Introducción a La Central Termoeléctrica f.p.rios,Tula,2011

CT. FCO. PEREZ RIOS

PROCESO TERMOELECTRICO TERMOELECTRICO

PROCESO TERMOELECTRICO C.T “FCO. PERÉZ RÍOS”

INDICE: INTRODUCCIÓN CENTRALES DE GENERACIÓN CENTRAL TERMOELÉCTRICA PROCESO TERMOELECTRICO C.T. “FCO. PEREZ RIOS” EQUIPOS PRINCIPALES SISTEMAS PRINCIPALES

INTRODUCCIÓN La C.T. “FCO. PÉREZ RÍOS”, de TULA. DE ALLENDE HGO, pertenece a la LA COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD y forma parte de LA GERENCIA DE GENERACIÓN TERMOELÉCTRICA TERMOELÉCTRIC A CENTRAL, integrada a su vez por las centrales TERMOELÉCTRICAS DE SALAMANCA, Y VALLE DE MÉXICO, asi como las de CICLO COMBINADO DE TULA Y EL SAUZ y la TURBOGAS DE LAS CRUCES.

FECHA DE INICIO DE OPERACIÓN DE UNIDADES EN LA C.T. “FCO. PEREZ RIOS”

OPERACIÓN

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CT. FCO. PEREZ RIOS

PROCESO TERMOELECTRICO TERMOELECTRICO

U- 2

27 DE SEPTIEMBRE DE 1975

U-1

29 DE JUNIO DE 1976

U-3

14 DE SEPTIEMBRE DE 1977

U-4

12 DE MAYO DE 1978

U-5

20 DE OTUBRE DE 1982

En la CT. FRANCISCO PÉREZ RÍOS tenemos el compromiso que el personal de nuevo ingreso y de todos los departamentos, conozcan el proceso de generación de energía eléctrica, para al llegar a su área respectiva, se involucre con este proceso y desarrolle con mas eficiencia su trabajo sintiéndose parte del desarrollo de esta central. Nuestra misión misión es operar en forma segura, confiable y oportuna los equipos y sistemas de las unidades generadoras, para asegurar el suministro de energía eléctrica con la calidad y cantidad que (CENACE), al menor costo, con el mínimo impacto al medio ambiente, requiere nuestro cliente, (CENACE), fomentando el desarrollo integral y personal y en condiciones agradables de trabajo

asegurando la mejora continua.

CENTRALES DE GENERACIÓN OPERACIÓN

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CT. FCO. PEREZ RIOS

PROCESO TERMOELECTRICO

Una central de generación es una instalación completa con el objetivo de producir energía eléctrica. En las centrales se realizan una serie de transformaciones de energía, resultando de estas la producción de energía eléctrica. Las centrales generadoras cuentan con alguna forma de energía disponible a partir de la cual se inician las transformaciones necesarias de energia hasta llegar finalmente a la energía eléctrica. TIPOS DE CENTRALES GENERADORAS a) NUCLEAR

e) CARBOELECTRICA

b) EOLICA

f) HIDROELECTRICA

c) TERMOELECTRICA

g) TURBOGAS

d) GEOTERMICA

h) CICLO COMBINADO

UNA FORMA DE ENERGIA DISPONIBLE

TRANSFORMACIONES DE ENERGIA

El objetivo es generar

ENERGIA ELECTRICA

CENTRAL DE GENERACION

CENTRAL TERMOELECTRICA La energia se encuentra almacenada en el combustible (combustible pesado, carbón, gas, etc.) según la composicion quimica y se libera haciendo que se produzca una reaccion quimica, que en este caso es la combustion. (Primera transformacion de la energia), y esta transformacion se realiza en el Generador de vapor. Esta energia es empleada para calentar el agua y producir vapor, los gases calientes ceden parte de su energia al agua teniendose vapor con la energia que llamaremos energia termica ( segunda transformacion de energia). La energia del vapor, se transforma en trabajo mecanico en una turbina de vapor, con lo que se tiene otra transformacion de energia. (tercera transformacion de energia). Finalmente al estar la turbina acoplada a un generador electrico, (se tiene la ultima transformacion de la energia), y se llega al objetivo: LA PRODUCCION DE ENERGIA ELECTRICA.

OPERACIÓN

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CT. FCO. PEREZ RIOS



OPERACIÓN

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C.T. FCO. PEREZ RIOS

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Se cuenta con cinco compresores que nos proporcionan el aire de servicios y por medio de torres secadoras, convertimos parte de este en aire de instrumentos. Por medio de pozos profundos, extraemos agua del sub-suelo para enviarla a la central, la cual es almacenada en los tanques de agua cruda, de donde es transferida por medio de bombas llamadas de servicios, hacia la planta desmineralizadora, en la cual el Departamento Quimico se encarga de darle tratamiento para convertirla en agua desmineralizada, y otra parte para servicios generales y contra incendio. Parte de el agua de pozos, y agua negra tratada proveniente de la planta de tratamiento de Aguas Negras, es suministrada a las torres de enfriamiento , para el llenado y la reposicion del agua perdida por la evaporacion, purgas, fugas,etc. De las torres de enfrimiento el agua de circulacion es succionada por las bombas de circulacion, cada una con 50% de capacidad, y se manda hacia las cajas de agua localizadas en el condensador, a traves de valvulas motorizadas y tuberias independientes, del cual retornan por medio de dos ductos de distribucion de descarga, hasta la parte superior de la torre y a traves de las valvulas de compuerta se regula el caudal de agua a cada charola. En la descarga de las bombas de circulación y antes de su conexión con las cajas del condensador se encuentran dos tomas para enfriamiento de auxiliares que alimentan a enfriadores del equipo auxiliar . El sistema de auxiliares nos proporciona enfriamiento para: El rack de muestras, enfriadores de aceite de bombas de agua de alimentacion, enf. de aceite de turbina, enf. de hidrogeno del generador electrico, enf. de aire del exitador, etc. De la planta desmineralizadora, el agua es enviada a los tanques de condensado y de ahí es pasada al condensador principal en el pozo caliente, de donde es succionada por la bomba de condensado, la cual la hace pasar por los calentadores de baja presion, 1,2,3,4, hasta depositarla en el deareador. proceso en el cual se va incrementando su temperatura gradualmente, por medio de las extracciones de vapor que se le hacen a la turbina en diferentes pasos, y van a cada calentador En el deareador , el agua se mezcla con el vapor de la extracción numero 5 que proviene de la turbina, donde además de calentarse se le extraen los gases incondensables, el agua cae por gravedad a un tanque de oscilación, del cual succionan las bombas de agua de alimentación que elevan la presión del fluido, haciéndolo pasar por los calentadores de alta presion 6 y 7 y por el economizador. El agua se introduce al domo superior . las bombas de circulación forzada ó controlada succionan el agua del domo y la hacen pasar por paredes del generador de vapor, donde el agua incrementa su temperatura, formándose una mezcla agua -vapor y regresa nuevamente al domo, donde se realiza la separación del vapor en tres etapas. El vapor obtenido entra a los elementos del sobrecalentador ( para obtener condiciones de operación ( 538°C y 168 kg/cm 2 ), entra a la turbina de alta presión para hacerla girar y ahí OPERACIÓN

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pierde condiciones de presión y temperatura (cambio de energía térmica, a energía mecánica). Esta temperatura se recupera al pasar por los elementos del recalentador, ( 538 °C ), de ahí pasa a través de las turbinas de presión intermedia y baja presión. el vapor que ya trabajo en las diferentes etapas de las turbinas, es desfogado y condensado en el condensador principal, concluyendo aquí el ciclo térmico del agua (rankine) El aire requerido para la combustion es proporcionado por dos ventiladores de tiro forzado, el cual es aspirado de la atmosfera e introducido al hogar, pasando por los precalentadores aire vapor, y regenarativos, atravez de los cuales es incrementada su temperatura, utilizando vapor y aprovechando el calor de los gases de combustion antes de ser expulsados por la chimenea hacia la atmosfera. Los combustibles con el que se lleva a cabo la combustion en el hogar, para generar vapor en la caldera, son combustoleo y gas, los cuales son suministrados por Pemex. El combustoleo nos llega por medio de un ducto hacia los tanques de almacenamiento ( 5 con capacidad de 25 000 mts.³ cada uno ). El gas es enviado por ducto y se tiene una estacion reguladora de presion a la entrada de la central. De los tanques de almacenamiento de combustoleo es trasegado por ocho bombas hacia los tres tanques de dia. A la salida de cada tanque de dia tenemos el generador de vapor/vapor el cual por medio de vapor en los calentadores de baja, y los de alta presion y con las bombas de transferencia le dan las condiciones de temperatura y presion al combustoleo, (140°C y 35kg/cm 2 ), requeridas para poder ser quemado en el hogar. La turbina al estar acoplada al generador eléctrico hace girar a este a una velocidad de 3600 r.p.m. con lo cual le da las condiciones para que sea excitado y genere una corriente eléctrica, la que entregamos al sistema interconectado a través de la subestación de distribucion, lo cual es el objetivo de nuestro proceso.

EQUIPOS PRINCIPALES DE UNA CENTRAL TERMOELÉCTRICA OPERACIÓN

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De acuerdo a su participación directa en la obtención del objetivo, así como por su tamaño y costo, se clasifican en:

A) GENERADOR DE VAPOR B) TURBINA DE VAPOR C) GENERADOR ELÉCTRICO D) TRANSFORMADORES PRINCIPALES E) CONDENSADOR F) TORRE DE ENFTO. G) EQUIPOS AUXILIARES

A.- GENERADOR DE VAPOR LOS OBJETIVOS DEL GENERADOR DE VAPOR SON: a) realizar la combustión para liberar energía en forma de calor. b) producir vapor con determinadas características de presión y temperatura. El generador de vapor es un conjunto de elementos integrados de tal forma que se realiza una combustión y se absorbe el calor de los productos de la combustión. La combustión se realiza en un recinto llamado hogar, el combustible puede ser liquido o gaseoso y se alimenta al hogar mediante los quemadores. el aire para la combustión es manejado por unos ventiladores que lo envían a través de ductos hasta llegar a los quemadores y el hogar.

La combustión en el hogar libera el calor que será aprovechado para: a) Calentar el agua en el interior de las paredes del hogar. b) Transformar el agua en vapor c) Sobrecalentar el vapor

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PARTES PRINCIPALES DEL GENERADOR DE VAPOR

a) b) c) d) e) f) g) h)

DOMO SUPERIOR PAREDES DE AGUA SOBRECALENTADOR RECALENTADOR ECONOMIZADOR BOMBAS DE CIRCULACION FORZADA VENTILADORES DE TIRO FORZADO, RECIRCULADORES DE GASES QUEMADORES COMBUSTOLEO Y GAS

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La funcion del domo superior es la separacion de la humedad del vapor, para evitar arrastres hacia los sobrecalentadores.

DOMO SUPERIOR

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SOBRECALENTADOR La funcion de los sobrecalentadores es elevar la temperatura y presion del vapor saturado seco, hasta las condiciones requeridas en la turbina de alta presion.(538°C y 168 Kg/cm 2 ).

RECALENTADOR La funcion del recalentador es la de recuperar la temperatura requerida en las turbinas de presion intermedia N°1 y N°2, (538°C y 38 Kg/cm2 ).

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ECONOMIZADOR La funcion del economizador es la de aprovechar la temperatura de los gases de combustion, antes de ser expulsados por la chimenea, cediendo parte de su calor al agua de alimentacion de entrada a la caldera,. La funcion de las bombas de circulacion forzada es la de hacer circular el agua contenida en el domo superior hacia el domo inferior y hacerla subir por las paredes de agua y retornarla al domo superior.

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B .- TURBINA DE VAPOR OBJETIVO: CONVERTIR LA ENERGIA DEL VAPOR EN TRABAJO MECANICO PARTES PRINCIPALES Las partes principales de una turbina son: a) ROTOR.- Es la parte movil, el cual lleva montadas ruedas con paletas o toberas moviles (las paletas y toberas moviles se conocen como alabes). b) TOBERAS.- Transforman la energia de presion del vapor en energia de velocidad. (pueden ser toberas fijas o moviles). c) CARCAZA.- Cubierta o envolvente de la turbina donde van montadas las toberas fijas.

ROTOR U-5

ROTOR TURBINA ALTA PRESION U-3/4 OPERACIÓN

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FLUJO DE VAPOR EN TURBINA

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ESQUEMATICO DE TURBINA

C.- GENERADOR ELECTRICO OPERACIÓN

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GENERADOR ELECTRICO El generador electrico es el equipo mas importante en la central , ya que como dijimos anteriormente es en donde se transforma la energia mecanica en energia electrica que es entregada a subestacion, lo cual es la razon fundamental de la existencia de esta C.T. “FRANCISCO PEREZ RIOS”. DESCRIPCION DE FUNCIONAMIENTO:

La turbina al recibir el impulso de vapor, hace girar al rotor del generador, por lo cual se dice le entrega su energia mecanica. Esta energía asi generada, es de corriente alterna con una frecuencia de 60 hertz (ciclos por segundo), con una tensión eléctrica de hasta 20,000 volts, y una potencia real de hasta 300,000 kw. debido a que este generador produce corriente alterna, se le llama también alternador y consta basicamente de un estator y un rotor. El excitador es un generador de corriente alterna (c.a.), esta corriente al pasar a traves de rectificadores, se convierte en corriente directa (c.d.) la que es alimentada al rotor del generador, para que se genere la energia electrica.

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ESQUEMATICO DEL EXCITADOR

D.- TRANSFORMADORES PRINCIPALES Los transformadores principales son equipos electricos que nos sirven para elevar el voltaje que se produce en el generador electrico, de 20 Kvs. a 230 Kvs.en las unidades 1 y 2 y de 20 Kvs. a 400 Kvs. en unidades 3,4 y 5.

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TRANSFORMADOR PRINCIPAL U-1/2

TRANSFORMADOR PRINCIPAL U-5

E.- CONDENSADOR En la C.T.”FRANCISCO PEREZ RIOS” el vapor que sale por el escape de las turbinas, se condensa, (cambio de estado de vapor a liquido) en un equipo denominado condensador. OBJETIVO a) Recuperar el agua para alimentar de nuevo el generador de vapor b) Producir un vacio para que ayude a fluir el vapor en la ultima etapa El condensador es una cámara localizada en la parte inferior del escape de la turbina. La cámara esta atravesada por miles de tubos ( aprox. 14,000 ), por el interior de estos tubos circula agua para el enfriamiento del vapor que se encuentra en el exterior de estos. El vapor al hacer contacto con los “ tubos fríos “ se condensa, formándose gotas que se precipitan a la parte inferior del condensador. El agua que pasa por los tubos, se conoce como “agua de circulación” esta agua puede ser agua negra tratada o agua de pozos, el agua de circulación sale del condensador con mayor temperatura y se envía a las torres de enfriamiento para recuperar las condiciones necesarias para volver a introducirse al condensador.

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ESPEJO DE TUBOS DEL CONDENSADOR PRINCIPAL F.- TORRE DE ENFRIAMIENTO Es una torre de tiro inducido y flujo cruzado, dispone de once ventiladores axiales en U-1/2, en U-3/4 8, y diez ventiladores en U-5, requiriendose de todos ellos para el funcionamiento a plena carga.

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El agua llega a las charolas de distribucion a traves de dos colectores de distribucion de descarga en la parte superior de la torre de enfriamiento donde a traves de valvulas de compuerta se regula el caudal de agua a cada charola.

LLEGADAS DE AGUA DE REPUE STO

COMPUERTAS DISTRIBUIDORAS

Para el llenado de la pileta y la reposicion del agua perdida por la evaporacion, purgas, fugas, etc. se hace a traves de las siguientes lineas: - Dos tuberias de aportacion del agua de pozos OPERACIÓN

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- Suministro de la planta de aguas negras.

BOMBAS DE AGUA DE CIRCULACION El sistema cuenta con dos bombas del 50% de capacidad cada una. Las bombas succionan el agua del carcamo de la pileta y la suministran a las cajas del condensador a traves de valvulas motorizadas y tuberias independientes.

BOMBAS DE AGUA DE CIRCULACION En la descarga de las bombas de circulación y antes de su conexión con las cajas del condensador se encuentran dos ramales con válvulas y filtros que alimentan a enfriadores del equipo auxiliar .

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TOMAS PARA ENFRIMIENTO DE AUXILIARES EQUIPOS EN FRIADOS CON AGUA DE ENFRIAMIENTO DE AUXILIARES Rack de muestras Enfriadores de aceite de bombas de agua de alimentación Enfriadores de aceite de turbina Enfriadores de hidrógeno del generador Enfriadores de aceite de sellos del generador Enfriadores de aire del exitador

G.- EQUIPOS AUXILIARES: A) BOMBAS B) VENTILADORES

CONDENSADO (2), AGUA DE ALIMENTACIÓN (3), AGUA DE CIRCULACIÓN(2) COMBUSTOLEO ALTA PRESIÓN (6), ETC TIRO FORZADO (2), RECIRCULADORES GASES (2), AIRE SELLOS, AIRE A PILOTOS )

C) EXTRACTORES (DE GASES, ETC). D) CALENTADORES (BAJA PRESION, CONDENSADO (5), ALTA PRESIÓN. ALIMENTACION ( 2) (HIDROGENO, ACEITE DE LUBRICACIÓN, ACEITE DE SELLOS, AIRE DEL E) ENFRIADORES EXCITADOR )

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F) COMPRESORES (AIRE DE SERVICIOS Y AIRE DE INSTRUMENTOS) G) EYECTORES

(ARRANQUE Y SERVICIO)

H) DEAREADOR

(CALENTADOR DE MEZCLA)

I)

TANQUES

(ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE, AGUA DE SERVICIOS, AGUA DESMINERALIZADA, CONDENSADO, ETC. )

SISTEMAS QUE COMPONEN UNA CENTRAL TERMOELÉCTRICA. Para simplificar la comprensión de los equipos, tuberías e instrumentos que intervienen en el proceso de generación de energía eléctrica en una central termoeléctrica, utilizaremos los sistemas de flujo. fluido SISTEMAS DE FLUJO: conjunto formado por equipo y tuberías que manejan un determinado ( agua, desmineralizada, de enfriamiento, vapor, gases,combustible, aire etc.). Estos sistemas pueden ser cerrados o abiertos, los equipos principales y auxiliares forman parte de los sistemas de flujo donde un mismo equipo puede pertenecer a varios sistemas. 1.-

Aire de servicios y de instrumentos

5.-

Agua de alimentacion

2.-

Agua de servicios

6.-

Agua- vapor

3.-

Agua de circulacion

7.-

Aire- gases de combustion

4.-

Agua de condensado

8.-

Gas-combustoleo

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SISTEMA AGUA DE CONDENSADO El agua de condensado se extrae del pozo caliente y es bombeada al deareador. pasando por cuatro calentadores de baja presión de tipo superficie de dos pasos.

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POZO CALIENTE

BOMBA DE CONDENSADO

DEAREADOR

CALENTADORES

POZO CALIENTE POZO CALIENTE OPERACIÓN

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DEAREADOR CALENTADOR BAJA PRESION BOMBA DE DE CONDENADO

SISTEMA AGUA DE ALIMENTACION Y BOMBAS

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CALENTADORES B.P. # 3 / 4

TURBOGRUPO U-1 OPERACIÓN

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