Ciclo de Rankine
Del diagrama T-s de Ciclo de Rankine es evidente que en el estado 2-2 el fluido de trabajo entra en el caldera y esta temperatura es muy baja para que el agua entre en la caldera. Como resultado de su eficiencia del ciclo es menor.
Regeneración
Hay una forma de superar este problema elevando la temperatura del fluido de trabajo (agua) antes de que entre en la caldera y este proceso se llama regeneración en el vapor plantas de energía.
La forma convencional de hacer regeneración en una central eléctrica es extrayendo el vapor de la turbina después de una expansión parcial o de un trabajo parcial realizado. Este vapor se utiliza para calentar el agua de alimentación y el dispositivo en el que se produce se llama calentador de agua de alimentación o regenerador.
La regeneración mejora la eficiencia del ciclo al aumentar la temperatura inicial del agua de alimentación antes de que el agua, el agua entre en la caldera y también ayuda a controlar el gran flujo de vapor en la salida de la turbina.
La regeneración se utiliza comúnmente en todas las centrales eléctricas donde la eficiencia es importante y el ahorro de combustible es el lema.
Un calentador de agua de alimentación es básicamente un intercambiador de calor donde el calor se transfiere al agua de alimentación extrayendo el vapor parcialmente expandido de la turbina para calentar el agua de alimentación. El calentamiento del agua de alimentación se puede hacer por:
- Calentamiento directo (en un tanque)- El calentamiento directo del agua de alimentación se realiza en tanques o recipientes también llamados calentadores de agua de alimentación abiertos; o
- Por calentamiento indirecto (en un intercambiador de calor de tipo de casco y tubo)- El calentamiento indirecto de vapor y agua se realiza en calentadores cerrados tipo concha y tubo
Regeneración con calentadores de agua de alimentación abierta
El calentamiento abierto o directo del agua de alimentación comprende el vapor extraído del recipiente y el agua de alimentación se mezclan directamente entre sí. La mezcla calentada sale del tanque a una temperatura que está en línea con la presión de la cámara de mezcla. Un ejemplo de central eléctrica que funciona con un ciclo regenerativo de una sola etapa en el diagrama T-s que figura a continuación.
En un ciclo regenerativo de Rankine el vapor entra en la turbina a la presión de salida de la caldera a (5). Después de entrar en la turbina el vapor se expande isoentrópicamente en la turbina hasta el punto (6) o presión intermedia (6), donde es extraído.
En el estado (6) algunos vapor se saca o se extrae y se dirige hacia el calentador de agua de alimentación mientras que el resto del vapor sigue expandiéndose en las etapas restantes de la turbina hasta el final, es decir, el condensador a una presión correspondiente a condensador presión en el estado (7). El condensado en el condensador está a la temperatura de saturación correspondiente a la presión del condensador en (7). Del condensador El condensado sale como un líquido saturado a la presión del condensador (1). El condensado o el agua de alimentación de aquí entra en el calentador abierto de agua de alimentación a través de la bomba (1), donde entra en contacto directo con el vapor extraído de la turbina en (6). La mezcla sale del calentador abierto de agua de alimentación como líquido saturado correspondiente a la presión del calentador a (3). La segunda bomba eleva la presión del agua de alimentación igual a la presión de la caldera (4), en el estado de caldera de agua a vapor y luego se produce el recalentamiento del vapor para que coincida con los parámetros de entrada de la turbina.
Por cada 1 kg de vapor que sale del calderauna cantidad de vapor (y) kg se expande parcialmente en la turbina hasta (6) y se extrae para calentar el agua de alimentación. La cantidad restante de vapor (1 y) kg trabajó completamente sobre el resto de las etapas de la turbina a la presión del condensador.
Si la caldera genera m kg de vapor, entonces es (1-y)m de vapor entra en el condensador. Análisis de la interacción entre el calor y el trabajo para una sola calentador de agua de alimentación por unidad de masa de vapor que fluye a través de la caldera se da por:
Dónde,
La regeneración ayuda a impulsar la eficiencia térmica del ciclo y también el requerimiento de entrada de calor de la caldera al aumentar/mejorar la temperatura del agua de alimentación que entra en el caldera. El número de calentadores de agua de alimentación está teniendo un impacto positivo directo en la Ciclo de Rankine eficiencia térmica, pero la adición de cada calentador debe hacerse juiciosamente después de estudiar el beneficio real y el costo incurrido (se requiere un gasto de capital).
