Un calentador de agua de alimentación es una planta de energía componente utilizado para precalentar el agua suministrada a un vapor de generación de caldera . [1] [2] [3] El precalentamiento del agua de alimentación reduce las irreversibilidades involucradas en la generación de vapor y, por lo tanto, mejora la eficiencia termodinámica del sistema. [4] Esto reduce los costos operativos de la planta y también ayuda a evitar un choque térmico en el metal de la caldera cuando el agua de alimentación se vuelve a introducir en el ciclo de vapor.
En una planta de energía de vapor (generalmente modelada como un ciclo Rankine modificado ), los calentadores de agua de alimentación permiten que el agua de alimentación alcance la temperatura de saturación muy gradualmente. Esto minimiza las inevitables irreversibilidades asociadas con la transferencia de calor al fluido de trabajo (agua). Consulte el artículo sobre la segunda ley de la termodinámica para una discusión más detallada de tales irreversibilidades .
Discusión y explicación del ciclo [ editar ]
La energía utilizada para calentar el agua de alimentación generalmente se deriva del vapor extraído entre las etapas de la turbina de vapor . Por lo tanto, el vapor que se usaría para realizar trabajos de expansión en la turbina (y por lo tanto generar energía) no se utiliza para ese propósito. El porcentaje del flujo másico de vapor de ciclo total utilizado para el calentador de agua de alimentación se denomina fracción de extracción [4] y debe optimizarse cuidadosamente para obtener la máxima eficiencia térmica de la central eléctrica, ya que aumentar esta fracción provoca una disminución en la potencia de salida de la turbina.
Los calentadores de agua de alimentación también pueden ser intercambiadores de calor "abiertos" o "cerrados" . Un intercambiador de calor abierto es aquel en el que se permite que el vapor extraído se mezcle con el agua de alimentación. Este tipo de calentador normalmente requerirá una bomba de alimentación tanto en la entrada como en la salida de alimentación, ya que la presión en el calentador está entre la presión de la caldera y la presión del condensador . Un desaireador es un caso especial del calentador de agua de alimentación abierto que está diseñado específicamente para eliminar los gases no condensables del agua de alimentación.
Los calentadores de agua de alimentación cerrados son típicamente intercambiadores de calor de carcasa y tubos donde el agua de alimentación pasa a través de los tubos y se calienta mediante el vapor de extracción de la turbina. Estos no requieren bombas separadas antes y después del calentador para impulsar el agua de alimentación a la presión del vapor extraído como con un calentador abierto. Sin embargo, el vapor extraído (que muy probablemente se condensa casi por completo después de calentar el agua de alimentación) debe luego estrangularse a la presión del condensador, un proceso isentálpico que produce cierta ganancia de entropía con una ligera penalización en la eficiencia general del ciclo:
Muchas plantas de energía incorporan varios calentadores de agua de alimentación y pueden usar componentes abiertos y cerrados. Los calentadores de agua de alimentación se utilizan en plantas de energía de combustibles fósiles y nucleares.
Economizador [ editar ]
Un economizador tiene un propósito similar al de un calentador de agua de alimentación, pero es técnicamente diferente ya que no usa vapor de ciclo para calentar. En las plantas de combustibles fósiles, el economizador utiliza el gas de combustión de temperatura más baja del horno para calentar el agua antes de que ingrese a la caldera propiamente dicha. Esto permite que la transferencia de calor entre el horno y el agua de alimentación ocurra a través de un gradiente de temperatura promedio más pequeño (para el generador de vapor en su conjunto). Por lo tanto, la eficiencia del sistema aumenta aún más cuando se considera con respecto al contenido de energía real del combustible.
La mayoría de las centrales nucleares no tienen economizador. Sin embargo, la Combustion Engineering System 80 + diseño de la planta nuclear y sus sucesores evolutivos, (por ejemplo, Korea Electric Power Corporation 's APR-1400 ) incorporan un economizador de agua de alimentación integral. Este economizador precalienta el agua de alimentación del generador de vapor en la entrada del generador de vapor utilizando el refrigerante primario de temperatura más baja.
Probando [ editar ]
Un código de uso generalizado para los procedimientos, la dirección y la guía para determinar el rendimiento termohidráulico de un calentador de agua de alimentación cerrado es la norma ASME PTC 12.1 para calentadores de agua de alimentación.
Ver también [ editar ]
- Planta de energía de combustibles fósiles
- Central eléctrica
- Central térmica
Códigos ASME [ editar ]
La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), publica el siguiente Código:
- Generadores de vapor de recuperación de calor de turbina de gas PTC 4.4
Referencias [ editar ]
- ^ British Electricity International (1991). Práctica de la central eléctrica moderna: incorporación de la práctica del sistema eléctrico moderno (tercera edición (conjunto de 12 volúmenes) ed.). Pergamon. ISBN 0-08-040510-X.
- ^ Babcock y Wilcox Co. (2005). Steam: su generación y uso (41a ed.). ISBN 0-9634570-0-4.
- ^ Thomas C. Elliott, Kao Chen, Robert Swanekamp (coautores) (1997). Manual estándar de ingeniería de centrales eléctricas (2ª ed.). Profesional de McGraw-Hill. ISBN 0-07-019435-1.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b Fundamentos de la energía de vapor por Kenneth Weston, Universidad de Tulsa
Enlaces externos [ editar ]
- Diagrama de la planta de energía
- Calentadores de agua de alimentación de alta presión
