econ

omiz

ador

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

s

isoentrópica 1-2 (teórica): expansión en la turbinaisoterma y/o isobara 2-3: cesión de calor en el condensadorisoentrópica 3-4 (teórica): compresión en las bombasisobara 4-5 (teórica): precalentamiento en el economizadorisoterma y/o isobara 5-1’: vaporización en el hogarisobara 1’-1 (teórica): calentamiento en el sobrecalentador


Ciclo Rankine en los diagramas T-s y h-s

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s



tWcc

hhQ

2

21

22

12

Trabajo, calor y rendimiento

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s

Trabajo turbina

2112 hhWt


tWcc

hhQ

2

21

22

12


T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s

Trabajo turbina

2112 hhWt

4334 hhWt Trabajo bomba


tWcc

hhQ

2

21

22

12


T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s

Trabajo turbina

2112 hhWt

4334 hhWt

4141 hhQ

Trabajo bomba

Calor caldera


Rendimientos

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s

Bruto

41

21

41

12b

hhhh

QWt

t


Rendimientos

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s

Bruto

Neto

41

3412n

Q

WW ttt

41

21

41

12b

hhhh

QWt

t

41

3421n

)(

hhhhhh

t


Características que mejoran el rendimiento

m1

m21 TT

t

4

3

T1

T

s

2

5

1

1'

2T

s

1'6

s

2T3

4

s

2

1T

T 1

5

TmT 1

1m

1. Temperatura máxima T1 elevada: aumenta Tm1



m1

m21 TT

t

4

3

T1

T

s

2

5

1

1'

2T

s

1'6

s

2T3

4

s

2

1T

T 1

5

TmT 1

1m


2. Presión de vaporización elevada: aumenta Tm1



m1

m21 TT

t

4

3

T1

T

s

2

5

1

1'

2T

s

1'6

s

2T3

4

s

2

1T

T 1

5

TmT 1

1m



3. Presión de condensación baja: disminuye Tm2



m1

m21 TT

t

4

3

T1

T

s

2

5

1

1'

2T

s

1'6

s

2T3

4

s

2

1T

T 1

5

TmT 1

1m



3. Presión de condensación baja: disminuye Tm2

4. Precalentamiento agua alimentación: aumenta Tm1


En efecto, el precalentamiento 4-5 (figura de la derecha) se hace fuera de la caldera, con extracciones de vapor en deter- minados puntos de la turbina. El agua de alimentación sigue calentándose en el economizador a partir del estado 5. La media de ordenadas Tm1 a lo largo de s resulta así mayor.

4

3

T1

T

s

2

5

1

1'

2T

s

1'6

s

2T3

4

s

2

1T

T 1

5

TmT 1

1m


Otra forma de comprobarlo: el precalentamiento del agua de alimentación (4’-1) se hace con el calor que cede el vapor delas extracciones durante la expansión 2-3’.

s

T1 2

4' 4 3' 3

T1

2T

A' A BB'

Q 1

Q 2

4'1Q 23'Q= | |


1

3

4

6

7

B

9

5

8

1

1 kg

1 kg

sobrecalentador

economizador

calentadornº 2

nº 1calentador

m1 kg

kg2m

kgm2m1+

2m1 kg

Ciclo regenerativoAl ciclo con extracciones de vapor suele llamársele ciclo regenerativo. La figura representa una central imaginaria con 2 extracciones (la realidad está alrededor de 7).


EJERCICIO

Calcular el rendimiento bruto: a) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar b) p1 = 160 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar c) p1 = 160 bar, t1 = 540 oC, p2 = 0,04 bar d) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 1 bar e) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar (dos extracciones de vapor a 12 bar y a 2 bar)

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s


EJERCICIO

Calcular el rendimiento bruto: a) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar b) p1 = 160 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar c) p1 = 160 bar, t1 = 540 oC, p2 = 0,04 bar d) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 1 bar e) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar (dos extracciones de vapor a 12 bar y a 2 bar)Solución

a)tb = 0,4067

b)b)tb = 0,4394

c)tb = 0,4486

d)tb = 0,3052

e)tb = 0,4326

T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s



T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s

EJERCICIO (p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar)

xx pp tt hh ss vv ee bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kgbar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg

1 V 60,000 480,00 3375,00 6,81990 54,8170 1378,61 2 0,79441 0,040 28,98 2054,28 6,81990 27648,3672 57,89 3 0,00000 0,040 28,98 121,40 0,42250 1,0040 0,40 4 L 60,000 29,11 127,41 0,42250 1,0013 6,41


T 1

1'4

3 2

5

s3 4s= 1s = s2

Q 1

Q 2

T2

h

Wt3

4 5

2

1'

1

34

12tW

s s

EJERCICIO (p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar)

xx pp tt hh ss vv ee bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kgbar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg

1 V 60,000 480,00 3375,00 6,81990 54,8170 1378,61 2 0,79441 0,040 28,98 2054,28 6,81990 27648,3672 57,89 3 0,00000 0,040 28,98 121,40 0,42250 1,0040 0,40 4 L 60,000 29,11 127,41 0,42250 1,0013 6,41

0,4067127,43375,0

2054,33375,0

41

21

41

12b

hh

hh

Q

Wtt


41

3412n

Q

WW ttt

Ocurrió realmente hace unos 50 años en una Central Térmica cuyas condiciones de trabajo se correspondían con los datos del ejercicio anterior (p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar).

En su puesta en marcha, se pensó probar la turbina a 400 ºC en lugar de los 480 ºC. Con ello, el vapor entró antes de lo previsto en la zona húmeda, sobrepasando el límite de títulos (0,9 - 0,85), en que aparecen gotas de agua que, a velocidades tan elevadas, erosionaron en pocos días los álabes de las últimas ruedas, formando surcos de medio centímetro.

vapor húmedo

5

2

T 1

4

3

s

480 ºC

400 ºC


41

3412n

Q

WW ttt

Ciclo Rankine con recalentamientoCon las altas presiones que se utilizan actualmente para unbuen rendimiento, al expandirse el vapor en la turbina pasaría enseguida a la zona húmeda, y si el título de vapor baja demasiado (límite 0,9 - 0,85) se formarían gotas de agua, quea velocidades tan elevadas con que circulan erosionarían rápidamente los álabes.

Para evitarlo, y no renunciar a las altas presiones, el vapor se retorna a la caldera a la salida de la turbina de alta para volver a sobrecalentarse en el recalentador, y posteriormente seguir expandiéndose en las turbinas de media y baja.


41

3412n

Q

WW ttt

Ciclo Rankine con recalentamientoResulta que el rendimiento térmico mejora con este recalentamiento; pero no lo suficiente como para compensar las pérdidas en su ir y venir del vapor.

El recalentamiento sólo se justifica para evitar que se formen gotas.

4

5

s

7

2

1 3

6

1p

T

5

6

4

31

2

7

1T 3T

p=

T1


41

3412n

Q

WW ttt

Ciclo Rankine con recalentamiento

4

5

s

7

2

1 3

6

)( 654321 hhhhhhWt


41

3412n

Q

WW ttt


4

5

s

7

2

1 3

6

)( 654321 hhhhhhWt

2361 hhhhQ


41

3412n

Q

WW ttt


4

5

s

7

2

1 3

6

)( 654321 hhhhhhWt

2361 hhhhQ

QWt

t n


Wt

s s

B

s s s

pp= 1

= WtW=h ts

h

s

h

5 67

4

2' 3

2

1' 1''1

sWt

Ciclo irreversible


2112 hhWt

4646 hhWt

Haya o no rozamientos internos, el trabajo técnico en la turbina y en la bomba viene dado por la diferencia de entalpías:

•

Wt

s s

B

s s s

pp= 1

= WtW=h ts

h

s

h

5 67

4

2' 3

2

1' 1''1

sWt


2112 hhWt

4646 hhWt

61

21

61

12b hh

hh

Q

Wtt

61

4621

61

4612n

)(

hh

hhhh

Q

WW ttt

Haya o no rozamientos internos, el trabajo técnico en la turbina y en la bomba viene dado por la diferencia de entalpías:

•

Y los rendimientos térmicos, bruto y neto, serían ahora,

Wt

s s

B

s s s

pp= 1

= WtW=h ts

h

s

h

5 67

4

2' 3

2

1' 1''1

sWt


•

Wt

s s

B

s s s

pp= 1

= WtW=h ts

h

s

h

5 67

4

2' 3

2

1' 1''1

sWt

sts

ts h

h

W

W

12T

Se llama rendimiento isoentrópico sT de la turbina al

cociente entre el trabajo real y el teórico:


•

Wt

s s

B

s s s

pp= 1

= WtW=h ts

h

s

h

5 67

4

2' 3

2

1' 1''1

sWt

sts

ts h

h

W

W

12T

h

h

W

W s

t

tss

46B

Se llama rendimiento isoentrópico sT de la turbina al

cociente entre el trabajo real y el teórico:

Y el de la bomba, al cociente entre el trabajo teórico y el real:

El rendimiento isoentrópico de la turbina es del orden del 85%, y el de la bomba del 70%.


EJERCICIOCalcular el rendimiento bruto irreversible (p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar): rendimiento de la turbina 85%y el de la bomba el 70%. SoluciónAgua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg —————————————————————————————————— 1 V 60,000 480,00 3375,00 6,81990 54,8170 1378,61 2 0,87583 0,040 28,98 2252,39 7,47559 30482,0137 63,78 3 0,79441 0,040 28,98 2054,28 6,81990 27648,3672 57,89 4 0,00000 0,040 28,98 121,40 0,42250 1,0040 0,40 5 L 60,000 29,11 127,41 0,42250 1,0013 6,41 6 L 60,000 29,73 129,99 0,43103 1,0015 6,49


Agua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg —————————————————————————————————— 1 V 60,000 480,00 3375,00 6,81990 54,8170 1378,61 2 0,87583 0,040 28,98 2252,39 7,47559 30482,0137 63,78 3 0,79441 0,040 28,98 2054,28 6,81990 27648,3672 57,89 4 0,00000 0,040 28,98 121,40 0,42250 1,0040 0,40 5 L 60,000 29,11 127,41 0,42250 1,0013 6,41 6 L 60,000 29,73 129,99 0,43103 1,0015 6,49

0,3433 130-3375

121,4130 - 2252,4- 3375

61

21

61

12b

hh

hh

Q

Wtt


Agua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg —————————————————————————————————— 1 V 60,000 480,00 3375,00 6,81990 54,8170 1378,61 2 0,87583 0,040 28,98 2252,39 7,47559 30482,0137 63,78 3 0,79441 0,040 28,98 2054,28 6,81990 27648,3672 57,89 4 0,00000 0,040 28,98 121,40 0,42250 1,0040 0,40 5 L 60,000 29,11 127,41 0,42250 1,0013 6,41 6 L 60,000 29,73 129,99 0,43103 1,0015 6,49

0,3433 130-3375

121,4130 - 2252,4- 3375

61

21

61

12b

hh

hh

Q

Wtt

El rendimiento teórico fue 0,4067 (un 10% más), lo que da idea de la merma de rendimiento, a causa del rozamiento de flujo en la turbina.


economizador

precipitador

recalentador sobrecalentador turbinascalentadores

desgasificador

calentadores

condensador

calentador de aire hogar


presión nº7calent. alta

101102

104

61103

desgasificador

alimentacióntanque agua de

51

58

57

100

98 99

60

4

50

3

78 7677

7172

73 7574

82 807970 81

4339

8384

89 91

90

8685

6 7

8887

8

92

93

9597

9

10

30

11

333740

131517 161820

41 38 34 31 9466

42 35

27

4651

4752

25 24

96

56

44

6749

5821

2223

19 condensador

caldera

purgatanque

continua

2

6869

calent. altapresión nº6

presión nº4calent. baja calent. baja

presión nº3calent. bajapresión nº2

calent. bajapresión nº1

condensadorvapor cierres

bomba dren. calent.baja presión nº2baja presión nº4

bomba dren. calent.

de altaturbina

de mediaturbina

baja presiónturbina de

62

economizador

vapor cierres turbinas

alimentaciónbomba agua

extración condesadobomba

27

45

3632

29

calderín


primer sobrecalentadorprimer sobrecalentador

hogarhogar

economizadoreconomizador

CALDERACALDERA

calentador airecalentador aire

segundo recalentador segundo recalentador primer recalentadorprimer recalentador

segundo sobrecalentadorsegundo sobrecalentador


CALDERACALDERA

hogar

calderín

calentadorde aire

recalentador

sobrecalentador

hogar


CALDERA


calderín

Grupos 1 y 2. Central Térmica de Puente Nuevo(ya desmantelados)

p1 = 60 bar

t1 = 480 ºC

P = 40 MW


entrada de agua

flujo de humos

salid

a

Esquema de un economizador


Calentador de aire tubular


Calentador de aire tubular


Calentador de aire rotativo


Calentador de aire rotativo


tambor fijo de chapas

onduladas

Calentador de aire Rothemühle


tambor fijo de chapas onduladas

campanas rotativas



tambor fijo de chapas onduladas

campanas rotativas







Calentador de agua cerrado


Calentador de mezcla, o desgasificador


Calentador de mezcla, o desgasificador


a eyector

Condensador


CondensadorEste esquema corresponde al condensador del grupo 3 de la Central de Puente Nuevo: 17000 tubos de cobre, de 12 m de longitud y 22 mm de diámetro interior.


condensador

condensador

gases no condensables

difusor

agua agua

agua agua

condensado

vapor impulsor

difusor

vaporimpulsor

gases a la atmósfera

Eyector


Central Térmica Puente Nuevo (Córdoba)


Central Térmica Puente Nuevo (Córdoba)


p=p

6=p

7p2p

p =

kg1m1 kg

kgm2

m kg2m1--1( )

1 1m-( )

1 kg

3

s

T

1

48

95

2

6

7

1p=p

Figura 6-17

Ejercicio 6-3.2

14-15

sobrecalentador

2

56 4

7 8

7 8

3 10

9 10

6

turbina

condensador

bombaalimentacióncalent. 2 calent. 1

econ

omiz

ador

caldera

11-12

calderín

13

1

Figuras no incluidas en las diapositivas

Documents

Central Térmica Puente Nuevo (Córdoba) sin torre de enfriamiento