Ciclo Rankine con calentadores de agua de alimentación cerrados
Ciclo de Rankine con calentadores de agua de alimentación cerrados están teniendo sus beneficios y se utiliza más comúnmente en todos los modernos plantas de energía. Calentador de agua de alimentación cerrado emplea un modo indirecto de transferencia de calor, es decir, el vapor extraído o el vapor de sangrado de la turbina transfiere su calor indirectamente para alimentar el agua en la carcasa y el tubo intercambiador de calor. Como el vapor y el agua no se mezclan directamente, entonces ambos vapor y los circuitos de agua están a diferentes presiones. El cierre del calentador de agua de alimentación en un ciclo se representa en el diagrama T-s como se muestra abajo en la Fig:1.
Teóricamente o idealmente la transferencia de calor en un ambiente cerrado calentador de agua de alimentación debe ser de tal manera que la temperatura del agua de alimentación se incremente hasta la temperatura de saturación del vapor de extracción (calentando el agua de alimentación).
Pero en la operación real de la planta la temperatura máxima que agua de alimentación puede asistir es normalmente un poco menos que el de la saturación-temperatura del vapor. La razón puede ser unos pocos grados gradiente de temperatura se requiere para la transferencia de calor efectiva y eficiente.
Este condensado o vapor condensado de la cáscara del calentador será transferido al siguiente calentador (de baja presión) en el ciclo o a veces al condensador.
Diferenciar entre el calentador de agua de alimentación abierto y cerrado
El abierto y calentadores de agua de alimentación cerrados se pueden diferenciar de la siguiente manera:
| Calentador de agua de alimentación abierta | Calentador de agua de alimentación cerrado |
| Abierto y simple | Más complejo en el diseño |
| Buenas características de transferencia de calor | La transferencia de calor menos efectiva |
| Mezclando directamente el vapor de extracción y la temperatura del agua de alimentación en un recipiente a presión | Mezclando directamente el agua de alimentación y vapor en un intercambiador de calor de tipo casco y tubo. |
| Se requiere una bomba para transferir el agua a la siguiente etapa del ciclo. | Las bombas de agua de alimentación cerradas no requieren bomba y pueden funcionar con la diferencia de presión entre los diversos calentadores del ciclo. |
| Requiere más área | Requiere menos área |
| Menos expansivo | Más caro |
Todas las centrales eléctricas modernas emplean la combinación de calentadores de agua de alimentación abiertos y cerrados para maximizar la eficiencia térmica del ciclo.
Fenómeno de Cogeneración
Ingeniería termodinámica busca convertir la valiosa forma de energía (calor) en trabajo. En las centrales eléctricas, esto se hace transfiriéndola al fluido de trabajo llamado agua. Así que el propósito es evitar el desperdicio de calor del vapor en el turbina de vapor condensadores. Esto es posible si se encuentran los medios para utilizar el vapor de baja presión que entra en el condensador.
Cogeneración es el concepto de utilizar el calor del vapor para un propósito útil, en lugar de desperdiciarlo (actualmente desperdiciado en los condensadores).
La cogeneración significa Combinación de calor y energía (CHP) que es la generación de calor y energía simultáneamente para la industria que requiere vapor de calefacción de procesos. En cogeneración planta, tanto el calor como la energía son juiciosamente utilizados por lo que la eficiencia de la misma puede ser tan alta como el 90% o más. La cogeneración ofrece ahorro de energía.
La cogeneración ofrece la reducción del desperdicio de grandes cantidades de vapor y la misma puede ser utilizada en muchos dispositivos en forma de calor. La mayoría de las industrias como la del papel y la pulpa, la química, la textil y la de fibras y cemento dependen de la planta de cogeneración para el proceso de calentamiento de vapor. Los requerimientos de vapor de calor de proceso en las industrias mencionadas son del orden de 4 a 5 kg/cm2 a una temperatura de alrededor de 150 a 180oC.
Las industrias papelera, química y textil requieren tanto energía eléctrica y procesar el vapor para lograr su objetivo. Por lo tanto, este requisito puede cumplirse fácilmente mediante la instalación de una planta de cogeneración.
La temperatura en el interior de la caldera es del orden de 800oC a 900oC y la energía se transfiere al agua para producir vapor a una presión de 105 bar y una temperatura de alrededor de 535oC para las centrales de cogeneración. El vapor en estos parámetros se considera como una fuente de energía de muy buena calidad y, por lo tanto, se utiliza primero en la turbina de vapor para producir energía y el escape de la turbina (energía de baja calidad) se utiliza para cumplir con el requisito de proceso vapor.
La planta de cogeneración es conocida por cumplir con los requisitos de energía y al mismo tiempo con los requisitos de vapor de proceso de los procesos industriales.
La co-generación ideal de turbinas de vapor se muestra en la figura 2 de arriba. Digamos que el calor de proceso requerido Qp es de 5.0 Kg/cm2 a unos 100 KW. Para cumplir con el requisito de vapor de proceso a 5.0 Kg/cm2 el vapor se expande en la turbina hasta que la presión del vapor cae a 5.0 Kg/cm2 y por lo tanto produce la potencia alrededor de 20 KW. El condensado del calentador de proceso se recicla y se devuelve a la caldera para su funcionamiento cíclico. El trabajo de bombeo necesario para aumentar la presión del agua de alimentación en el ciclo se considera como pequeño, por lo que no se considera.
Toda la energía transferida al fluido de trabajo de la caldera se utiliza en turbina de vapor o en la planta de proceso, por lo que el factor de utilización de la planta de cogeneración es:
Dónde,
Qfuera El calor rechazado en el.
Así, en ausencia del condensador, el factor de utilización del calor de la planta de cogeneración es del 100%.
