INFORME DE CENTRALES TERMOELECTICAS (TERMO-PAIPA)
CAMILO ANDRES REYES FREDY LEONARDO BARRERA JOHN FREDY CORSO
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA INGENIERIA AMBIENTA AMBIE NTAL L PROCESOS UNITARIOS TUNJA 2013
INFORME CENTRALES TERMOELECTRICA (TERMO-PAIPA) OBJETIVO GENERAL •
Identificar los principales procesos termodinámicos que se dan en una termoeléctrica.
OBJETIVOS ESPECIFICOS • •
Describir los principales componentes de una termoeléctrica. Identificar los principales impactos ambientales que generan las termoeléctricas que funcionan a base de carbón.
INTRODUCCION Se denominan centrales termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas centrales que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oíl o gas en una caldera diseñada al efecto. l apelativo de !clásicas! o !convencionales! sirve para diferenciarlas de otros tipos de centrales termoeléctricas "nucleares # solares, por e$emplo%, las cuales generan electricidad a partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes energéticas distintas de los combustibles fósiles empleados en la producción de energía eléctrica desde &ace décadas #, sobre todo, con tecnologías diferentes # muc&o más recientes que las de las centrales termoeléctricas clásicas. Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen "fuel-oil, carbón o gas%, el esquema de funcionamiento de todas las centrales termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo. 'as (nicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser in#ectado en la caldera # en el diseño de los quemadores de la misma, que varían seg(n sea el tipo de combustible empleado. )na central termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utili*a "parque de carbón, depósitos de fuel-oil% para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste. Si se trata de una central termoeléctrica de carbón "&ulla, antracita, lignito,...% es previamente triturado en molinos pulveri*adores &asta quedar convertido en un polvo mu# fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la central mediante c&orro de aire precalentado. Si es una central termoeléctrica de fuel-oil, éste es precalentado para que fluidifique, siendo in#ectado posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de combustible. Si es una central termoeléctrica de gas los quemadores están asimismo concebidos especialmente para quemar dic&o combustible.
+a#, por (ltimo, centrales termoeléctricas clásicas cu#o diseño les permite quemar indistintamente combustibles fósiles diferentes "carbón o gas, carbón o fuel-oil, etc.%. eciben el nombre de centrales termoeléctricas mitas. )na ve* en la caldera, los quemadores provocan la combustión del carbón, fuel-oil o gas, generando energía calorífica. sta convierte a su ve*, en vapor a alta temperatura el agua que circula por una etensa red formada por miles de tubos que tapi*an las paredes de la caldera. ste vapor entre a gran presión en la turbina de la central, la cual consta de tres cuerpos -de alta, media # ba$a presión, respectivamente- unidos por un mismo e$e. n el primer cuerpo "alta presión% &a# centenares de álabes o paletas de pequeño tamaño. l cuerpo a media presión posee asimismo centenares de álabes pero de ma#or tamaño que los anteriores. l de ba$a presión, por (ltimo, tiene álabes a(n más grandes que los precedentes. l ob$etivo de esta triple disposición es aprovec&ar al máimo la fuer*a del vapor, #a que este va perdiendo presión progresivamente, por lo cual los álabes de la turbina se &acen de ma#or tamaño cuando se pasa de un cuerpo a otro de la misma., +a# que advertir, por otro lado, que este vapor, antes de entrar en la turbina, &a de ser cuidadosamente des&umidificado. n caso contrario, las pequeñísimas gotas de agua en suspensión que transportaría serían lan*adas a gran velocidad contra los álabes, actuando como si fueran pro#ectiles # erosionando las paletas &asta de$arlas inservibles. l vapor de agua a presión, por lo tanto, &ace girar los álabes de la turbina generando energía mecánica. su ve*, el e$e que une a los tres cuerpos de la turbina "de alta, media # ba$a presión% &ace girar al mismo tiempo a un alternador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. sta es vertida a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un transformador. /or su parte, el vapor -debilitada #a su presión- es enviado a unos condensadores. llí es enfriado # convertido de nuevo en agua. sta es conducida otra ve* a los tubos que tapi*an las paredes de la caldera, con lo cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.
TERMOELECTRICA PAIPA: 'a 0entral 1ermoeléctrica 123/I/ es una generadora de energía eléctrica a base de vapor a través de carbón bituminoso pulveri*ado4 está ubicada en el 5ilómetro 6 via /aipa - 1un$a, 2unicipio de /aipa, Departamento de 7o#acá4 cuenta con una capacidad instalada de 6892:, distribuida en al unidad I con 692;4 la unidad II con <= 2;4 la unidad III con <= 2:4 de propiedad de >?S # la representación comercial de la )nidad I@ de /ropiedad de -0S con una capacidad de generación de 9A= 2;, lo que nos convierte en la 0entral de >eneración 1érmica a 0arbón mas grande del país. 'as partes que integran una termoeléctrica que utili*a carbón como combustible están representadas en el siguiente esquemaB
1. P!"#$ %$ &!' * &+, ,!/!,%/!: l parque de carbón es el lugar de almacenamiento de carbón donde se &ace la respectiva revisión de el # se clasifica cual es apto para utili*arse en el proceso. l carbón es llevado por unas cintas transportadoras a una tolva. 2. T/: s un dispositivo similar a un embudo de gran tamaño destinado al depósito # canali*ación del mineral, suele tener una forma de pirámide o cono invertido, anc&o por la parte superior # estrec&o # abierto por la inferior. n la tolva se deposita el carbón donde se de$a caer por gravedad al molino. 3. M/+/: 2áquina o mecanismo que sirve para triturar una materia &asta reducirla a tro*os mu# pequeños o a polvo. quí el carbón es pulveri*ado finamente para aumentar la superficie de combustión # así me$orar la eficiencia de su combustión. )na ve* pulveri*ad, el carbón se in#ecta en la caldera. . C%$!: ecipiente cerrado de metal donde se &ierve agua &asta conseguir el vapor necesario para mover una máquina con la presión de este como fuer*a motri*. l carbón es in#ectado en la caldera # me*clado con aire caliente para su combustión. 'a caldera está formado por numerosos tubos por donde circula agua, que es convertida en vapor a alta temperatura. 'os residuos sólidos de esta combustión caen al cenicero . C$+&$!/ / 4&$4+$,/ %$ $&/!+: es donde van a caer los residuos que de$a la combustión, esta escoria el almacenada # luego es vendida para utili*arla como base para la creación de concreto 5. /'!$&$,%/: es un elemento en donde, por intercambio calorífico, se eleva la temperatura del vapor saturado procedente de la caldera. n una unidad sobre
calentadora el vapor se dirige &acia atrás a través de los productos de combustión para tomar calor adicional. ste calor adicional produce una ganancia considerable de energía en el vapor que será liberada en la turbina. n termopaipa utili*an sobrecalentado radianteB los tubos están locali*ados casi siempre detrás de la pared de pantalla de la sección de convección, ellos reciben su calor por medio de la radiación directa de la llama.
6. R$&$,%/!: es un elemento en donde, por intercambio calorífico, se eleva la temperatura del vapor parcialmente epansionado 7. E&//4+8%/!: es un componente de la caldera que precalienta el agua de alimentación con respecto a la temperatura de suministro, utili*ando el calor sensible del gas de c&imenea de la caldera que sale de la unidad. la elevación de esta temperatura de agua de alimentación aumenta la eficiencia. 9. C$,%/! %$ +!$: es deseable con frecuencia precalentar aire para la combustión antes de ponerlo en contacto con el combustible. sto es necesario cuando se queman combustibles con un alto contenido de &umedad. n un calentador de aire se capta el aire ambiente # se precalienta utili*ando el calor sensible del gas de c&imenea de la caldera que se está descargando de la unidad. sto aumenta la eficiencia global # elimina el uso de combustibles etra para este propósito. ste es un tipo de unidad de recuperación de calor. 10. L/ !$&++,%$!/ $$&,!/,,+&/B son equipos que presentan una elevada eficiencia de captación "cercana al CC% para todo el espectro de tamaño de partículas de material particulado. Sin embargo, presentan una gran sensibilidad a variables eléctricas, como son el volta$e # la frecuencia de suministro de electricidad 'os precipitaderos electrostáticos "/S% capturan las partículas sólidas "2/% en un flu$o de gas por medio de electricidad. l /S carga de electricidad a las partículas para luego atraerlas a placas metálicas con cargas opuestas ubicadas en el precipitador. 'as partículas se retiran de las placas mediante !golpes secos! # se recolectan en una tolva ubicada en la parte inferior de la unidad.
11. D$#;#!&+: )na planta desulfuración se utili*a a nivel industrial para reducir las emisiones de dióido de a*ufre "S38% a la atmósfera. l a*ufre está contenido en la gran ma#oría de combustibles lo que comporta, en el proceso de combustión, su reacción con el aire formando S38. 0uando el S38 gaseoso producido en la combustión se combina con agua líquida, se forma una solución acuosa diluida de ácido sulf(rico "+8S3E%, que es el componente principal de la lluvia ácida, $unto con el ácido nítrico "+?36%.
l funcionamiento de una planta desulfuración se inicia con la entrada de los gases de combustión, previo su paso por alg(n tipo de filtro para la eliminación de las ceni*as volantes, como el filtro electrostático o el filtro de tela entre otros. 'os gases entran en la planta # su primera misión es la reducción de temperatura para favorecer la oidación. 'o más eficiente es reali*ar un intercambio de calor gas-gas con los gases que entran a la planta # los que posteriormente saldrán para su epulsión a la atmosfera.
12. C<+4$$: las 0&imeneas Industriales son conductos construidos para dar salida a la atmósfera libre a gases resultantes de una combustión Fo de una reacción química "Ggases de colaH% F para su dispersión en el aire ambiente. n la c&imenea se instalan filtros para que no sean epulsados parte del material particulado que genera la combustión del carbón
13. T#!'+ %$ , !$+: es el nombre genérico que se da a la ma#oría de las turbomaquinas motoras. stas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua # éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o alabes Estructura de una turbina
Estructura de un alabe
'os álabes del estator dirigen los c&orros de vapor sobre las paletas del rotor Impulsándolas # generando así su rotación. /ara etraer una parte apreciable de la energía del vapor &acen falta muc&os rotores en serie. Después de accionar las turbinas, el vapor de agua se convierte en líquido en el condensador. l agua que refrigera el condensador proviene de un río o del mar, # puede operar en circuito cerrado, es decir, transfiriendo el calor etraído del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración o, en circuito abierto, descargando dic&o calor directamente a su origen
1. C/%$%/!: l condensador es un componente eléctrico cu#a función es la de almacenar carga eléctrica # su aplicación más importante es la de corregir el factor de potencia. l vapor de agua generado en la caldera acciona los álabes de las turbinas de vapor , &aciendo girar el e$e de estas turbinas que se mueve solidariamente con el rotor del generador eléctrico. n el generador, la energía mecánica rotatoria es convertida en electricidad de media tensión # alta intensidad. 0on el ob$etivo de disminuir las pérdidas del transporte a los puntos de consumo, la tensión de la electricidad generada es elevada en un transformador
1. T!;/!4%/!: es un dispositivo eléctrico construido con dos bobinas acopladas magnéticamente entre sí, de tal forma que al paso de una corriente eléctrica por la primera bobina "llamada primaria% provoca una inducción magnética que implica necesariamente a la segunda bobina "llamada secundaria% # provocando con este principio físico lo que se viene a llamar una transferencia de potencia. 'as propiedades físicas de la inducción electromagnética es capa* de elevar # disminuir la tensión eléctrica, transformar la frecuencia "+*%, equilibrar o desequilibrar circuitos eléctricos seg(n la necesidad # el caso específico. 1ransportar la energía eléctrica desde las centrales generadoras de la electricidad como una termoeléctrica &asta las residencias domésticas, los comercios # las industrias. Dic&o
15. T/!!$ %$ !$;!+=$!&+: es un intercambiador de calor cu#o ob$eto es la eliminación de una cantidad de calor de un sistema &idráulico. ste calor se transmite a la atmósfera, siendo el agua retornado a una temperatura inferior. l aire se usa como un medio de refrigeración por medio del fenómeno físico de la evaporación. 'a transferencia de calor desde el agua al aire se lleva a cabo por convección # por evaporación. Siempre que es posible, una planta de generación de energía prefiere utili*ar un sistema de refrigeración en circuito abierto, tomando el agua fría de un cauce p(blico "mar o río% # devolviéndolo a ma#or temperatura después de refrigerar los circuitos necesarios "normalmente, el condensador de la turbina de vapor%.
16. C$,%/!$: dispositivo termodinámico que utili*a energía para elevar la temperatura del agua. calentamiento del agua de alimentaciónB/ara producir económicamente energía se necesita utili*ar la máima cantidad de calor que puede obtenerse a partir de un combustible dado. n las centrales productoras de energía el calor que podría perderse en el vapor de escape de las instalaciones auiliares o en los gases quemados que van a la c&imenea, se aprovec&a para calentar el agua de alimentación de las calderas. 'os vapores de escape # de sangrado se utili*an en los calentadores del agua de alimentación. n cuanto a los economi*adores, éstos
funcionan como dispositivos cambiadores de calor por lo que respecta a los gases quemados. 'as principales venta$as que se derivan del agua de alimentación sonB reducción de las tensiones de las planc&as # tubos de las caldera4 utili*ación del calor destinado a desperdicio4 purificación parcial del agua no tratada4 ma#or aproimación a los rendimientos térmicos ideales de las instalaciones con sangrado en los escalonamientos de las turbinas4 aligeramiento de los (ltimos escalonamientos de las turbinas de vapor, de grandes vol(menes de vapor a ba$a presión por sangrado que se envían a los calentadores de agua de alimentación4 aumento de la capacidad de la caldera. • • • •
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17. G$$!%/!: )n generador eléctrico es todo dispositivo capa* de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. 'os generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. sta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura "denominada también estator%. Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores # el campo, se generara una fuer*a electromotri* TRANSFORMACIONES DE ENERGIAS EN UNA TERMOEL>CTRICA n las transformaciones de energía que se efect(an en este tipo de centrales, observamos lo siguienteB 'a fuente de energía disponible es combustible "carbón%. 'a energía se encuentra almacenada en el combustible seg(n su composición química # se libera &aciendo que se produ*ca una reacción química que en este caso es la combustión. l producirse la combustión, #a se tiene la primera transformación de energía, es decir, que la energía química del combustible se transforma en calor "energía calorífica% en la flama # en los gases calientes producto de la combustión.
Transformación de energía en una central Termoeléctrica.
'a combustión se reali*a en el lugar de un generador de vapor. Si la energía calorífica de los gases se emplea para calentar el agua # producir vapor, #a se tiene otra transformación de energía. 'os gases ceden parte de su energía al vapor, teniéndose a&ora vapor con ma#or energía que llamaremos térmica "/ara diferenciar con el término de energía calorífica asignado a los gases calientes%. 'a energía cinética del vapor se transforma en traba$o mecánico en una turbina de vapor con la que se tiene otra transformación de energía. Jinalmente, si la turbina está acoplada mecánicamente a un generador eléctrico, se tiene la (ltima transformación de la energía "energía mecánica rotacional% # se llega a un ob$etivoB !'a producción de energía léctrica!. 1odas las transformaciones de energía citadas se efect(an dentro de una 0entral termoeléctrica, que cuenta con el equipo para reali*arlas. stas transformaciones &acen que la central sea precisamente termoeléctrica # no de otro tipo. 1odo el equipo de una central termoeléctrica es importante.
IMPACTOS AMBIENTALES EN UNA TERMOELECTRICA •
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)no de los principales impactos que tiene la generación térmica es la emisión de contaminantes atmosféricos, lo cual depende directamente del combustible que se utilice. 'as principales emisiones de un sistema termoeléctrico sonB material particulado "/29=%, dióido de a*ufre "S38%, óidos de nitrógeno "?3% # monóido de carbono "03%. n el caso de centrales termoeléctricas a carbón, para el enfriamiento del vapor que sale de las turbinas se utili*an grandes vol(menes de agua de rio. sta, al ser retornada al mar, vuelve con una temperatura ma#or a la cual fue tomada # a la que se encuentra el mar, por lo que es necesario en cada caso evaluar el impacto que esto generaría en la *ona donde es descargada el agua de enfriamiento. lgunos componentes, como el pentaóido de vanadio, los vanadatos de sodio # el tri- sulfuro de sodio # &ierro son problemáticos por ser corrosivos # contribuir a la constitución ácida de las ceni*as n la atmósfera de combustión de la planta térmica, estos metales reaccionan con el oígeno # a*ufre, formando óidos # a veces, sulfuros
