Ciclo de Rankine para Aquecedores de Alimentação Fechados e Cogeração do Ciclo de Rankine

Ciclo de Rankine com Aquecedores de Água de Alimentação Fechados

Ciclos de Rankine com aquecedores de água de alimentação fechados têm seus benefícios e são mais comumente usados em todas as centrais elétricas modernas. Aquecedor de água de alimentação fechado emprega um modo indireto de transferência de calor, ou seja, o vapor extraído ou sangrado da turbina transfere seu calor indiretamente para a água de alimentação em um trocador de calor do tipo casco e tubo. Como o vapor e a água não se misturam diretamente, tanto o circuito de vapor quanto o circuito de água estão em diferentes pressões. O aquecedor de água de alimentação fechado no ciclo é representado no diagrama T-s conforme mostrado abaixo na Figura 1.

Teoricamente ou idealmente, a transferência de calor no aquecedor de água de alimentação fechado deve ser de tal forma que a temperatura da água de alimentação deve ser aumentada até a temperatura de saturação do vapor de extração (aquecendo a água de alimentação).

Mas na operação real da planta, a temperatura máxima que a água de alimentação pode atingir é normalmente ligeiramente inferior à temperatura de saturação do vapor. A razão pode ser um gradiente de temperatura de alguns graus necessário para a transferência de calor efetiva e eficiente.


Este condensado ou vapor condensado do casco do aquecedor será transferido para o próximo aquecedor (baixa pressão) no ciclo ou às vezes para o condensador.

Diferenciar entre Aquecedor de Água de Alimentação Aberto e Fechado

O aquecedor de água de alimentação aberto e fechado podem ser diferenciados da seguinte forma:

Todas as centrais elétricas modernas estão utilizando a combinação de aquecedores de água de alimentação abertos e fechados para maximizar a eficiência térmica do ciclo.

Fenômeno de Cogeração

A termodinâmica engenharia olha para a conversão da forma valiosa de energia (calor) em trabalho. Nas centrais elétricas, isso é feito transferindo-a para o fluido de trabalho chamado água. Portanto, o objetivo é evitar o desperdício de calor do vapor nos condensadores de turbinas a vapor. Isso é possível se encontrarmos meios de usar o vapor de baixa pressão que vai para o condensador.

Cogeração é o conceito de utilizar o calor do vapor para um propósito útil, em vez de desperdiçá-lo (atualmente desperdiçado nos condensadores).

Cogeração significa Calor e Energia Combinados (CHP), ou seja, a geração simultânea de calor e energia para a indústria que requer vapor de aquecimento de processo. Na planta de cogeração, calor e energia são utilizados judiciosamente, de modo que a eficiência dela pode ser de 90% ou mais. A cogeração oferece economia de energia.

A cogeração oferece a redução no desperdício de grande quantidade de vapor e o mesmo pode ser utilizado em muitos dispositivos na forma de calor. A maioria das indústrias, como papel e celulose, química, têxtil e fibras, e cimento, depende da planta de cogeração para o vapor de aquecimento de processo. A necessidade de vapor de aquecimento de processo nas indústrias acima mencionadas está na ordem de 4 a 5 kg/cm2 a uma temperatura em torno de 150 a 180oC.

Indústrias de papel, química e têxtil requerem tanto energia elétrica quanto vapor de processo para atingir seus objetivos. Portanto, essa necessidade pode ser facilmente atendida através da instalação de uma planta de cogeração de energia.

A temperatura dentro da caldeira está na ordem de 800oC a 900oC e a energia é transferida para a água para produzir vapor com pressão de 105 bar e temperatura em torno de 535oC para plantas de cogeração. O vapor com esses parâmetros é considerado uma fonte de energia de muito boa qualidade e, portanto, é primeiro utilizado na turbina a vapor para produzir energia, e o exaustor da turbina (energia de baixa qualidade) é usado para atender a necessidade de vapor de processo.

A planta de cogeração é conhecida por atender a necessidade de energia enquanto atende a necessidade de vapor de processo dos processos industriais.

A cogeração ideal com turbina a vapor é mostrada na figura 2 acima. Suponhamos que a necessidade de calor de processo Qp seja de 5,0 Kg/cm2 em torno de 100 KW. Para atender a necessidade de vapor de processo a 5,0 Kg/cm2, o vapor é expandido na turbina até que a pressão do vapor caia para 5,0 Kg/cm2 e, assim, produz energia em torno de 20 KW.

O condensado do aquecedor de processo é reciclado de volta para a caldeira para operação cíclica. O trabalho da bomba necessário para elevar a pressão da água de alimentação no ciclo é considerado pequeno, então não é considerado.

Toda a energia transferida para o fluido de trabalho na caldeira é usada na turbina a vapor ou na planta de processo, portanto, o fator de utilização da planta de cogeração é:

Onde,
Qout Calor rejeitado no.
Portanto, na ausência do condensador, o fator de utilização de calor da planta de cogeração é 100%.