Cervantes morales

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Cervantes morales

  1. 1. 1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA “RÉGIMEN TÉRMICO DE LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA ADOLFO LÓPEZ MATEOS Y CONDICIONES DE OPERACIÓN QUE LE AFECTAN” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIEROMECÁNICOELECTRICISTA P R E S E N T A : Tomás Cervantes Morales ASESOR: M. en C. ALVARO CASADOS SÁNCHEZ
  2. 2. 2 POZA RICA, VER. OCTUBRE 2001
  3. 3. 3 C.c.p. expte. Minutario *gtz.- Prolongación de la Av. Venustiano Carranza S/N Col. Revolución Apartado Postal 552 Teléfono 3-81-43
  4. 4. 4 Prolongación de la Av. Venustiano Carranza S/N Col. Revolución Apartado Postal 552 Teléfono 3-81-43
  5. 5. 5 D E D I C A T O R I A S A DIOS: A MIS PADRES: A MIS HERMANOS: A MI HIJO: A MIS ABUELOS: A MIS TÍOS: A MIS SOBRINAS: A MIS AMIGOS Por sus bendiciones y darme lo necesario en esta vida. Gracias Señor. Tomas Cervantes García, Juana Irma Morales Aparicio, por darme la vida el amor y apoyo incondicional al ofrecerme una carrera profesional. Por siempre gracias. Ana Isabel (Segunda madre) Héctor Rubén con quien pase momentos agradables en mi vida. Que dios los cuide siempre. Tomas Adrián Cervantes Clemente. El regalo más grande que dios me dio el motivo de mi existencia. Gracias Adriana. Timoteo Morales, Petra Aparicio poro su apoyo y amor incondicional. Pascual, Alvarado y Oliva Hernández Chávez Lisbeth, Berenice y Ana Caren Medina Cervantes Estuardo (mi segundo Hermano), Aurelio Cazares, Marco Antonio, Marcos Burns, Maurilio G., Antonio Días, Angel Pulido, Elmer Muñoz, Aarón Saldivar, Aarón Quiroz, José Luis Vela, Martín Estrada y José Abraham Vizcarra.
  6. 6. 6 CONTENIDO PROCESOS DE TRABAJO TEMA: RÉGIMEN TÉRMICO DE LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA ADOLFO LÓPEZ MATEOS Y CONDICIONES DE OPERACIÓN QUE LE AFECTAN. ÍNDICE PAG. CAPITULO I INTRODUCCIÓN JUSTIFICACIÓN NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO ENUNCIACIÓN DEL PROBLEMA ESTRUCTURA DE TRABAJO PLANEAMIENTO DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN HIPÓTESIS DEL TRABAJO PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN CAPITULO II EXPOSICIÓN GENERAL MARCO CONTEXTUAL MARCO TEÓRICO SUBTEMA 1.0 DESCRIPCIÓN DEL COMPLEJO TERMOELÉCTRICO ADOLFO LÓPEZ MATEOS. SUBTEMA 2.0 CICLO TERMODINÁMICO DE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS. 2.1 CICLO RANKINE 2.2 CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTO 2.3 CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO 2.4 CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO REGENERATIVO DE AGUA 1 1 1 2 2 2 3 3 5 5 7 7 30 31 34 35 37 U. V. CAPITULO I
  7. 7. 7 PAG. SUBTEMA 3.0 RÉGIMEN TÉRMICO 3.1 RÉGIMEN TÉRMICO (RT) 3.2 CONSUMO TÉRMICO UNITARIO (CTU) 3.3 EFICIENCIA DEL GENERADOR DE VAPOR (EGV) 3.4 RÉGIMEN TÉRMICO OPTIMO (RTO) 3.5 RÉGIMEN TÉRMICO DECLARADO (RTD) SUBTEMA 4.0 CÁLCULO DEL REGIMEN TÉRMICO SUBTEMA 5.0 CONDICIONES QUE AFECTAN AL RÉGIMEN TÉRMICO. 5.1 CONDICIONES DE OPERACIÓN Y MANEJO DE COMBUSTIBLE 5.2 PORCENTAJE DE OXIGENO EN LA COMBUSTIÓN 5.3 CONDICIONES DE CALENTADORES REGENERATIVOS DE AIRE (CRA) Y CALENTADORES AIRE VAPOR (CAV) 5.4 EFECTOS DE LOS CALENTADORES DE ALTA PRESIÓN (CAP) Y CALENTADORES BAJA PRESIÓN (CBP) 5.5 PÉRDIDA DE VACIO EN EL CONDENSADOR. 5.6 EFECTOS DE LA TEMPERATURA DEL AIRE SUBTEMA 6.0 BALANCE ECONÓMICO. CAPITULO III CONCLUSIONES Y PROPOSICIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS 39 41 42 43 45 47 49 52 52 60 63 67 70 73 74 80 81 82 U. V. CAPITULO I
  8. 8. 8 CAPITULO I INTRODUCCIÓN U. V. CAPITULO I
  9. 9. 9 CAPITULO I. INTRODUCCIÓN El desarrollo de la tecnología y el progreso en el ámbito mundial ha hecho que las empresas se preocupen por elevar sus niveles de Calidad y Productividad, para poder competir en los diferentes mercados con estas características. Comisión Federal de Electricidad conociendo estos antecedentes ha Iniciado un proceso para la Certificación de Calidad en algunas de sus Centrales de Generación, y dada la apertura del Gobierno Federal para que la iniciativa privada participe en la Generación de Energía Eléctrica, se ha implementado medidas de control para optimizar la operación y reducir costos en los diferentes mercados con estas características. JUSTIFICACIÓN La apertura comercial que se presenta tener en nuestro país, con la Modificación a los Art’s. 27 y 28 Constitucionales para permitir la participación de La Iniciativa Privada en Generación Eléctrica, nos conllevara a participar en un Mercado de Energía, donde las Centrales de Generación se convertirán en Unidades Estratégicas de Negocios ( U. E. N. ), donde competirán con la ofertas de generación existente y tendrá mas éxito quien logre los mejores costos sin desmeritar la calidad. NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO Este es un trabajo que muestra un procedimiento de control para optimizar costos y tiene un enfoque económico el cual permitirá a las empresas de este tipo tener ahorros en sus costos de producción contra la capacidad efectiva de generación. U. V. CAPITULO I
  10. 10. 10 U. V. CAPITULO I Es aplicable en centrales de tipo Termoeléctrica o ciclo combinado. ENUNCIACIÓN DEL PROBLEMA En una Central Termoeléctrica de Generación de Energía Eléctrica, el principal insumo que tiene la mayor asignación, presupuestal es el combustible, razón por la cual todo lo que se pueda hacer en beneficio de un ahorro considerable, representara un ahorro considerable, en el presupuesto, y los excedentes se podrán invertir en otras áreas de la empresa en beneficio de sus integrantes, creando entre otras cosas programas de Inversión – Beneficio Capacitación, Adiestramiento, etc. ESTRUCTURA DE TRABAJO Se presenta esta tesis, dividida en 3 capítulos, conclusiones y bibliografía, donde el lector encontrara un desglose completo para calcular el Régimen Térmico de una Central Termoeléctrica. PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Para poder llegar a los procedimientos de cálculo del Régimen Térmico, se tomaron mediciones de las variables que influyen en el proceso durante la operación del Complejo Termoeléctrico Presidente Adolfo López Mateos, por lo tanto son datos verídicos y que a su vez cambian de acuerdo con las condiciones de operación las cuales son explicadas en el desarrollo de los temas
  11. 11. 11 U. V. CAPITULO I HIPÓTESIS DEL TRABAJO La determinación del Régimen Térmico es un parámetro que mide la eficiencia de un ciclo termoeléctrico en cuanto a consumo de combustible, sin embargo; se considera que al tener variaciones en las condiciones de operación se puede obtener un panorama mas amplio del ciclo que se muestran las perdidas que se tienen que no queden enmascaradas por el buen funcionamiento de otras, por lo tanto en este trabajo se analizara el comportamiento de las variables directas e indirectas que se relacionan con el calculo de Régimen Térmico, PROCESO DE INVESTIGACIÓN Este es un Método estadístico de calculo y análisis, por lo tanto, se basa en lectura cada hora durante un periodo de un mes y de los cuales se tomaran los valores promedios de cada variable para efectuar los cálculos.
  12. 12. 12 U. V. CAPITULO II CAPITULO II EXPOSICIÓN GENERAL
  13. 13. 13 U. V. CAPITULO II CAPITULO II EXPOSICIÓN GENERAL MARCO CONTEXTUAL Una central termoeléctrica es un conjunto de obras civiles e instalaciones Electromecánicas esta diseñada para trasformar la energía térmica del vapor en energía eléctrica, en el momento que sea demandada por e sistema eléctrico nacional interconectado. La central Termoeléctrica Presidente “Adolfo López Mateos“ se encuentra ubicado en el municipio de Túxpam de Rodríguez Cano , a 9 Kilómetros al noreste de la ciudad y puerto de Túxpam, en la localidad denominada Isla de los petroleros, a 6 kilómetros al norte de la desembocadura del rió Túxpam al Golfo de México, en el estado de Veracruz; sus coordenadas geográficas son 21’08’30” de la latitud norte, 97’10’30” latitud oeste, a una altura de 3.5 m. Sobre el nivel medio del mar. El vapor, elemento esencial en el funcionamiento de las centrales termoeléctricas, se obtienen a partir del agua de mar evaporada, sometida a calentamiento por la combustión de cualquiera de los siguientes energéticos: gas natural y/ o combustóleo. El vapor se genera en grandes recintos cerrados, denominados generadores de vapor, cuyas paredes se encuentran cubiertas por una profusión de tubos de varios diámetros y materiales, por donde circula el agua; el color generado hace hervir el agua generándose el vapor que es conducido por medio de tubos exteriores hasta las turbinas de vapor. Al entrar a las diferentes etapas de la turbina, esta produce un impulso en los alabes de esta, haciéndolo girar. Esta turbina trasmite al generador un movimiento, transformándose en electricidad. Por ultimo, el vapor es descargado en el condensador donde nuevamente se convierte en agua, por el enfriamiento provocado por el agua de circulación.
  14. 14. 14 U. V. CAPITULO II El agua que se utiliza en el proceso como este, se encuentra desmineralizada y tratada químicamente, controlando la gran cantidad de sales disueltas en ellas, con el objeto de proteger a todos los componentes sujetos a presión y temperatura. La central termoeléctrica presidente “Adolfo López Mateos“, es de tipo intemperie para sus generadores de vapor e interior para sus turbogeneradores, que cuenta con edificios para casas de maquinas. Tienen un cuarto de control para cada dos unidades.
  15. 15. 15 U. V. CAPITULO II MARCO TEÓRICO. SUBTEMA. 1 DESCRIPCIÓN DE LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA ADOLFO LÓPEZ MATEOS. El complejo termoeléctrico Adolfo López Mateos esta constituida por seis unidades generadoras de electricidad de 350 Mw cada una, contando con una totalidad de 2100 Mw de capacidad instalada en sus seis unidades La construcción de cada una es del tipo intemperie para los generadores de vapor y cubierta o interior para los turbogrupos o turbogeneradores, que son instalados en un edificio cubierto; llamado así casa de maquinas. Contando a su vez con un cuarto de control central por cada dos unidades generadoras. Dicha central generadora se encuentra localizada a 348 km de la ciudad de México, por la carretera federal que une a esta ciudad con el puerto de Túxpam, como se muestra en la figura Numero 1.1 FIG. N° 1.1 LOCALIZACIÓN DEL C.T.P.A.L.M.
  16. 16. 16 U. V. CAPITULO II La generación de energía eléctrica es el producto de una serie de trasformaciones de energía. Dichas trasformaciones dependen del tipo de combustibles empleado y de ahí se deriva una clasificación de las centrales de generación de electricidad, entre las que figuran la siguientes: Eólicas, Solares, Geotérmicas, Núcleoeléctricas, Mareomotrices y Termoeléctricas. De estas, actualmente son las termoeléctricas las mas importantes por sus altas capacidades de generación de electricidad y por sus constantes desarrollos tecnológicos, que traen como resultado el mejoramiento de sus eficiencias. A continuación se describen las características generales de las unidades del C. T. P. A. L. M., que corresponden a la clasificación de centrales termoeléctricas. El diagrama corresponde a una unidad se muestra en la figura No. 1.2. y 1. 2.a. en el generador de vapor de estas unidades se aprovecha la energía química de un combustible fósil (combustóleo), la cual se trasforma en energía calorífica por la radiación y convención de los gases calientes producto de la combustión. Esta energía calorífica se trasforma en energía térmica al transferirse a las paredes de agua del generador de vapor. La energía térmica del vapor, se trasforma en energía mecánica al expansionarse en las turbinas de vapor, haciendo girar al conjunto turbogenerador. Finalmente la energía mecánica se trasforma en energía eléctrica de acuerdo al principio de la inducción electromagnética.
  17. 17. 17 U. V. CAPITULO II FIG. N°. 1.2 DIAGRAMA DE FLUJO
  18. 18. 18 U. V. CAPITULO II GENERADOR DE VAPOR TURBINA CONDENSADOR Y SISTEMA DE CONDENSADO 1.- ECONOMIZADOR. 2.- DOMO. 3.- TUBOS BAJANTES. 4.- DOMO INFERIOR O CABEZALES. 5.- TUBOS DE GENERACIÓN. 6.- TUBOS ELEVADORES. 7.- DISPOSITIVOS DE SEPARACIÓN AGUA-VAPOR EN EL DOMO. 8.- SOBRECALENTADOR ( PRIMARIO Y SECUNDARIO). 10.- RECALENTADOR 9.- TURBINA DE ALTA PRESIÓN Y PRIMER PASO. 11.- TURBINA DE PRESIÓN INTERMEDIA 12.- TURBINA DE BAJA 13.- PRESIÓN 14.- ESCAPE SISTEMA DE EXTRACCIONES 15.- CONDENSADOR 16.- POZO CALIENTE 17.- BOMBAS DE CONDENSADO 18.- PULIDORES DE 19.- CONDENSADO 20.- CALENTADOR DE BAJA PRESIÓN 1 21.- CALENTADOR DE BAJA PRESIÓN 2 22.- CALENTADOR DE BAJA PRESIÓN 3 23.- CALENTADOR DE BAJA PRESIÓN 4 24.- DEAREADOR O CALEN- TADOR 5. SISTEMA DE AGUA DE ALIMENTACIÓN E7.- EXTRACCIÓN AL CALENTADOR 7 E6.- EXTRACCIÓN AL CALENTADOR 6 E5.- EXTRACCIÓN AL DEAREADOR 0 CALENTADOR O E4.- EXTRACCIÓN AL CALENTADOR 4 E3.- EXTRACCIÓN AL CALENTADOR 3 E2.- EXTRACCIÓN AL CALENTADOR 2 E1.- EXTRACCIÓN AL CALENTADOR 1 25.- BOMBAS DE AGUA DE ALIMEN- TACIÓN 26.- CALENTADOR DE ALTA PRE- SION 6. 27.- CALENTADOR DE ALTA PRE- SIÓN 7. FIG. No. 1.2.a. ESPECIFICACIONES DEL DIAGRAMA DE FLUJO
  19. 19. 19 U. V. CAPITULO II El combustible utilizado en el C. T. P. A. L. M. Llega por medio de buque- tanques y se conectan a una monoboya ubicada en el mar, descargando el combustible a través de esta. La monoboya cuenta con un conjunto de válvulas y mangueras submarinas, las cuales se conectan a tuberías que descargan el combustible a los tanques de almacenamiento. De los tanques de almacenamiento, el combustible se transfiere a los tanques de uso diario, mediante bombas de trasferencias, para mantener estos últimos con un nivel adecuado ya que de estos tanques succionan las bombas principales de combustible para suministrarlo a los quemadores del generador de vapor, a una temperatura adecuada ( 130° C ) para su combustión. El combustible a la temperatura de 130° C, se atomiza en el generador de vapor y se mezcla con aire para su combustión. El aire necesario para la combustión es proporcionado por los ventiladores de tiro forzado. La energía calorífica obtenida por la radiación y la convención de los gases calientes producto de la combustión, es aprovechada para calentar el agua de las paredes del generador de vapor y producir vapor que pasa primero al domo de vapor y posteriormente a los sobrecalentadores, para estar en condiciones de efectuar su trabajo en las turbinas. El domo de vapor se debe mantener un nivel de agua adecuada, que es de ( 0 m. m. ) con respeto a su centro geométrico, para suministrar a los tubos bajantes y paredes de agua, de tal modo que el generador de vapor opera en forma segura y se realice la producción de vapor, que es de 1182.7 ton /hr. El control del nivel de agua en el domo del generador de vapor se efectúa mediante los variadores de velocidad de las bombas de agua de alimentación (sistema de agua de alimentación).
  20. 20. 20 U. V. CAPITULO II EL C. T. P. A. L. M. Cuenta con un sistema de condensado por unidad. Este sistema está compuesto, por el condensador, por las bombas de agua de condensado, por los pulidores de condensados, por los calentadores de baja presión y por el deareador. El agua del pozo caliente es el producto de la condensación del vapor que trabajo en las turbinas y finalmente escapa hacia el condensador, el cual tiene un conjunto de tubos por donde circula agua de mar, proporcionada por las bombas de agua de circulación, para efectuar la condensación de ese vapor de escape. El agua del condensador entonces es succionada por las bombas de condensado y se hace pasar por una serie de calentadores de baja presión, los cuales reciben vapor de las extracciones de la turbina para incrementar gradualmente la temperatura del agua y enviarla al desgasificador, donde existe una serie de toberas para atomizar el agua y así suministrarle vapor para su adecuada desgasificación y por ultimo depositarse en el tanque de almacenamiento del desgasificador (tanque de oscilación). Las bombas de agua de alimentación succionan el agua necesaria para controlar el nivel del domo del tanque de almacenamiento del desgasificador, enviándola a través de calentadores de alta presión, los cuales reciben vapor de las extracciones de la turbina, para continuar incrementando la temperatura del agua, de tal modo que llegue al generador de vapor con una temperatura cercana a la saturación para producir vapor. Una vez que la energía térmica del vapor sobrecalentado es aprovechada en la turbina de alta presión y realiza trabajo, fluye hacia el recalentador del generador de vapor para recuperar temperatura, con el objeto de evitar condensaciones posteriores cuando trabaje en la turbina de presión intermedia y la turbina de baja presión.
  21. 21. 21 U. V. CAPITULO II Como se menciona anteriormente, la energía mecánica de la turbina es transformada en energía eléctrica mediante el generador eléctrico. La corriente así generada es envida a un trasformador para elevar su tensión de 20 kv a 400 kV con el objeto de reducir las perdidas por el efecto joule en la transmisión de energía hacia los centros de consumo. CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS PRINCIPALES Todos los equipos de una Central Termoeléctrica son importantes, pero de acuerdo a su participación en la generación de electricidad, así como por sus tamaños y costos, se clasifica a los siguientes equipos como principales: 1.- Generador de vapor. 2.- Turbina y condensador. 3.- Generador Eléctrico. Al resto de los equipos que participan directamente o indirectamente en la generación de energía eléctrica, se les clasifica como equipos auxiliares. Existe una gran variedad de equipos auxiliares, entre los que se citan: bombas, ventiladores, extractores, calentadores, enfriadores, compresores, eyectores, deareador, tanques, etc. A continuación se describe las características de los Equipos Principales de las Unidades del C. T. P. A. L. M. GENERADOR DE VAPOR ( G. V. ) Los Generadores de vapor del complejo termoeléctrico son de circulación natural de tipo radiante, con domo de vapor y hogar balanceado, con recirculación de gases, con sobrecalentador y recalentador tipo horizontal, con 24 quemadores
  22. 22. 22 U. V. CAPITULO II simples en posición frontal de dos niveles, con una capacidad máxima continua de generación por unidad de 1182.7 ton/hr, de vapor sobrecalentado, a un presión de operación de 170 bars y temperatura de 540°C. Este tipo de generador de vapor se muestra en l figura No 1. 4. FIG. N°. 1.4 GENERADOR DE VAPOR
  23. 23. 23 U. V. CAPITULO II Estos generadores de vapor están diseñados para operar con combustible conocido como bunker “ c “ (combustóleo) y diesel. Tienen una superficie de calentamiento de 20690 m2 . Su consumo promedio de combustible es de 1943 ton/hr, a una presión de vapor de atomización de 18 bars. Por cada dos unidades, se construyo una chimenea con fuste común de concreto, conteniendo dos tiros de tabique refractario, uno para cada unidad. El generador de vapor consta de 16 quemadores en cuatro niveles, colocados de manera tangencial El aira para la combustión es manejado por unos ventiladores que lo envían a través de ductos hasta llegar a los quemadores y el hogar. La combustión en el hogar libera el color, que se aprovecha para los siguientes propósitos: a) Calentar agua. b) Transformar el agua en vapor. c) Sobrecalentar el vapor. Los gases calientes producto de la combustión salen del hogar y son conducidos por unos pasajes y ductos antes de escapar a la atmósfera, para que se aprovechen en el precalentamiento del aire en los calentadores regenerativos de aire ( cra’s ). Las partes principales del generador de vapor son las siguientes: I ) La caldera II ) El sobrecalentador III) El recalentador.
  24. 24. 24 U. V. CAPITULO II IV ) E l economizador . V ) Los calentadores de aire – vapor ( cav’ s ) VI ) Los calentadores regenerativos de aire ( cra ‘ s ). A continuación se hace una descripción sencilla de cada una de estas partes: I ) LA CALDERA: Auque se ha acostumbrado llamar “caldera” al generador de vapor completo, la caldera es solamente una de las partes principales que lo constituye y es aquella en la que se produce vapor saturado. La caldera del generador de vapor es del tipo de tubo de agua (acuatubulares) y esta constituida por grandes cantidades de tubos alineados uno junto a otro, formando una pared continua que envuelve al hogar, dejando un espacio interior en donde se produce la combustión. Los tubos están llenos de agua que, al calentarse produce el vapor. Los cabezales sirven para interconectar los tubos generadores y no están expuestos al calor. Finalmente, en un recipiente cilíndrico horizontal llamado domo y con el nivel cero, con respecto a su centro geométrico, se realiza la separación del vapor producido y el agua. El vapor sale por la parte superior, pasando previamente por unos separadores ciclónicos, en donde se elimina parte de la humedad y sale como vapor saturado seco con destino al sobrecalentador.
  25. 25. 25 U. V. CAPITULO II II ) EL SOBRECALENTADOR. Esta formado por dos secciones, primario y secundario y esta equipado entre estas secciones con un atemperador para el control de temperatura del vapor. El vapor saturado seco que sale del domo de vapor con una presión de 180 bars y una temperatura de 320° C, fluye por las dos secciones del sobrecalentador y lo sobrecalienta hasta la temperatura de 540° C, que es la requerida por la turbina de alta presión. III ) EL RECALENTADOR. Este elemento recibe vapor denominado “recalentador frió“, proveniente de la salida de la turbina de alta prisión y lo recalienta ( “ recalentado caliente ) a la temperatura de 540° C requerida por la turbina de presión intermedia. Las características y el comportamiento del recalentador son semejantes a los del sobrecalentador, pero el recalentador opera con una presión menor ( 39 bars) Se suministra dos atemperadores de rocio a la entrada del recalentador, para utilizar solo en casos de emergencias. El recalentador tiene la capacidad de soportar durante el encendido, altas temperaturas sin contener agua o vapor en su interior que le sirvan de Enfriamiento. IV ) EL ECONOMIZADOR. Su función es aprovechada el calor que llevan los gases de combustión antes de abandonar el hogar, ya que esta localizado en el ultimo punto por el que pasan los gases antes de salir del hogar y es el primer punto que toca el agua de alimentación al entrar al generador de vapor en su paso hacia el domo.
  26. 26. 26 U. V. CAPITULO II El economizador esta compuesto por una serie de tubos dispuestos en forma horizontal y a contraflujo, situados por debajo del primer banco del recalentdor. Esta conectado a unos de los tubos bajantes con la finalidad de recircular el agua durante los paros y arranques y evitar evaporación. Tiene un drenaje y su venteo es a través del domo de vapor Todas estas partes se observan en la grafica siguiente 1.4 FIG. 1.4 PARTES DEL GENERADOR DE VAPOR
  27. 27. 27 U. V. CAPITULO II V) CALENTADORES DE AIRA – VAPOR ( CAV’S ) El uso de aira caliente para la combustión mejora las condiciones de esta y además aumenta la eficiencia del generador de vapor. Los cav´s están instalados en el ducto de aire a la descarga de los ventiladores de tiro forzado. Reciben el aire a la temperatura ambiente y lo descargan a 88° C. Por el lado de alimentación de vapor cuenta con dos cabezales; uno de entrada de vapor y el otro de salida, unidos por una serie de tubos aletados. Se cuenta con dos calentadores de aire – vapor en cada generador de vapor. El diagrama esquemático de un cav se muestra en la figura No. 1.5. FIG. N°. 1.5 CALENTADOR AIRE VAPOR CAV’S
  28. 28. 28 U. V. CAPITULO II El medio calefactor es vapor, obtenido de otro punto en el proceso. Al pasar el vapor por los tubos, cede parte de su calor al aire y se condensa. El producto de la condensación fluye hacia unos colectores de condensados de los calentadores de aire. El aire y el vapor no se mezclan . VI ) CALENTADORES REGENERATIVOS DE AIRE ( CRA’S ) Los gases calientes que salen del generador de vapor con una temperatura aproximada de 330° C, pasan por los cra’s, en donde ceden el calor al aire necesario para la combustión antes de salir a la atmósfera a través de la chimenea. En la figura No. 1.5 . se muestra las partes que componen un calentador regenerativo. FIG. N°. 1.5 DIBUJO DE UN PRECALENTADOR REGENERATIVO TIPO ROTACIÓN TÍPICO
  29. 29. 29 U. V. CAPITULO II Los gases que salen de los cra’s están a la temperatura de 146° C, el aire que entra al generador de vapor es de 295° C a 300° C, aproximadamente. Los gases son enviados a la atmósfera sin que se desperdicien grandes cantidades de calor. El aire y los gases no se mezclan. En general, el combustible que se utiliza como combustible en los generadores de vapor contienen algo de azufre; por lo tanto, los gases producto de la combustión contienen óxidos de azufre. Si estos gases se hacen pasar por los cra’s, van enfriándose y cediendo su calor al aire. Si la temperatura de los gases baja mucho, puede llegarse hasta un punto llamado “ punto de rocio “. En este punto se forman ácidos corrosivos ( producto de los óxidos de azufre de la humedad ), que atacan a los componentes metálicos de los cra’s. Una forma de evitar l corrosión, es haciendo que el aire por calentarse no llegue frió a los cra’s para que los gases no se enfríen hasta el punto de rocio . como los gases no se enfrían mas debajo de la temperatura del aire que entra, la corrosión se evita calentando el aire antes de que entre a los cra´s, el calentamiento previo de aire se efectúa en los cav’s. Los cra’s son del tipo flecha vertical, operados normalmente por un motor eléctrico con reductor de velocidad. Cuentan con un motor de aire que los mueve en casos de emergencia. Cada calentado esta montado en dos chumaceras, una en la parte superior llamada chumacera guía y otra en la parte inferior llamada chumacera soporte. Las chumaceras tienen instalado un sistema de aceite lubricante enfriado por una bomba y un ventilador, el cual entra en servicio automáticamente, cuando la temperatura del aceite aumenta a mas de 50°C y salen de servicio cuando la temperatura es menor de 45°C. Los elementos de los cra’s tiene una disposición compacta y están formados por hojas de metal corrugado resistentes a la corrosión. Cada uno de los elementos es llamado comúnmente canasta.
  30. 30. 30 U. V. CAPITULO II Los cra´s cuentan con un deshollinador para evitar el ensuciamiento de los elementos. Este es operado por un motor eléctrico y utiliza vapor para el soplado, se cuenta además con una línea de agua para lavar las canastas. TURBINA Y CONDENSADOR A continuación se describe las características técnicas de la Turbina y del Condensador de las Unidades del C.T.P.A.L.M. TURBINA La turbina convierte la energía térmica del vapor que recibe en trabajo mecánico. Este trabajo es trasmitido al generador eléctrico y de esta manera se genera la energía eléctrica. El ciclo termodinámico con el trabajo de la turbina es del tipo regenerativo, con sobrecalentamiento y recalentamiento. Su descarga es al condensador principal y cuenta con siete extracciones de vapor, para la conformación de un Ciclo Rankine Regenerativo. La turbina es marca Mitsubishi, de 3600 rpm, tipo tandem compound, para operar con vapor sobrecalentado, vapor recalentado y descarga final al condensador principal. La turbina tiene 19 pasos, con doble flujo en la parte de baja presión, con un largo efectivo del ultimo álabe de 781 mm. Cuenta con siete punto de extracción sin regulación. La flecha de la turbina, se acopla directamente al generador eléctrico. La turbina opera con vapor sobrecalentado a 540°C, a una presión de 170 bars y vapor recalentado a 540°C , a una presión de 39 bars. Estas condiciones son a la entrada de las válvulas de paro de vapor principal y de vapor recalentado de la turbina. Con los siete calentadores de agua de alimentación en servicio, así
  31. 31. 31 U. V. CAPITULO II como todo los servicios de calentamiento del equipo auxiliar operando, la capacidad del turbogenerador es de 350MW, con un vacío en el condensador de 680 mm de Hg. El equipo principal del turbogenerador es el siguiente: 1) Turbina de alta presión. 2) Turbina de presión intermedia. 3) Turbina de baja presión. 1) TURBINA DE ALTA PRESIÓN La turbina de alta presión que se muestra en la figura No. 1.6 es la que admite el vapor principal y se localiza en el extremo del gobernador y está constituida por una etapa del impulso (Rateau) y siete de reacción. Los álabes tienen una figura y disposición tal, que el vapor fluye del lado del gobernador al generador eléctrico en la etapa de impulso y luego del generador eléctrico al del gobernador en las etapas de reacción FIG. N° 1.6 TURBINA ALTA PRESIÓN Y PRESIÓN INTERMEDIA
  32. 32. 32 U. V. CAPITULO II 2) TURBINA DE PRESIÓN INTERMEDIA. La turbina de presión intermedia se localiza entre la turbina de baja presión y la de alta presión. Es la que admite el vapor recalentado caliente y esta constituida por seis etapas de reacción. Los alabes están colocados del tal manera que el vapor fluye hacia el lado del generador eléctrico., en sentido opuesto al flujo de la turbina de alta presión en las etapas de reacción. Las turbinas de alta presión y de presión intermedia están montadas en una flecha común. Con el fin de reducir esfuerzos y vibraciones, los älabes de la turbina de alta presión y de presión intermedia van en grupo de seis, sujetos con una banda comün, sobre la cual se encuentran remachados los bordos de los alabes, en el extremo libre de estos. Entre los pasos de la turbina se disponen de sellos ( entre la rueda y la carcaza ) para minimizar las perdidas de vapor entre un paso y otro. 4) TURBINA DE BAJA PRESIÓN. Esta turbina se encuentra localizada entre la turbina de presión intermedia y el generador eléctrico. Es del tipo de reacción de doble flujo, ya que consta de dos secciones opuestas, en donde el vapor es admitido por el centro y fluye hacia sus extremos. Cada sección consta de cinco pasos, tal como se muestra en la figura No 1. 7.
  33. 33. 33 U. V. CAPITULO II FIG. N° 1.7 TURBINA DE BAJA PRESIÓN. En forma similar a las turbinas anteriores, se tienen anillos de sellos para evitar fugas de vapor de un paso a otro, asi como de entrada de aire del exterior. CONDENSADOR Este equipo tiene por objetivo condensar el vapor que sale de la turbina de baja presión. El agua, producto de la condensación desciende y se almacena en la parte inferior del condensador, llamada poza – caliente, de donde se succiona por las bombas de extracción de condensado y se reincorpora al ciclo. En la figura No. 1. 8 se muestra el condensador de la Unidad I.
  34. 34. 34 U. V. CAPITULO II FIG. N°. 1. 8 CONDENSADOR La condensación del vapor se logra mediante una transferencia de calor entre el vapor caliente de la turbina de baja presión y el agua de circulación, que es de mar y que circula por el interior de los haces de tubos. Esto trae como consecuencia una liberación de gases no condensables, absorbidos por el agua durante el proceso, que deben de extraerse continuamente por medio de un sistema de eyectores. La condensación del vapor y la extracción de gases no condensables crea la presión de vacío de trabajo del condensador, que es de 680mm. de Hg, presión que debe mantenerse constante. Al condensador llega también el condensado proveniente de los drenajes de diferentes servicios y equipos .
  35. 35. 35 U. V. CAPITULO II GENERADOR ELÉCTRICO El generador eléctrico es un generador trifásico, acoplado una turbina de vapor de 350 MW, con los devanados conectados en estrella y el neutro a tierra. Sus terminales se conectan directamente al transformador principal que eleva el voltaje de generación de 20kv a 400kv, para luego conectarse a la subestación por medio de los interruptores principales. El generador cuenta con un sistema de enfriamiento con hidrógeno y agua desionizada. El hidrógeno se utiliza para el enfriamiento del núcleo del estator y de los devanados del rotor principalmente y el agua desionizada se usa para el enfriamiento de las bobinas del estator. Debido al uso de hidrógeno como sistema de enfriamiento, es necesario contar con un sistema de sello, que evita la fuga del hidrógeno contenido en el interior del generador. Este sistema de sellado es a base de aceite. Los elementos del generador eléctrico, se muestra en la figura N° 1. 9 y son: - CARCAZA - ESTATOR - ROTOR FIG . N°. 1.9 ELEMENTOS DEL GENERADOR ELÉCTRICO
  36. 36. 36 U. V. CAPITULO II La descripción de cada uno de estos elementos se hace continuación: CARCAZA La carcaza del generador es una cubierta de acero de gran resistencia mecánica, a la cual sirve de soporte al núcleo magnético y a los devanados del estator. Además, sus tapas son también fuertemente reforzadas para soportar el peso del rotor y contener la presión del hidrógeno sin sufrir distorsión. La carcaza contiene también a los enfriadores de hidrógeno y su diseño interior permite que el hidrógeno circule a través de ellos y luego, en diversas trayectorias, circule por el interior del generador eléctrico. ESTATOR. El estator esta constituido por un núcleo magnético formado por una serie de laminas de acero circulares recubiertas de un barniz aislante. Estas laminaciones están ranuradas en su interior y dentro de esas ranuras de alojan las bobinas del estator. Las bobinas del estator están formadas por una serie de barras que se conectan en los extremos para crear las fases del generador. Cada barra esta formada por varios conductos de cobre huecos, ensamblados en forma rectangular y cubiertos con varias capas de aislamiento. Los extremos de la barras se unen por medio de un conector especial, el cual cuenta además con las conexiones para el suministro de agua desionizada al interior de los conductos para su enfriamiento. El suministro de agua se efectúa por medio d mangueras flexibles a cada de los conectores de las barras.
  37. 37. 37 U. V. CAPITULO II ROTOR El rotor esta formado por un núcleo laminado de forma cilíndrica con ranuras longitudinales, dentro de las cuales están colocadas las bobinas de campo. Estas bobinas están sujetas a lo largo por medio de cuñas y en los extremos por dos anillos de retención de gran resistencia mecánica para asegurarlas contra la fuerza centrífuga. Las bobinas se conectan en serie para formar un solo circulo, de manera que al circular la corriente de excitación se forman dos polos magnéticos. Las terminales de las bobinas se conectan a dos barras en el interior del rotor, las cuales conectan las bobinas de campo con los anillos colectores para que medio de escobillas se suministre la corriente de excitación.
  38. 38. 38 U. V. CAPITULO II SUBTEMA 2. CICLO TERMODINÁMICO DE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS Esta parte será desarrollada en torno a los modernos ciclos de vapor y se discutirá el desarrollo de los ciclos termodinámicos básicos que se utilizan para generación de energía eléctrica. Al desarrollarse los ciclos de vapor modernos se han tenido que introducir los medios para evaluar si eficiencia y sus respectivas implicaciones económicas. Una central generadora utiliza un ciclo de vapor donde el agua sufrirá varios procesos termodinámicos durante este ciclo. La figura No. 2.0 es un diagrama simplificado de una planta de vapor moderna, mostrando los elementos esenciales del mismo. FIG. N°. 2.0 CICLO DE VAPOR SIMPLIFICADO DE UNA CENTRAL GENERADORA.
  39. 39. 39 U. V. CAPITULO II Una mitad del ciclo consiste de un generador de vapor, la fuente de calor y sus auxiliares; la otra parte del ciclo es una turbina, la cual consta de turbogeneradores y calentadores de alimentación. 2.1 CICLO RANKINE El ciclo básico de vapor utilizado por las centrales termoeléctricas es conocido como ciclo Rankine. Dicho ciclo generalmente se usa para expresar el comportamiento ideal de una maquina de vapor, recíprocamente ó de una turbina, las cuales operan en conjuntos con otros equipos y forman lo que se llama una planta de vapor. Ahora consideramos el ciclo Rankine sencillo para vapor que se muestra esquemáticamente en la fig. No. 2.1 con su respectivo diagrama (T-S) FIG. N°. 2.1 CICLO RANKINE SENCILLO Y SU REPRESENTACIÓN EN EL DIAGRAMA T-S
  40. 40. 40 U. V. CAPITULO II El cual se explica de la siguiente manera: El agua se bomba hacia la caldera por la bomba de alimentación (proceso A-B). En el proceso (B-C) el agua es calentada para producir vapor saturado seco. El vapor saturado seco se expande a través de una turbina isentrópicamente, esto es sin perdidas, en un proceso (C-D); produciendo trabajo en flecha de la turbina. Finalmente el vapor húmedo que sale de la turbina entrega si calor en el condensador retornando a su estado líquido (proceso D-A). El calor introducido a la caldera esta representado por el área (EABCDFE) en el diagrama T-S. El trabajo realizado por este ciclo esta representado por el área (ABCDA). El calor rechazado hacia el condensador está representado por el rectángulo ADFEA. En el campo de la energía la eficiencia térmica (N) esta definida como: N = = Dicho de otra manera y representado en los ejes presión – volumen y en los Ejes temperatura – Entropía de la figura No. 2.1.2, lo anterior se expresa de la siguiente manera: AREA ABCDA AREA EABCDFE Energía para la Generación Entrada de Calor
  41. 41. 41 U. V. CAPITULO II FIG. N°. 2.1.2 CICLO DE RANKINE Considérese un kilogramo de vapor con una presión P1 y una entalpía total H1, que entra una turbina en punto 1. Dentro de la maquina se realiza una expansión adiabática desde 1 a 2s en donde la presión final es P2 fig. 2.1.2. En el punto 2s el vapor principal a condensarse; este proceso, que continua hasta el punto 3 en el condensador, se lleva a cabo a una presión constante P2 y llega a ser líquido saturado en el punto 3. Enseguida la bomba ejerce presión en el líquido para descargarlo en el G. V., el incremento de presión es de P2 a P1 hasta el punto 4. La acción de la bomba también es isoentrópica y el liquido entra al G. V. con una entalpía H4 la entalpía se incrementa en el G.V. y el fluido nuevamente llega a saturarse en el punto 5. El cambio de entalpía sigue dentro del Generador de Vapor hasta que llega a H1 y el ciclo 1,2s, 3, 4, 5 se completa. En el diagrama (T-S) el punto 1’ muestra un sobrecalentamiento del vapor, incrementando así su temperatura hasta 1’, para después trabajar en la turbina de alta presión y llegar hasta el punto 6’.
  42. 42. 42 U. V. CAPITULO II 2.2 CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTO El primer desarrollo del ciclo Rankine hacia un ciclo de vapor más práctico, involucró el incremento de la presión y temperatura del vapor para enviarlo a una turbina. El ciclo de vapor sobrecalentado se muestra en l figura 2.2 con su respectivo diagrama T-S. FIG. N°. 2.2 CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTO Y SU REPRESENTACIÓN EN EL DIAGRAMA T-S. En el ciclo con sobrecalentamiento el vapor saturado seco que sale del domo se le agrega calor antes de enviarlo a la turbina. Para la misma calidad de vapor de escape esto es el mismo punto D, el incremento en el trabajo realizado se muestra en la figura anterior, la cantidad de calor rechazado es la misma que para el ciclo Rankine sencillo. Por lo que hay una mejora en la eficiencia del ciclo.
  43. 43. 43 N = = = U. V. CAPITULO II AREA ABC, D Energía para la Generación AREA (P+Q) AREA EABC,CF Entrada de Calor AREA (P+Q+R) La Eficiencia del ciclo con sobrecalentamiento es mayor que la eficiencia del ciclo Rankine Sencillo ya que el área ( P+Q ) / ( P+Q+R ) es mas grandes que Q/ ( Q+R ). El ciclo con sobrecalentamiento se escogió para tener los mismas condiciones en el escape que en el ciclo Rankine sencillo, sin embargo una ventaja muy importante de sobrecalentar el vapor es que mediante el incremento de la temperatura y la presión del ciclo, la humedad en el escape de la turbina es posible mantenerla dentro de los limites de presión y temperatura del vapor recomendables de operación. 2 .3. CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO. El deseo de mayores incrementos en las condiciones del ciclo y consecuentes incrementos en la eficiencia del ciclo, llevo hacia la adición del recalentamiento en el vapor después de la expansión en la turbina de alta presión. El ciclo con recalentamiento se muestra en la figura No. 2. 3 y con diagrama T—S de la misma figura.
  44. 44. 44 N = = U. V. CAPITULO II FIG. N°. CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO Y SU REPRESENTACON EN EL DIAGRAMA T—S. En el ciclo con recalentamiento, el vapor con una condición inicial de temperatura se expande particularmente a través de la turbina ( proceso C—D ) realizando una parte de trabajo, y entonces es enviado de regreso al generador de vapor en donde se recalienta aproximadamente hasta su temperatura original ( proceso D—E ). El vapor recalentado es alimentado nuevamente hacia el resto de la turbina ( proceso E—F ) y luego se condensa. El ciclo con recalentamiento incorpora una mejora en la eficiencia térmica, sobre el ciclo con recalentamiento. La eficiencia térmica a partir del diagrama T—S es : AREA A B C D E F Energía para la Generación AREA GABCDEFH Entrada de Calor
  45. 45. 45 U. V. CAPITULO II 2.4 CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO REGENERATIVODE AGUA Para complementar el estudio de los ciclos de vapor, se vera a continuación el ciclo con recalentamiento regenerativo de agua; físicamente una parte del vapor es extraído en varios puntos de la turbina y se condensa al calentar el agua proveniente del tanque de agua de alimentación que va con dirección a la caldera. En la figura No. 2. 4.ilustra la mejora en la eficiencia térmica adjudicable al vapor de extracción que entrega todo su calor al agua de alimentación y que entrega muy poco o nada al condensador. Fig: N°. 2. 4 CICLO RANKINE SENCILLO CON CALENTAMIENTO REGENERATIVO DE AGUA Y SU REPRESENTACIÓN EN EL DIAGRAMA T-S
  46. 46. 46 Existirá una pequeña perdida de trabajo disponible, por el vapor de extracción que no se expandió en la turbina, sin embargo esta perdida es compensada por la ganancia de eficiencia del ciclo. Entre mas calentadores se instalan, mayor sera la mejora en eficiencia térmica. Sin embargo, el incremento en la ganancia por cada calentador adicional se reduce a medida que el numero de calentadores s incrementa. En la siguiente figura se muestra el ciclo con calentamiento regenerativo aplicado a un ciclo con recalentamiento de vapor. FIG. N°. 2. 4.1 CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO Y CALENTAMIENTO REGENERATIVO DEL AGUA .
  47. 47. 47 U. V. CAPITULO II SUBTEMA 3. 0. REGIMEN TERMICO. Este es un parámetro básico que deben controlar las unidades de generación, pues en mucha medida de el depende el cumplimiento de algunos de los objetivos fijados por las mismas en la reunión anual llamada Determinación y Evaluación de Objetivos ( por sus siglas D. E. V. O. ). Para poder determinar su calculo, veremos a continuación algunos términos que emplearemos en este apartado. Calor: Es la energía en movimiento desde un cuerpo caliente a oto que esta frio. El calor fluye debido a la diferencia de temperatura entre dos cuerpos. Caloría; Es la cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura de un gramo de agua en 1° C. 1 caloría = 4. 184 Joules. 1 kilocalorías = 1,000 Calorías Calor Sensible de un liquido: Es el calor que absorbe el agua hasta alcanzar la temperatura de ebullición, la cual es de 100° C, al nivel del mar. Temperatura de saturación: Es la temperatura la cual hierve el agua o se condensa el vapor a una presión dada, en el caso de un lugar que se encuentra al nivel del mar la presión es de 1.033 kg/cm y la temperatura de saturación es de 100° C. Calor Latente de Vaporización: Es el calor necesario para el cambio de fase del agua en estado liquido a vapor a temperatura constante. Calor Sensible del vapor : Es el calor necesario para incrementar la temperatura del vapor saturado para convertir en vapor sobrecalentado.
  48. 48. 48 U. V. CAPITULO II Fig. N°. 3.0.1 Proceso de calentamiento de agua y generador de vapor. Entalpía: Es la propiedad de vapor, cuyo valor define la cantidad de energía térmica a una presión y temperatura particulares, la cual se mide en unidades térmicas kcal/kg.
  49. 49. 49 U. V. CAPITULO II SUBTEMA 3.1 REGIMEN TERMICO . ( RT ) El régimen térmico es una medida de rendimiento térmico de la operación del grupo de el generador de vapor–turbina–generador eléctrico, el cual es efectuado por las condiciones de operación y de diseño, como las perdidas del generador de vapor. El Régimen Térmico se exprese de la siguiente manera: RT = CTU = Consumo Térmico Unitario EGV Eficiencia del Generador de Vapor Pero, ¿ Que tiene que ver el CTU con el Régimen Térmico? pues bien en la fig. No. 3. 1, se muestra un esquema muy general que representa energéticamente hablando una Unidad de producción termoeléctrica, donde se puede, apreciar que el CTU esta implicado en el régimen térmico es decir que aparte de incluir el consumo térmico del grupo turbina—generador---auxiliares, el régimen térmico considera el consumo térmico del generador de vapor. FIG. N°. 3.1 ESQUEMA ENERGÉTICO
  50. 50. 50 U. V. CAPITULO II SUBTEMA 3. 2 . CONSUMO TERMICO UNITARIO. ( CTU ) El consumo térmico unitario es el consumo térmico de un conjunto turbina generador—auxiliares, de una central termoeléctrica necesaria para la producción de energía eléctrica. Para determinar el CTU se considera al generador de vapor una caja negra que entra energía a través del agua de alimentación. La forma general de la expresión que define al CTU es: CTU = Calor suministrado al ciclo Salida Eléctrica. Para obtener el CTU se ocupa el procedimiento simplificado PTC6.1 ANSI/ASME la cual involucra el flujo y entalpías: CTU según PTC6.1 1984 ASI/ASME CTU = FAA (Hvp- haa ) +FRC ( HRC- HRF ) KWG. DONDE: FAA = Flujo de agua de alimentación. ( kg/h ) Hvp = Entalpía de vapor principal. ( kcak/ kg ) Haa= Entalpía de agua de alimentación. ( kcal/kg ) FRC = flujo de vapor de recalentamiento caliente. ( kcal/h ) HRC = Entalpía de vapor recalentado caliente. ( kcal/kg ) HRF = Entalpía de vapor recalentado frío. ( kcal/kg ) KWG = Potencia eléctrica en terminales del Generador. ( Mw )
  51. 51. 51 U. V. CAPITULO II En el calculo del CTU según ASI/ASME, es un procedimiento simplificado de ASME para pruebas de acepracion; este procedimiento tiene por objeto reducir el costo de la prueba de aceptación y esta basada en una medicion precisa del flujo de agua de alimentación, en la siguiente figura se aprecia una curva de diseño del comportamiento del CTU con respecto a la carga de la unidad fig. N° 3.2. FIG. N°. 3.2 TENDENCIA DE CTU RESPECTO A LA CARGA DE LA UNUDAD SUBTEMA 3. 3 EFICIENCIA DEL GNERADOR DE VAPOR ( EGV ) La eficiencia del generador de vapor se define como el calor que se absorve en la caldera, dividido entre el calor cedido, por el combustible, en la figura Nª. 3. 3 se puede apreciar la curva de diseño de la eficiencia del generador de vapor respecto a al carga de la unidad.
  52. 52. 52 U. V. CAPITULO II FIG. Nª. 3.3 TENDENCIA DE LA EFICIENCIA DEL GENERADOR DE VAPOR RESPECTO A LA CARGA DE LA UNIDAD La definición antes mencionada se puede expresar de la siguiente manera EGV = Fvp ( Hvp-haa ) +FRA ( HRC- HRF ) F. combustible x P. C. S. DONDE: EGV = Eficiencia del Generador de Vapor, en % incluyendo Caldera, hogar, paredes de agua, economizandor y calentador de aire. Fvp = Flujo de vapor principal producido en Kg/h. Hvp= Entalpía de vapor principales Kcal/kg. Haa= Entalpía del agua de alimentación al economizador en Kcal/kg. FRC = Flujo de vapor recalentado caliente producido en Kg./h
  53. 53. 53 U. V. CAPITULO II HRC= Entalpia de vapor recalentado caliente en Kcal/Kg. HRC = Entalpia de vapor recalentado frio en Kcal/kg. Fcomb=. Flujo de combustible quemado en Kcal/kg. P.C.S. = Poder calorifico superior del combustible Kcal/kg % de carga SUBTEMA 3.4. REGIMEN TERMICO OPTIMO. (RTO ) El régimen térmico optimo es aquel que se da en condiciones optimas, que son: carga al 100% de generación, presión y temperatura del vapor, estas condiciones de operación son en principio las de diseño en la figura No.3.4 se aprecia la curva de diseño del régimen térmico respecto a la carga de una unidad generadora, aunque también pueden ser condiciones arbitrarias, en las que las unidades dan su mejor rendimiento, las que generalmente son las siguientes: Parámetros de control. 1. Carga al 100% 2. Temperatura del aire para la combustión medida en la descarga de ventiladores de tiro forzado VTF: 25º C o la temperatura medida para el sitio de la central 3. Calidad de combustible: 10.5% de contenido de hidrogeno (H2) en combustoleo. 4. Temperatura de agua de circulación a la entrada del condensador: la mínima promedio anual para cada tipo de central, ya sea; circuito cerrado, con torre de enfriamiento o circuito abierto de agua de mar río o laguna.
  54. 54. 54 U. V. CAPITULO II 5. Temperaturas de gases a la salida de precalentadores: 160ºC. 6. Vacilen el condensador, la condición lograda en las pruebas de aceptación ,cuando la unidad se encuentra en condiciones optimas. 7. Todos los calentadores de agua de alimentación en servicio. 8. Exceso de aire en la combustión. El mínimo resultado de las pruebas de puestas a punto de la combustión. 9. Presión nominal de vapor principal. 10. Temperatura nominal de vapor principal. 11. Temperatura nominal del vapor recalentado. 12. Flujos normales en atemperaciones de vapor sobrecalentado. 13. Consumo eléctrico de auxiliares del 5% de la potencial total o carga al 100%. 14. Condiciones de turbina y condensador normales según pruebas de aceptación. 15. Todos los quemadores en servicio del generador de vapor. 16. Calentadores regenerativos de aire limpios y con sellos axiales en buen estado. 17. Aislamiento térmico en buen estado
  55. 55. 55 U. V. CAPITULO II FIG. 3.4 TENDENCIA DEL REGIMEN TERMICO RESPECTO A LA CARGA DE LA UNIDAD SUBTEMA 3.5. REGIMEN TERMICO DECLARADO. ( RTD ) El Régimen Térmico Declarado el cual se expresa en Kcal/KW-h es el que se da en los informes de operación de una unidad generadora, sea mensual, semestral y anual y se expresa de la siguiente manera: RTD = Fcomb x P.C.S. ENERGI NETA DONDE: Fcomb:= Flujo de Combustión consumido en el periodo en Kg. P.C.S. = Poder Calorífico Superior del Combustible en Kcal/Kg.
  56. 56. 56 U. V. CAPITULO II Energía Neta = Cantidad de energía producida en las terminales del generador a la cual se le a restado la consumida por los auxiliares.
  57. 57. 57 U. V. CAPITULO II SUBTEMA 4. CALCULO DEL REGIMEN TERMICO Régimen térmico declarado (RTD ) unidad al 100%. RTD = Fcomb x P. C. S. ENERGIA F. comb = 77530 Kg/hr. P: C: S: = 10 000 Kcal/Kg. Energía Salida de Terminales del Generador = 350 000 KW RTD = 77530 Kg/hr x10 000 Kcal/ hr 350 000 RTD = 2215.14 Kcal/Kw-hrs. RTD = 9274.3481 KJ/kw-hrs. Régimen Térmico Optimo (RTO ) RTO = CTU E.G.V. C.T.U. = Consumo Térmico Unitario E. G. V. = Eficiencia del Generador de vapor DONDE: CTU = FAA (Hvp –haa ) +FRC (HRC- HRF ) KWG
  58. 58. 58 U. V. CAPITULO II FAA = 1,100,209 Kg/h Hvp = 811.70 Kcal/Kg Haa = 270.20 Kcal/Kg FRC = 970,880 Kg/h HRC = 843. 60 Kcal/Kg RFC = 740.20 Kcal/Kg Kwg = 350,000 KW CTU = 1100 209 ( 811.70 – 270.20 ) +970 880 ( 843.60 -740.20 ) 350 000 CTU= 696152165 Kg/h ( kcal/kg ) = kcal/h 350 000 kw kw CTU = 1989.06 kcal kw- h CTU = 8327.79 KJ/kw-h E.G.V. = Fvp ( H vp – haa ) +FRC ( HRC –HRF ) Fcombs x P.C. S. Fvp = 1099 568 kg/h Hvp = 811.70 kcal/kg Haa = 270.20 kcal/kg FRC = 970.880 kg/h HRC = 843.60 kcal/kg HRF = 740.20 kcal/ kg F. comb = 77530 P.C.S. = 10 000 kcal /kg E.G.V. = 1 099 568 ( 811.70-270.20 ) +970 880 ( 843.60-740.20 ) 77 530 x10 000
  59. 59. 59 U. V. CAPITULO II E.G.V. = 69,5805,064 775,300.000 E.G.V. = 0.897 X 100 E.G.V. = 89.7 % Unidades: EGV = kg/hr (kcal/kg) kg/hr ( kcal/kg ) EGV= Adimencional RTO = 1989.06 kcal/kw-h 0.897 RTO = 2216.46 kcal. kw-h RTO = 9279.874 KJ/kw-hrs Como se puede apreciar para una misma carga el régimen térmico declarado es mayor al régimen térmico optimo. Esta diferencia de valores es normal, pero siempre se pretende disminuir esta desviación , optimizando o disminuyendo el régimen térmico declarado.
  60. 60. 60 U. V. CAPITULO II SUBTEMA 5.0 CONDICIONES QUE AFECTA AL REGIMEN TERMICO Después de haber explicado al realizar el calculo del Régimen Térmico en los capítulos anteriores, es necesario ahora hacer mención de las condiciones o variables de operación de una central termoeléctrica que afectan directamente o indirectamente al régimen térmico, de las cuales se derivan 2 tipos de condiciones internas y externas que se explica a continuación. 5.1 CONDICIONES DE OPERACION Y MANEJO DE COMBUSTIBLE. El proceso de combustión ocupa un lugar importante dentro de la problemática de disponibilidad y eficiencia de las centrales termoeléctricas de el se derivan buena parte de los problemas de ensuciamiento y deterioro de los generadores de vapor. Para el manejo del combustible en una central Generadora es necesario utilizar los parámetros de presión, flujos y temperatura adecuada para utilizar los equipos que suministran el combustible hacia el generador de vapor. Y dichos equipos son: FILTRO DE ACEITE DE COMBUSTIBLE: Dichos filtros son del tipo canasta con una maya en metálica su interior el cual nos ayuda e evitar ensuciamiento de quemadores y que ocasionan a su vez taponamiento en los calentadores regenerativos de aire (CRA).
  61. 61. 61 U. V. CAPITULO II FIG. N°. 5.1.1 FILTRO DE COMBUSTIBLE CALENTADOR PRINCIPAL Estos son intercambiadores de calor del tipo “U” donde por el interior de los tubos fluye el combustible y por fuera fluye el vapor. Dicho vapor es suministrado por el mismo vapor generado del ciclo y todo esto es con la finalidad de incrementar la temperatura del combustible hasta 138ºC. FIG. Nº 5.1.2 CALENTADOR PRINCIPAL DE COMBUSTIBLE.
  62. 62. 62 U. V. CAPITULO II BOMBA PRINCIPAL DE COMBUSTIBLE Es una bomba de desplazamiento positivo la cual suministra el combustible al generador de vapor con una presión adecuada para su combustión dentro del generador de vapor. FIG. Nº. 5.1.3 BOMBA PRINCIPAL DE COMBUSTIBLE Otra parte del manejo del combustible es la atomización del mismo. El tener una combustión completa y el máximo aprovechamiento de la misma esta basado en realizar una mezcla total y homogénea entre el combustible y el oxigeno requerido por el proceso. Una atomización que produzca un tamaño excesivo en las gotas dificultará la combustión motivando así un numero elevado de partículas sin que marque presentarán una gran superficie donde podrán efectuarse con relativa facilidad,
  63. 63. 63 U. V. CAPITULO II reacciones tales como la conversión SO2 a SO3 y el consiguiente deterioro de algunos componentes de la caldera (corrosión) fig. Nº. 5.1.4. Para tener idea de la importancia de la atomización se ha encontrado un incremento del 3% del diámetro de las gotas producidas por un atomizador hasta que aumente un 20% de las partículas sin quemar FIG. Nº 5.1.4 PEQUEÑAS PARTICULAS PRESENTAN MAS SUPERFICIE DE CONTACTO El objetivo básico de la atomización consiste en aumentar el área superficial de líquido, intensificado la vaporización para obtener una mejor distribución de combustible dentro de la cámara, asegurando de esta manera el fácil acceso del oxidante a una gran cantidad de gotas. Atomizadores.- La función de los atomizadores es inyectar el combustible en la cámara de combustión en forma de pequeñas gotas con velocidad y trayectorias tales que propicien un buen mezclado con el aire de combustión. Un líquido sumamente viscoso debe calentarse para facilitar su transporte y en el caso del combustóleo para facilitar su atomización.
  64. 64. 64 U. V. CAPITULO II Atomizadores con vapor.- Los atomizadores con vapor son los más ampliamente usados. Operan con el principio de producción una emulsión vapor- combustible la cual, cuando es liberada dentro del hogar, atomiza el aceite mediante la rápida expansión de vapor. El vapor de atomización debe estar seco porque la humedad ocasiona pulsaciones que pueden conducir a la pérdida de la combustión. FIG. Nº. 5.1.5 ATOMIZADOR DE VAPOR.
  65. 65. 65 U. V. CAPITULO II AERODINÁMICA. Diversas características de la combustión dependen de los aspectos aerodinámicos, por lo que éstos adquieren una gran importancia en el quemado del aceite residuales de petróleo. Un quemador es un dispositivo que produce flama, debe mezclar el l combustible y el agente oxidante en proporciones que se encuentran dentro de los límites de flamabilidad para el encendido así como también para lograr una combustión constante. La aerodinámica del quemador debe propiciar una distribución uniforme del aire de combustión y del combustible. Sin embargo para garantizar en todo momento una mezcla uniforme con todos los productos de combustión interna es necesario además dotar al aire de una elevada turbulencia que favorezca la difusión y una flama bien definida y estable sin estabilidad en la flama se puede presentar la extinción de la combustión o dar como resultado varias pulsaciones del hogar que dañaran los equipos en caso extremos se pueden producir explosiones con efectos desastrosos. FIG. Nº. 5.1.6. COMBUSTIÓN DEFICIENTE DEL RASIDUO CARBONOSO.
  66. 66. 66 U. V. CAPITULO II FIG. Nº. 5.1.7 COMBUSTIÓN COMPLETA DEL RESIDUO CARBONOSO. Por lo antes mencionado si el manejo de combustible es el inadecuado debido a la mala combustión una mala atomización y un ensuciamiento de los quemadores, el control lógico de combustión se modifica para poder ajustar las condiciones del vapor que utiliza la turbina, tanto en presión como temperatura.
  67. 67. 67 U. V. CAPITULO II FIG. Nº. 5.1.8. CONTROL LOGICO DE CARGAS Y COMBUSTIÓN Si el control lógico de combustión se altera o se ajusta para poder incrementar la presión y la temperatura del vapor, trae como resultado un aumento en el consumo de combustible; impactando de forma directa a la eficiencia del generador de vapor e incrementado el valor del régimen térmico, que es el valor que se esta determinando.
  68. 68. 68 U. V. CAPITULO II 5.2. PORCENTAJE DE OXIGENO EN LA COMBUSTIÓN Una de las variables que preocupan o se tiene mucho cuidado es el % de oxigeno para la combustión en el generador de vapor. Es bien sabido que para que exista una combustión se necesitan 3 elementos que son: a) Combustible. b) Oxigeno. c) Calor. Pero a pesar de estos 3 elementos, es necesario tener una combustión adecuada para poder aprovechar la energía total del combustible quemado En un generador de vapor. Siempre debe suministrarse la cantidad adecuada de aire para efectuar la combustión ya que si no es suficiente con respecto a la cantidad de combustible, parte de este no será quemado provocando humo negro en la salida de los gases y disminuyendo la eficiencia de la combustión y efectuando directamente al régimen térmico. Seria ideal si pudiéramos lograr suministrar solo la cantidad de aire teóricamente necesario para lograr quemar los compuestos del combustible suministrado al generador de vapor y lograr con esto su combustión total. Por lo que se observa, es deseable mantener la combustión en bajas excesos de aire para lograr la estabilidad de la combustión y reducir loa perdidas caloríficas al mínimo de manera que la eficiencia sea alta, este punto de máxima eficiencia se llama o es conocido como Punto de humo.
  69. 69. 69 U. V. CAPITULO II Sin embargo no existe un sistema de combustión que, en estas condiciones, logra la mezcla ideal para lograr toda la energía del combustión. Además en caso de que existiera, estaríamos propensos a que en variaciones de carga, la cantidad de oxigeno a quemadores pudiera caer bajo de los niveles estequiometricos ideales, llevando al generador de vapor a condiciones inseguras por el peligro de explosión. El punto de operación deberá estar del lado de la mezcla rica en aire como se muestra en la fig. Nº. 5.2.1 y la cantidad dependerá del tipo de generador de vapor, el sistema de control, el equipo de combustión y del tipo de combustible utilizado. FIG. Nº. 5. 2. 1 ZONA OPTIMA DE OPERACIÓN DE EXCESO DE AIRE.
  70. 70. 70 U. V. CAPITULO II En la figura anterior se observa que el rendimiento o la eficiencia del generador de vapor aumenta al tener una relación aire / combustible optima, hasta alcanzar un valor máximo. Si se sobrepasa este valor la eficiencia del generador de vapor disminuye debido al aumento de las perdidas caloríficas producto al caer la temperatura de los gases en la chimenea por suministrar un mayor excesote aire. En la tabla Nº 5.2.2 se observa como efectuar el exceso de aire a la eficiencia del generador de vapor y al régimen térmico. OXIGENO EN GASES (%) WFIC. DE GEN DE VAPOR (%) REGIMEN TÉRMICO (kcal/Kh-) EXCESO DE AIRE 1 89.61 2176.06 4.7 2 89.42 2181.18 9.89 3 89.21 2187.06 15.66 4 88.97 2193.72 22.11 5 88.41 2200.91 29.37 TABLA Nº. 5.2.2 EFECTO DEL PORCENTAJE DE OXIGENO EN EFICIENCIA DEL GENERADOR DE VAPOR Y EL REGIMEN TERMICO PARA EL 100% DE CARGA. Por ejemplo al tener el 100% de carga se maneja un exceso de aire del 4.7% con el cual se tienen un porcentaje de oxigeno en los gases de combustión del 1% régimen térmico es de 2176.06 kcal/kw-hr. Pero, si para misma carga del 100% el exceso de aire se incrementa a un 9.89% la concentración de oxigeno será de un 2%. La eficiencia de la caldera bajara a 89.42% y el régimen térmico se incrementa a 2181.18 kcal /kw-hr. En conclusión, la combustión mas eficiente es aquella donde el combustible es quemado con la cantidad adecuada de exceso de aire y sin producción de oxigeno de carbono, que dará por resultado una alta eficiencia y un bajo régimen térmico.
  71. 71. 71 U. V. CAPITULO II 5.3 CONDICIONES DE CALENTADORES REGENERATIVOS DE AIRE (CRA ) Y CALENTADORES AIRE VAPOR (CAV ). El precalentamiento de aire para la combustión y la alta recuperación de calor son dos funciones efectuadas por el calentador regenerativo de aire y las cuales reditúan en el ahorro del combustión y el aumento de la eficiencia del generador de vapor. Esta se debe que al proveer aire para la combustión a una temperatura alta, esta se produce en forma rápida y eficiente, además de reducir el consumo de combustible , ya que ahora no es necesario el que se empleaba para alcanzar dicha temperatura, la cual es proporcionada por la recuperación del calor de los gases en su camino a la chimenea. Con combustible comunes (carbón, combustóleo o gas) y condiciones idénticas del hogar, la eficiencia de la unidad generadora de vapor de incrementa cerca de 2.5 % por cada 38ºC que se disminuya la temperatura de los gases a la salida. Esto corresponde aproximadamente a un 2% en la eficiencia por cada 38ºC de incremento en la temperatura del aire. Por ejemplo: Si se proporciona aire para la combustión a temperaturas entre los 159º y 300ºC., se efectúa un ahorro de combustible del 5 al 10% como podemos observar en la fig. Nº.5.3.1
  72. 72. 72 U. V. CAPITULO II FIG. 5. 3. 1 MEJORAMIENTO APROXIMADO EN LA EFICENCIA CUANDO EL AIRE EN LA COMBUSTION ES CALENTADO. Si en el generador de vapor existiera una mala combustión por una deficiencia del oxigeno o una mala atomización, los gases producidos en dicha reacción química llevarían consigo partículas de combustible no quemado o cenizas que se depositarían en los elementos del calentador regenerativo de aire e impedirían una transferencia de calor adecuada producida por una oclusión. Lo cual daría como resultado la deficiencia del mismo e incrementaría el consumo de combustible impactando directamente en el régimen térmico. Una forma de conocer el comportamiento del calentador regenerativo de aire es por medio de su eficiencia la cual esta definida como la caída de temperatura del flujo de gases a través del calentador dividida entre la diferencia de las temperaturas de entrada de aire y gases del calentador, es decir: TGE --- TGS ECR = x100% TGE --- TEA
  73. 73. 73 U. V. CAPITULO II Donde: ECR = Eficiencia del calentador regenerativo de aire TGE = Temperatura del flujo de gases de entrada al calentador regenerativo de aire ( ºC ) TGS = Temperatura del flujo de gases de salida al calentador regenerativo de aire ( ºC ) TAE = Temperatura del flujo de aire de entrada al calentador regenerativo de aire. Por otro lado el empleo de los calentadores de aire a base de vapor, es para incrementar las temperaturas mínimas del metal del calentador regenerativo de aire en su parte fría ( salida de gases ), reduciendo en este ultimo la condensación y por lo tanto, la corrosión ocasionada por el punto de roció en el mismo, como se muestra en la fig. N°. 5.3.2.
  74. 74. 74 U. V. CAPITULO II FIG. Nº. 5.3.2. DIAGRAMA DEL SISTEMA AIRE GASES DE UNA UNIDAD GENERADORA. Por lo comentado anteriormente, podemos decir que el C.A.V. protege al CRA cuando se utilizan combustible que contienen azufre; sin embargo el consumo de calor de vapor suministrado a los CAV’S puede afectar tanto al consumo térmico unitario ( CTU ) como a la eficiencia del generador de vapor, por lo cual el régimen térmico de la unidad se ve afectado. Una parte de calor que se le tiene que quitar ó extraer al ciclo, es el calor suministrado por los CAV’S al aire, debido a que ese calor no efectúa ningún calentamiento del agua del ciclo, ni suministra calor al vapor. Un aumento en este flujo provoca que disminuya el consumo térmico unitario C.T.U. de la unidad,
  75. 75. 75 U. V. CAPITULO II debido a que se incrementa el calor extraído del ciclo, por el contrario una disminución de este flujo nos provocaría un aumento en el consumo térmico unitario (CTU). Sin embargo los CAV’S también influyen en la eficiencia del generador de vapor, lo cual se puede apreciar en la tabla No. 5.3.3 en la cual se puede observar que al estar fuera de servicio los CAV’S la eficiencia aumenta hasta un 90.33% y la pérdida por sobre temperatura en los gases baja hasta un 3.73%. APERTURA DE VALVL. DE CONTROL CAV’S TEMPER. DE AIRE DE ENTRADA A CRA’S TEMPER. DE SALIDA DE GASES CRA’S TEMPER. PROMEDIO EN LADO FRIO DE CRA’S EFICIENCIA A GEN. DE VAPOR PERDIDA POR GASES SECOS PODER CALORIFICO SUPERIOR FLUJO DE COMBUSTIBLE POTENCIA DE LA UNIDAD R.T.D. % ºC ºC ºC % % Kcal Kg T/H MW Kcal Kw-H 100 93.50 172.50 133 88.33 5.44 10,046 78.92 350 2265.23 50 56 148 102 89.46 4.45 9,997 79 350 2256.47 0 30 126.50 78.25 90.33 3.73 10,004 77.79 350 2223.46 FIG. Nº. 5.3.3 PRUEBA DE MEJORAMIENTO DEL G.V. En conclusión podemos decir que el mayor flujo de vapor hacia los CAV’S disminuye el consumo térmico unitario (CTU), pero también que afectan en forma negativa al generador de vapor al disminuir la eficiencia provocando que el régimen térmico (RT) aumente. 5.4. EFECTOS DE LOS CALENTADORES DE ALTA PRESIÓN (CAP) Y CALENTADORES DE BAJA PRESIÓN (CBP) A lo largo del tema de tesis se hizo mención del consejo del consejo de calentamiento regenerativo como un medio para mejorar la eficiencia del ciclo. La temperatura final optima en el agua de alimentación en un ciclo Rankine es por definición, aquella temperatura que proporciona la más alta eficiencia del ciclo.
  76. 76. 76 U. V. CAPITULO II Uno de los beneficios de aumentar la temperatura final del agua de alimentación es que reducirá el tamaño del economizador requerido en la caldera, pero por otro lado, para evitar un incremento en la temperatura de gases en la chimenea, al calentador de aire regenerativo, tendría que se de mayo tamaño, y su costo podría exceder el ahorro en el economizador. Por lo anterior, la temperatura final óptima desde el punto de vista termodinámico. FIG. Nº. 5.4.1 CALENTADOR DE ALTA PRESIÓN (CAP) Cuando se tiene una carga del 100% y un calentador de lata presión o de baja presión llegase a tener problemas en su control de temperatura o en el cuerpo mismo del calentador, este se reflejará en la temperatura final del agua o de la entrada al economizador, y el control lógico de combustión demandará más flujo de combustión hacia el generador de vapor para llegar a los parámetros de
  77. 77. 77 U. V. CAPITULO II temperatura y presión del vapor sobrecalentado, requeridos para mover el turbo-grupo y seguir generando el 100% de carga. FIG. 5.4.2 CALENTADOR DE BAJA PRESIÓN (CBP) Por lo consiguiente la deficiencia de uno de los calentadores de agua de alimentación nos reditúa un consumo adicional del combustible, disminuyendo así la eficiencia del generador de vapor, el aumento del régimen térmico y el costo de producción de energía eléctrica.
  78. 78. 78 U. V. CAPITULO II 5.5 PÉRDIDAS DE VACIO EN EL CONDENSADOR. En una central termoeléctrica el parámetro de vacío es una parte de vital importancia, dicho parámetro es muy relacionado con la presión y temperatura de escape de la turbina de baja presión. Recordando un poco el recorrido de vapor sabemos que después de pasar por la turbina de presión intermedia, el vapor se dirige a la turbina de baja presión, donde ya es de muy baja calidad, por esa razón los álabes de la turbina de baja presión son de otro tipo e aleación metalúrgica. El último paso del vapor es a la llegada en el condensador, donde se realizará un cambio de estado; del estado gaseosos al estado líquido, dicho líquido es llamado como condensado con una temperatura aproximada de 40ºC a 41ºC, depositado en la parte baja del condensador llamado pozo caliente. FIG. Nº. 5.5.1 VACIO DEL CONDENSADOR
  79. 79. 79 U. V. CAPITULO II FIG. Nº. 5.5.2 SISTEMA AGUA DE CIRCULACIÓN El vacío ayuda a realzar una fluidez del vapor en el condensador y para realizar una adecuada transferencia de calor. En un arranque inicial el vacío es creado por un equipo llamado eyector de arranque, que utiliza el principio de la tobera para crear dicho vacío en el condensador, pero en operación normal, el vacío es creado en el condensador por el cambio de estado del vapor.
  80. 80. 80 U. V. CAPITULO II La pérdida de vacío ocasiona las siguientes consecuencias: - Disminución de carga del generador eléctrico. - Cambios de parámetros de presión y temperatura en el ciclo. - Vibración en chumaceras. - Erosión en àlabes. - Desplazamiento axial en el rotor de la turbina. De las consecuencias antes mencionadas las más significativas en primer instancia sería el decremento de la carga en el generador, donde inmediatamente el control lógico de la carga y combustión modificará sus parámetros para contrarrestar dicho decremento. Uno de los parámetros que cambian es el flujo de combustible. Al necesitar más vapor para incrementar la carga de generación hay más consumo del mismo disminuyendo en la eficiencia del ciclo y aumentando el régimen térmico. Esta condición de pérdida de vacío es una condición externa por que la condensación se realiza con agua de mar y dicha agua cambia de temperatura según la época del año la cual es controlable por ser una causa natural.
  81. 81. 81 U. V. CAPITULO II 5.6 EFECTOS DE LA TEMPERATURA DEL AIRE Existen factores y variables que tienen influencia sobre la eficiencia térmica del generador de vapor como son: - Condiciones de operación del sistema de combustión, es decir, la presión del vapor de atomización, la temperatura del combustible, presión diferencial de cajas de aire-hogar, estado en que se encuentran los quemadores y excesos de aire. - Grado de ensuciamiento de la superficie de transferencia de calor como son: sobrecalentamiento, economizador y calentadores de aire regenerativos. - Condiciones climatológicas. Un aspecto importante a considerar en el momento de realizar la prueba de eficiencia son las condiciones climatológicas del sitio, sabiendo que esta tendrá influencia en mayor o menor grado sobre la eficiencia del generador. Estas condiciones son: 1. Temperatura ambiente: Es la temperatura de referencia con la cual se realizan los cálculos de las pérdidas de calor más significativas. 2. Humedad relativa del aire: Incrementa las pérdidas de calor por humedad en el aire. 3. Velocidad del viento. Las pérdidas por radiación se incrementan considerablemente cundo la velocidad del viento es superior a la especificada por diseño. Si el aire entra con una temperatura muy baja al ventilador de tiro forzado que lo introduce al generador de vapor los calentadores aire vapor (CAV) consumirán mas vapor del ciclo y por lo tanto existen pérdidas que aumentarían el régimen térmico.
  82. 82. 82 U. V. CAPITULO II SUBTEMA 6.0 BALANCE ECONÓMICO. A lo largo de todo el tema se hable de eficiencia y Régimen térmico ahora se hablará de costos de combustible y otros rubros. La rentabilidad de una central generadora se basa en los gastos de producción relacionados con la producción misma, dentro de los gastos de producción se encuentran: - Combustible. - Gastos por mantenimiento. - Refacciones. - Pago del personal. - Imprevistos. Nosotros nos basaremos por le momento los gastos de combustible ocupado en la central. En la central cuneta con 6 unidades generadoras, cada unidad tiene su propio tanque principal, cada tanque principal tiene una capacidad de 51 000 000 Lts aproximadamente y una capacidad útil de 45 000 000 a 47 000 000 Lts aproximadamente. Como se muestra en la tabla siguiente.
  83. 83. 83 U. V. CAPITULO II FIG. 6.1 CAPACIDAD DE TANQUE DE ALMACENAMIENTO 6.2 ESTADISTICAS DEL PRECIO DEL COMBUSTIBLE EN 1998.
  84. 84. 84 U. V. CAPITULO II El precio directo del combustible promedio del periodo de 1998 es de $624.00 m3 y se realiza la siguiente estimación de costo de los indirectos. Uso derecho de Puerto $ 43,220.00 Por cada Buque descargado Operación de descarga $ 175,560.00 Por cada Buque descargado Total $ 318,780.00 Por Buque Se considera una carga promedio por buque de 43 000 m3 aproximadamente, lo que arroga un costo promedio de: $7.41 x m3 por otro lado el consumo promedio del generador de vapor es de 82.4 t/n de combustible al 100% de carga. Ese seria el consumo ideal si el generador de vapor estuviese en optimas condiciones. Se llegará a ocurrir un incidente que afectará los parámetros de operación como se observo en el capitulo anterior, entonces el consumo de combustible aumentaría de 2 a 4 t/h aproximadamente según sea el problema. De todo lo anterior obtenemos lo siguiente: Costo promedio de descarga de combustible por cada m3 $7.41 Costo promedio del combustible en el año 1998 $ 614.39 Traido de la refineria de Ciudad Madero Entonces el costo promedio por cada m3 sería: $614.39 + 7.41 $621.80 C.P. = $621.80 x / m3
  85. 85. 85 U. V. CAPITULO II Al día sería $ 621.80 (24) = $14,923.20 El costo promedio del combustible al día por cada m3 $14,923.20 Diarios El costo promedio de combustible a la semana por cada m3 Sería de $ 14,923.20 x (7) = $104,462.40 por semana Costo promedio del Combustible al mes por m3 Sería de $14,923.20 (30) = $447,696 por mes Si el consumo de combustible fuera de 4 t/h Al día seria de $621.98 (4) = $ 2,487.20 $2,487.20 (24) = $59,692.8 C.P. $59,692.80 Diarios Estos gastos por combustible son resultados por problemas en el régimen térmico, a parte falta considerar otros, tales como: Persona, materiales y refacciones, así como gastos por servicios a terceros que incrementan el costo por mega what producido. Nota: El costo promedio del combustible es variable, dependiendo de la procedencia del mismo por el costo de flete.
  86. 86. 86 U. V. CAPITULO II INDICACIONESEXPERIMENTALES META SEPTIEMBRE 1999 META CON MARGEN 1999 REAL SEPTIEMBRE 1999 REGIMEN TÉRMICO (Kcal/Kwhb) 2271 2294 2290 COSTO MANO DE OBRA POR PLAZA (s/ Plaza) 153.5 161.18 222.81 GRAVEDAD (No) 0.473 0.497 0.018 SINIESTRALIDAD (No) 3.17 3.33 0.05 EVENTOS DE CAPAC. FUERA DE PROGRAMA (%) 8.82 10.14 1.47 COSTO TOTAL CON ACTIVOS (S/Mwh) 179.34 182.93 168.73 Concluyendo podríamos decir que es factible operar una unidad generadora de electricidad en condiciones aceptables, ya que de no ser así se tendrían gastos innecesarios de producción que afectaría la rentabilidad de la misma siendo un punto primordial en la Nueva política de privatización de la Energía Eléctrica en nuestro país.
  87. 87. 87 U. V. CAPITULO III CAPITULO III CONCLUSIONES Y PROPOSICIONES
  88. 88. 88 U. V. CAPITULO III CAPITULO III CONCLUSIONES Y PROPOSICIONES El Régimen térmico es un parámetro que permite determinar el comportamiento de los sistemas de una unidad, reflejando la eficiencia en la generación eléctrica. Las unidades de generación eléctricas, típicamente operan a régimen térmico más altos que el de diseño, debido a varios factores específicos. Estos incluyen la carga eléctrica y operación en condiciones fuera de diseño. La realización de este material tiene como objetivo que el lector adquiera una compresión profunda de la influencia de las variables principales de la unidad sobre el régimen térmico, tomando como punto de partida el ciclo Rankine básica y terminando con la aplicación de la técnica de operación a presión variable para unidades que operan con carga cíclica, tomando en cuenta que le gobierno federal hace mucho incapie en la cuestión ecológica, que hoy en día es muy vigilada y sancionada. Por la SEMARNAP, INE Y PROFEPA.
  89. 89. 89 U. V. CAPITULO III BIBLIOGRAFIA - ELEMENTOS CENTRALES II GENRADORES Y GOBERNADORES GILBERTO ENRIQUE HARPER. - CALDERA, TIPOS, CARACTERISTICAS Y SUS FUNCIONES CARL D. SHIELD. - PLANTAS DE VAPOR, ARRANQUE, PRUEBA Y OPERACIÓN CHARLES DONALD SWIKL. - FUNDAMENTOS DE TERMODINAMICA VAN WYLEN - SONNTAG - TERMODINAMICA VIRGIL MORING FAIRES.
  90. 90. 90 U. V. CAPITULO III ANEXOS 1.- Diagrama de SANNEY (perdidas en el ciclo termodinámico). 2.- Estadísticas del precio del combustible de la refinería de MINATITLAN
  91. 91. 91 U. V. CAPITULO III
  92. 92. 92 U. V. CAPITULO III ESTADISTICA DEL PRECIO DEL COMBUSTIBLE EN 1998. REFINERIA MINATITLAN MES COMBUSTOLEO FLETE GRAN TOTALPRECIO $/M3 I.V.A. TOTAL PRECIO $/M3 I.V.A. TOTAL ENERO 684.28 102.64 &786.92 34.56 5.18 $39.74 $826.66 FEBRERO 661.84 99.28 $761.12 34.56 5.18 $39.74 $800.86 MARZO 560.93 84.14 $645.07 38.31 5.75 $44.06 $689.13 ABRIL 480.38 72.06 $552.44 38.31 5.75 $44.06 $596.50 MAYO 406.57 60.99 $467.56 38.31 5.75 $44.06 $511.62 JUNIO 441.98 66.30 $508.28 39.39 5.91 $45.30 $553.58 JULIO 467.88 70.18 $538.06 39.39 5.91 $45.30 $583.36 AGOSTO 536.56 80.48 $617.04 39.39 5.91 $45.30 $662.34 SEPTIEMBRE 506.42 76.26 $584.68 40.94 6.14 $47.08 $631.76 OCTUBRE 526.62 78.99 $605.61 40.94 6.14 $47.08 $652.69 NOVIEMBRE 544.11 40.94 $585.05 40.94 6.14 $47.08 $632.13 DICIEMBRE 519.34 77.90 $597.24 50.34 7.55 $57.89 $655.13 PROMEDIO 528.24 75.85 604.09 39.62 5.94 $45.56 $649.65

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