El considerable aumento de la demanda de electricidad en todo el mundo ha dado lugar a un aumento del tamaño de planta de energía. El proceso de generación de energía eléctricaen una combustión de carbón… planta de energía térmica es uno de los métodos más extendidos y convencionales de generación de energía a gran escala en todo el mundo, ya que alimenta enormemente las necesidades de energía de una población de más de 7.000 millones de personas en todo el mundo. El aumento del tamaño requiere un aumento de la necesidad de combustible. Pero como todos debemos saber, la disponibilidad de carbón bajo la corteza terrestre no va a durar para siempre. Por lo tanto, el proceso de generación de energía se está volviendo más y más caro con cada día que pasa.
En segundo lugar, todas las grandes centrales térmicas tienen cientos de instrumentos intrincadamente sofisticados, y cada uno de ellos tiene asociada una cierta cantidad de pérdida de potencia. Así, el resultado final es que la eficiencia de la planta se restringe a sólo un 20 a 26% dependiendo de la capacidad de la planta.
Las dos limitaciones mencionadas anteriormente hacen hincapié en el hecho de que existe una necesidad imperiosa de economizar el proceso de generación de energía, y un economizador es un dispositivo que ayuda a hacer exactamente lo mismo. Así que supongo que valdrá la pena que todos nosotros investiguemos el proceso de economización con mayor detalle.
¿Qué es un economizador?
Un economista es un dispositivo mecánico que se utiliza como intercambiador de calor mediante el precalentamiento de un fluido para reducir el consumo de energía. En un caldera de vapores un dispositivo de intercambio de calor que calienta los fluidos o recupera el calor residual del producto de la combustión, es decir, los gases de combustión en planta de energía térmica antes de ser liberado a través de la chimenea. Los gases de combustión son los gases de escape de la combustión producidos en plantas de energía consisten principalmente en nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua, hollín, monóxido de carbono, etc. Por lo tanto, el economizador en las centrales térmicasse utiliza para economizar el proceso de generación de energía eléctricacomo sugiere el nombre del dispositivo. El calor recuperado se utiliza a su vez para precalentar el agua de alimentación de la caldera, que con el tiempo se convertirá en vapor sobrecalentado. Así, se ahorra en el consumo de combustible y se economiza el proceso en gran medida, ya que esencialmente estamos recogiendo el calor residual y aplicándolo donde se requiere. Sin embargo, hoy en día, además de eso, el calor disponible en los gases de escape puede ser recuperado económicamente usando precalentadores de aire que son esenciales en todas las calderas de carbón pulverizado.
Principio de funcionamiento del economizador
Como se muestra en la figura de arriba, los gases de combustión que salen de la caldera de vapor …que llevan mucho calor. La función del economizador en una central térmica es recuperar parte del calor de los gases de combustión que se arrastran por la chimenea y utilizarlo para calentar el agua de alimentación de la caldera. Es simplemente un intercambiador de calor con gas caliente de combustión en el lado de la cáscara y agua en el lado del tubo con una superficie de calentamiento extendida como las aletas o las branquias. Los economizadores de la central térmica debe ser dimensionado para el volumen y la temperatura de los gases de combustión, la máxima caída de presión que pasa por la chimenea, qué tipo de combustible se utiliza en la caldera y cuánta energía debe ser recuperada.
Cuando el agua se hierve en la caldera de vapor, el vapor que se produce, que luego se sobrecalienta y se pasa a las turbinas. Luego el vapor agotado de las palas de la turbina, pasa a través de condensador de vapor de la turbina en el que el vapor se condensa y esta agua condensada se precalienta primero en el calentador de agua de alimentación y luego en él antes de volver a alimentarse en la caldera.
Se coloca en el pasaje de los gases de combustión entre la salida de la caldera y la entrada a la chimenea. En ella se colocan un gran número de tubos de paredes finas de pequeño diámetro entre dos cabeceras. Los gases de combustión fluyen fuera de los tubos, normalmente a contracorriente.
Proceso de transferencia de calor en el economizador, el evaporador y el recalentador
La transferencia de calor al agua en el generador de vapor tiene lugar en 3 regímenes diferentes, como se muestra en la figura siguiente. El agua es al principio precalentada sensiblemente en el economizador en fase líquida a una cierta presión del estado 4 al estado 5 (véase el diagrama siguiente) hasta que se convierte en un líquido saturado.
Luego se envía al evaporador, donde este líquido saturado se hierve asociando un cambio de fase de 5 a 6 absorbiendo el calor latente de la vaporización, a esa presión particular.
Ahora este vapor saturado en el estado 6 se calienta aún más en el supercalentador, para llevarlo al estado 1, es decir, en forma gaseosa o de vapor. Para la masa unitaria del fluido, la ecuación de transferencia de calor en los 3 tipos de intercambiadores de calor está dada por,
QEconomizador = h5 h4
QEvaporador = h6 h5
QSupercalentador = h1 h6
De estos 3 principales componentes del intercambiador de calor, sólo el economizador funciona con, cero consumo de combustible, y por lo tanto es uno de los equipos más vitales y económicos en una planta de energía térmica.
Tipos de economizador
CI Gilled Tube Economizer
El economizadores de tubo con agallas están hechos de hierro fundido que se fabrican con aletas de hierro fundido graduado, tienen las siguientes características,
- Alta eficiencia óptima debido al contacto adecuado de las branquias con los tubos.
- Se utiliza comúnmente en plantas donde se generan gases de combustión intoxicados debido a la calidad del combustible quemado.
Economizador de tubo redondo con branquias
Está hecho de acero suave fabricado con aletas cuadradas y redondas, soldadas en tubos de acero al carbono sin costura, tienen la característica,
- El contacto adecuado entre los tubos y las aletas está asegurado para una eficiencia óptima.
Economizador tipo tubo en espiral
Estos se utilizan principalmente en plantas de energía térmica y grandes unidades de procesamiento. Estos economizadores de tipo tubo bobinado están fabricados con acero al carbono sin costura, tienen las siguientes características,
- Son muy eficientes en la recuperación del calor de los gases.
- Ocupan muy poco espacio.
Economizador de tubo con aletas horizontal
En este se encuentra el tubo sin costura de acero al carbono soldado con aletas horizontales para hacer un montaje completo del economizador para la transferencia de calor, tienen las siguientes características,
- Se tiene el cuidado adecuado para hacer el contacto de las aletas con los tubos para una perfecta transferencia de calor.
- Se utilizan principalmente en las centrales térmicas.
Tipos de economizadores basados en la eficiencia de la caldera
A lo largo de este artículo, hemos tenido una discusión cualitativa sobre el aspecto económico del economizador, veamos ahora cómo los diferentes tipos de economizadores puede ser montado judicialmente junto con la caldera, a fin de percibir la máxima eficiencia de la caldera. Se clasifican a grandes rasgos en dos tipos, como se ha descrito a continuación.
Economizador sin condensación
El más utilizado, en una central térmica es el economizador sin condensación. Se trata básicamente de serpentines de intercambio de calor que están aleteados en forma de espiral y están situados dentro del conducto de gases de combustión cerca de la región de salida de la caldera. Tienen la capacidad de reducir las necesidades de combustible de una caldera transfiriendo el calor de los gases de combustión de salida al agua de alimentación de la caldera de vapor. Se utiliza en el caso de las calderas de carbón, en las que la temperatura más baja a la que se pueden enfriar los gases de combustión es de unos 250o F (120oC).
Puedes entender bien la discusión anterior, enfriando el gas de combustión por debajo de 250o F y transferir ese calor adicional al agua de alimentación de la caldera habría dado lugar a una mayor eficiencia, pero en una central eléctrica de carbón, esto no debería hacerse, ya que el carbón como combustible contiene azufre en gran medida como impureza. Y el gas de combustión así formado al quemar este carbón, da lugar a la formación de compuestos sulfurosos como por producto. Ahora bien, si se permite que este gas de combustión se enfríe por debajo de 250o F, la condensación de los compuestos gaseosos da lugar a la formación de ácido sulfúrico, que se considera extremadamente corrosivo contra la superficie del metal. Dado que el coste de instalación y mantenimiento de una central eléctrica es enorme, es digno de mención que un economizador sin condensación se instalará para limitar la capacidad de enfriamiento de los gases de combustión a unos 250o F, es decir, por encima de la temperatura de condensación y aumentar la eficiencia global de la caldera en un 3 a 6 %.
Economizador de condensación
El economizadores de condensación se utilizan principalmente en las centrales térmicas de gas natural, ya que tienen la capacidad de mejorar la recuperación de calor residual enfriando el gas de combustión por debajo de su temperatura de condensación, que es de alrededor de 80o F (25oC). Esta variante particular de los economizadores da como resultado una mayor eficiencia de alrededor del 10 al 15% y un funcionamiento más económico, ya que recupera tanto el calor sensible del gas de combustión como el calor latente mediante la condensación del vapor de agua presente en el gas de combustión. Esto es contradictorio con los economizadores convencionales sin condensación, ya que aumentan la eficiencia a sólo un 5 % aproximadamente. Pero la variante de condensación con mayor valor de eficiencia sólo puede utilizarse cuando el gas de combustión no contiene ningún compuesto sulfuroso, nitrato u otros compuestos corrosivos.
Aplicaciones del economizador
Se utiliza en todas las plantas modernas. El uso del economizador resulta en un ahorro de consumo de combustible, aumenta la tasa de vaporización y la eficiencia de la caldera.
Algunos de los comunes aplicaciones del economizador se dan a continuación,
En las centrales eléctricas de vapor captura el calor residual de los gases de las chimeneas de las calderas (gases de combustión) y lo transfiere al agua de alimentación de la caldera.
Los economizadores de aire HVAC (Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado) pueden ahorrar energía en los edificios utilizando aire exterior frío como medio para enfriar el espacio interior.
Refrigeración: Se utiliza comúnmente en la refrigeración industrial donde la refrigeración por compresión de vapor es esencial. Los sistemas con economizadores tienen como objetivo producir parte del trabajo de refrigeración a altas presiones, condición en la que los compresores de gas son normalmente más eficientes.
Ventajas y beneficios del economizador
- Recupera más calor de los gases de combustión que el precalentador de aire normal no puede hacer.
- El debido aumento de los precios del combustible, todos plantas de energía se enfrentan a la presión de aumentar la eficiencia de la caldera. Así que usando el economizador, esta presión puede ser minimizada.
- En las centrales eléctricas en las que no se utiliza, se requiere una gran cantidad de agua para enfriar los gases de combustión antes de la desulfuración, que se reduce al mínimo mediante el uso de economizadores.
- La eficiencia de la central eléctrica se redujo cuando se requirió un precalentador de vapor y aire vapor.
