Central Térmica de Generación Eléctrica o Estación Térmica de Energía
¿Qué es una central térmica?
Una central de generación térmica o central térmica es la fuente más convencional de electricidad. La central térmica también se conoce como central térmica de carbón y central de turbina de vapor.
Vamos a profundizar en cómo funciona una central térmica.
Teoría de la Central Térmica
La teoría de las centrales térmicas o el funcionamiento de las centrales térmicas es muy sencilla. Una central de generación de energía consta principalmente de un alternador que funciona con la ayuda de una turbina de vapor. El vapor se obtiene de calderas de alta presión.
En general, en India, se utiliza hulla, lignito y turba como combustible para la caldera. La hulla utilizada como combustible de la caldera tiene una materia volátil del 8 al 33% y un contenido de cenizas del 5 al 16%. Para aumentar la eficiencia térmica, el carbón se usa en la caldera en forma de polvo.
En una central térmica de carbón, el vapor se produce a alta presión en la caldera de vapor debido a la quema del combustible (carbón pulverizado) en los hornos de la caldera. Este vapor se supercalienta aún más en un supercalentador.
Este vapor supercalentado luego entra en la turbina y hace girar las palas de la turbina. La turbina está acoplada mecánicamente a un alternador de tal manera que su rotor girará con la rotación de las palas de la turbina.
Al entrar en la turbina, la presión del vapor disminuye repentinamente y el volumen correspondiente del vapor aumenta.
Después de transferir energía al rotor de la turbina, el vapor sale de las palas de la turbina y entra en el condensador.
En el condensador, se circula agua fría con la ayuda de una bomba, lo que condensa el vapor húmedo de baja presión.
Este agua condensada se suministra posteriormente a un calentador de agua de baja presión, donde el vapor de baja presión aumenta la temperatura de este agua de alimentación; se vuelve a calentar a alta presión.
Para una mejor comprensión, proporcionamos cada paso de la función de una central térmica a continuación,
Primero, el carbón pulverizado se quema en el horno de la caldera de vapor.
Se produce vapor de alta presión en la caldera.
Este vapor luego pasa por el supercalentador, donde se calienta aún más.
Este vapor supercalentado luego ingresa a la turbina a alta velocidad.
En la turbina, esta fuerza de vapor hace girar las palas de la turbina, lo que significa que en la turbina la energía potencial almacenada del vapor de alta presión se convierte en energía mecánica.
Diagrama de Línea de la Planta de Energía
Después de hacer girar las palas de la turbina, el vapor ha perdido su alta presión, sale de las palas de la turbina y entra en un condensador.
En el condensador, se circula agua fría con la ayuda de una bomba, lo que condensa el vapor húmedo de baja presión.
Esta agua condensada se suministra posteriormente a un calentador de agua de baja presión, donde el vapor de baja presión aumenta la temperatura de este agua de alimentación, luego se vuelve a calentar en un calentador de alta presión, donde se utiliza la alta presión del vapor para el calentamiento.
La turbina en la central térmica actúa como motor principal del alternador.
Visión General de la Central Térmica
Una central térmica típica opera en un ciclo que se muestra a continuación.
El fluido de trabajo es agua y vapor. Esto se llama el ciclo de agua de alimentación y vapor. El ciclo termodinámico ideal al que se asemeja la operación de una central térmica es el ciclo de Rankine.
En una caldera de vapor, el agua se calienta quemando el combustible en el aire en el horno, y la función de la caldera es producir vapor sobrecalentado seco a la temperatura requerida. El vapor producido se utiliza para impulsar las turbinas de vapor.
Esta turbina está acoplada a un generador síncrono (generalmente un alternador síncrono trifásico), que genera energía eléctrica.
El vapor de escape de la turbina se permite condensarse en agua en el condensador de vapor de la turbina, lo que crea succión a muy baja presión y permite la expansión del vapor en la turbina hasta una presión muy baja.
Las principales ventajas de la operación de condensación son la mayor cantidad de energía extraída por kilogramo de vapor, lo que aumenta la eficiencia, y el condensado, que se devuelve a la caldera, reduce la cantidad de agua de alimentación fresca necesaria.
El condensado, junto con algo de agua de alimentación fresca, se vuelve a suministrar a la caldera mediante una bomba (llamada bomba de alimentación de la caldera).
En el condensador, el vapor se condensa con agua de refrigeración. El agua de refrigeración se recicla a través de la torre de enfriamiento. Esto constituye un circuito de agua de refrigeración.
El aire ambiente se permite entrar en la caldera después de la filtración de polvo. También, los gases de escape salen de la caldera y se expulsan a la atmósfera a través de chimeneas. Estos constituyen los circuitos de aire y gases de escape.
El flujo de aire y también la presión estática dentro de la caldera de vapor (llamado tiro) se mantienen mediante dos ventiladores llamados Forzado (FD) y Inducido (ID).
El esquema total de una central térmica típica junto con diferentes circuitos se ilustra a continuación.
Dentro de la caldera, hay varios intercambiadores de calor, como Economizador, Evaporador (no se muestra en la figura, es básicamente los tubos de agua, es decir, el circuito de bajante y subida), Supercalentador (a veces Recalentador, precalentador de aire también están presentes).
En el Economizador, el agua de alimentación se calienta considerablemente con el calor residual de los gases de escape.
El Tambor de la Caldera mantiene una cabeza para la circulación natural de una mezcla de dos fases (vapor + agua) a través de los tubos de agua.
También hay un Supercalentador que toma calor de los gases de escape y eleva la temperatura del vapor según sea necesario.
La Eficiencia de la Central Térmica o Planta
La eficiencia general de la planta de energía térmica se define como la relación entre el equivalente térmico de la salida eléctrica y el calor de combustión del carbón. La eficiencia general de una central térmica o planta varía del 20% al 26% y depende de la capacidad de la planta.
