O ciclo de Rankine con calentadores de agua de alimentación cerrados ten os seus beneficios e é o máis comúnmente utilizado en todas as centrais eléctricas modernas. O calentador de agua de alimentación cerrado emprega un modo indirecto de transmisión de calor, isto é, o vapor extraído ou sangrado da turbina transmite o seu calor de forma indirecta ao agua de alimentación nun intercambiador de calor de tubos e carcasa. Como o vapor e a auga non se mesturan directamente, ambos os circuitos de vapor e auga están a diferentes presións. O calentador de agua de alimentación cerrado no ciclo está representado no diagrama T-s como se mostra a continuación na Fig:1.
Teoricamente ou idealmente, a transmisión de calor no calentador de agua de alimentación cerrado debe ser de tal xeito que a temperatura da auga de alimentación aumente ata a temperatura de saturación do vapor extraído (calentando a auga de alimentación).
Pero na operación real da central, a máxima temperatura que a auga de alimentación pode alcanzar é normalmente lixeriamente menor que a temperatura de saturación do vapor. A razón pode ser que se requiren poucos graos de gradiente de temperatura para a transmisión de calor eficaz e eficiente.
Este condensado ou vapor condensado da carcasa do calentador debe ser transferido ao seguinte calentador (de baixa presión) no ciclo ou, ás veces, ao condensador.
Os calentadores de agua de alimentación abertos e cerrados poden diferenciarse do seguinte xeito:
Calentador de agua de alimentación aberto |
Calentador de agua de alimentación cerrado |
Aberto e simple |
Máis complexo no deseño |
Boas características de transmisión de calor |
Menos efectiva transmisión de calor |
Mezcla directa de vapor extraído e temperatura da auga de alimentación nun vaso de presión |
Mezcla indirecta de auga de alimentación e vapor nun intercambiador de calor de carcasa e tubos. |
É necesario unha bomba para transferir a auga ao seguinte estado no ciclo. |
As bombas de agua de alimentación cerradas non requiren bomba e poden operar coa diferenza de presión entre os diversos calentadores no ciclo. |
Require máis espazo |
Require menos espazo |
Menos caro |
Máis caro |
Todas as centrais eléctricas modernas están empregando a combinación de calentadores de agua de alimentación abertos e cerrados para maximizar a eficiencia térmica do ciclo.
A termodinámica de enxeñaría estuda a conversión da forma valiosa de enerxía (calor) en traballo. Nas centrais eléctricas, isto fai transfiriendo-a ao fluido de traballo chamado auga. Polo tanto, o obxectivo é evitar o desperdicio de calor do vapor nos condensadores de turbinas de vapor. Isto é posible se atopamos medios para usar o vapor de baixa presión que vai ao condensador.
A cogeneración é o concepto de utilizar o calor do vapor para un propósito útil, en lugar de desperdicilo (actualmente desperdicido nos condensadores).
A cogeneración significa Producción Combinada de Calor e Potencia (CHP), que é a xeración de calor e potencia simultaneamente para a industria que require vapor de proceso. Na central de cogeneración, o calor e a potencia son utilizados de forma judiciosa, polo que a súa eficiencia pode ser tan alta como o 90% ou máis. A cogeneración ofrece ahorro de enerxía.
A cogeneración ofrece a redución no desperdicio de gran cantidade de vapor, e o mesmo pode ser utilizado en moitos dispositivos na forma de calor. A maioría das industrias como papel e pasta, química, textil e fibra e cemento dependen da central de cogeneración para o vapor de proceso. O requisito de vapor de proceso nestas industrias é de 4 a 5 kg/cm2 a unha temperatura arredor dos 150 a 180oC.
As industrias de papel, química e textil requiren tanto enerxía eléctrica como vapor de proceso para lograr o seu obxectivo. Por tanto, este requisito pode ser facilmente atendido mediante a instalación dunha central de cogeneración.
A temperatura dentro da caldera é de orde de 800oC a 900oC e a enerxía transfírese á auga para producir vapor a 105 bar e temperatura arredor dos 535oC para as centrais de cogeneración. O vapor con estes parámetros considerase unha fonte de enerxía de moi boa calidade e, polo tanto, primeiro úsase na turbina de vapor para producir potencia e o escape da turbina (enerxía de baixa calidade) úsase para cubrir o requisito de vapor de proceso.
A central de cogeneración é coñecida por satisfacer o requisito de potencia mentres atende o requisito de vapor de proceso dos procesos industriais.
A cogeneración ideal de turbina de vapor móstrase na figura 2 arriba. Supoñamos que o requisito de calor de proceso Qp é de 5.0 Kg/cm2 arredor dos 100 KW. Para atender o requisito de vapor de proceso a 5.0 Kg/cm2, o vapor expandese na turbina ata que a presión do vapor caia a 5.0 Kg/cm2 e, así, produce potencia arredor dos 20 KW.
O condensado do calentador de proceso reciclase de volta á caldera para a operación cíclica. O traballo da bomba necesario para elevar a presión da auga de alimentación no ciclo considerase pequeno, polo que non se ten en conta.
Toda a enerxía transfirida ao fluido de traballo na caldera utilízase ou na turbina de vapor ou na planta de proceso, polo que o factor de utilización da central de cogeneración é:
Onde,
Qout Calor rexeitado no.
Así, na ausencia do condensador, o factor de utilización de calor da central de cogeneración é do 100%.
