Central eléctrica de vapor
 | Este artículo necesita citas adicionales para su verificación . ( noviembre de 2015 ) |
La central eléctrica de vapor es una central eléctrica en la que el generador eléctrico funciona con vapor . El agua se calienta, se convierte en vapor y hace girar una turbina de vapor que impulsa un generador eléctrico . Después de pasar por la turbina, el vapor se condensa en un condensador . La mayor variación en el diseño de las centrales eléctricas de vapor se debe a las diferentes fuentes de combustible.
Casi todas las centrales eléctricas de carbón , nucleares , geotérmicas , solares térmicas , plantas de incineración de residuos y muchas centrales eléctricas de gas natural son eléctricas de vapor. El gas natural se quema con frecuencia en turbinas de gas y calderas . El calor residual de una turbina de gas se puede utilizar para generar vapor, en una planta de ciclo combinado que mejora la eficiencia general.
En todo el mundo, la mayor parte de la energía eléctrica es producida por plantas de energía eléctrica de vapor, que producen alrededor del 89% de toda la generación eléctrica [ cita requerida ] . Los únicos otros tipos de plantas que actualmente tienen una contribución significativa son las plantas hidroeléctricas y de turbinas de gas, que pueden quemar gas natural o diesel . Los paneles fotovoltaicos , las turbinas eólicas y las plantas geotérmicas de ciclo binario tampoco son eléctricas de vapor, pero actualmente no producen mucha electricidad.
Historia
Las máquinas de vapor recíprocas se han utilizado para fuentes de energía mecánicas desde el siglo XVIII, con notables mejoras realizadas por James Watt . Las primeras centrales eléctricas comerciales de Nueva York y Londres, en 1882, también utilizaban máquinas de vapor recíprocas. A medida que aumentaron los tamaños de los generadores, eventualmente las turbinas asumieron el control debido a una mayor eficiencia y un menor costo de construcción. En la década de 1920, cualquier estación central de más de unos pocos miles de kilovatios utilizaría un motor de turbina.
Eficiencia
La eficiencia de una planta de energía eléctrica de vapor convencional, definida como la energía producida por la planta dividida por el poder calorífico del combustible consumido por ella, es típicamente de 33 a 48%, limitada como todos los motores térmicos lo están por las leyes de la termodinámica (Ver : Ciclo de Carnot ). El resto de la energía debe salir de la planta en forma de calor. Este calor residual puede eliminarse mediante agua de refrigeración o en torres de refrigeración . (la cogeneración utiliza el calor residual para calefacción urbana ). Una clase importante de plantas de energía de vapor está asociada con las instalaciones de desalinización , que se encuentran típicamente en países desérticos con grandes suministros de gas natural.. En estas plantas, el agua dulce y la electricidad son productos igualmente importantes.
Dado que la eficiencia de la planta está fundamentalmente limitada por la relación de las temperaturas absolutas del vapor en la entrada y salida de la turbina, las mejoras en la eficiencia requieren el uso de vapor a mayor temperatura y, por lo tanto, a mayor presión. Históricamente, otros fluidos de trabajo como el mercurio se han utilizado experimentalmente en una central eléctrica de turbina de vapor de mercurio , ya que estos pueden alcanzar temperaturas más altas que el agua a presiones de trabajo más bajas. Sin embargo, las malas propiedades de transferencia de calor y el peligro obvio de toxicidad han descartado al mercurio como fluido de trabajo.
Planta de vapor
Condensador
Las centrales eléctricas de vapor utilizan un condensador de superficie enfriado por agua que circula a través de tubos. El vapor que se utilizó para hacer girar la turbina se descarga en el condensador y se condensa cuando entra en contacto con los tubos llenos de agua fría en circulación. El vapor condensado, comúnmente conocido como condensado . se extrae del fondo del condensador. La imagen adyacente es un diagrama de un condensador de superficie típico. [1] [2] [3] [4]
Para una mejor eficiencia, la temperatura en el condensador debe mantenerse tan baja como sea posible para lograr la presión más baja posible en el vapor de condensación. Dado que la temperatura del condensador casi siempre se puede mantener significativamente por debajo de 100 ° C donde la presión de vapor del agua es mucho menor que la presión atmosférica, el condensador generalmente funciona al vacío . Por tanto, deben evitarse las fugas de aire no condensable en el circuito cerrado. Las plantas que operan en climas cálidos pueden tener que reducir la producción si su fuente de agua de enfriamiento del condensador se calienta; lamentablemente, esto suele coincidir con períodos de alta demanda eléctrica de aire acondicionado . Si no se dispone de una buena fuente de agua de refrigeración, las torres de refrigeraciónpuede utilizarse para expulsar el calor residual a la atmósfera. También se puede utilizar un gran río o lago como disipador de calor para enfriar los condensadores; Los aumentos de temperatura en aguas naturales pueden tener efectos ecológicos indeseables, pero también pueden mejorar incidentalmente el rendimiento de pescado en algunas circunstancias. [ cita requerida ]
Calentador de agua de alimentación
En el caso de una central eléctrica de vapor convencional que utiliza una caldera de tambor , el condensador de superficie elimina el calor latente de vaporización del vapor a medida que cambia de estado de vapor a líquido. Luego, la bomba de condensado bombea el agua de condensado a través de un calentador de agua de alimentación , que eleva la temperatura del agua mediante el uso de vapor de extracción de varias etapas de la turbina. [1] [2]
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. [5] 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.
Caldera
Una vez que esta agua está dentro de la caldera o generador de vapor , comienza el proceso de agregar el calor latente de vaporización . La caldera transfiere energía al agua mediante la reacción química de quemar algún tipo de combustible. El agua ingresa a la caldera a través de una sección en el paso de convección llamada economizador.. Desde el economizador, pasa al tambor de vapor, desde donde desciende por los bajantes hasta los cabezales de la pared de entrada de agua inferior. Desde los cabezales de entrada, el agua sube a través de los muros de agua. Una parte se convierte en vapor debido al calor generado por los quemadores ubicados en las paredes de agua delanteras y traseras (típicamente). Desde los muros de agua, la mezcla de agua / vapor ingresa al tambor de vapor y pasa a través de una serie de separadores de vapor y agua y luego secadores dentro del tambor de vapor . Los separadores y secadores de vapor eliminan las gotas de agua del vapor; el agua líquida arrastrada a la turbina puede producir una erosión destructiva de las palas de la turbina. y se repite el ciclo a través de los muros de agua. Este proceso se conoce como circulación natural .
Las plantas geotérmicas no necesitan caldera, ya que utilizan fuentes de vapor de origen natural. Se pueden usar intercambiadores de calor donde el vapor geotérmico sea muy corrosivo o contenga un exceso de sólidos en suspensión. Las plantas nucleares también hierven agua para generar vapor, ya sea haciendo pasar directamente el vapor de trabajo a través del reactor o utilizando un intercambiador de calor intermedio.
Sobrecalentador
Después de que el vapor es acondicionado por el equipo de secado dentro del tambor, se canaliza desde el área superior del tambor a una estructura elaborada de tuberías en diferentes áreas de la caldera, las áreas conocidas como sobrecalentador y recalentador. El vapor de vapor recoge energía y se sobrecalienta por encima de la temperatura de saturación. Luego, el vapor sobrecalentado se canaliza a través de las líneas de vapor principales hasta las válvulas de la turbina de alta presión.
Ver también
- Caldera
- Calor y potencia combinados
- Sistema de torre de enfriamiento
- Chimeneas de humos
- Planta de energía de combustibles fósiles
- Energía geotermica
- Planta de energía nuclear
- Central eléctrica
- Central de energía térmica
- Caldera de tubo de agua
Referencias
- ↑ a b Babcock y Wilcox Co. (2005). Steam: su generación y uso (41a ed.). ISBN 0-9634570-0-4.
- ↑ a b 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 )
- ^ Curso de orientación sobre el control de la contaminación del aire del sitio web del Instituto de capacitación sobre contaminación del aire
- ^ Ahorro de energía en sistemas de vapor Archivado 2007-09-27 en Wayback Machine Figura 3a, Disposición del condensador de superficie (desplácese a la página 11 de 34 páginas en pdf)
- ^ Fundamentos de la energía de vapor por Kenneth Weston, Universidad de Tulsa
enlaces externos
- Diagrama de la planta de energía
- Libros de referencia de plantas de energía
- Tecnología de centrales eléctricas
- Ingeniería de procesos químicos
- Conversión de energía
