La exergía aprovechada será la diferencia entre el trabajo técnico de la turbina y el trabajo técnico de las bombas de alimentación. Y ésta será igual al aumento de exergía que sufre el vapor en la caldera, menos la destruida en el circuito del vapor.
Para conseguir este trabajo hemos necesitado soportar todas las pérdidas señaladas. Quiere decir, que, desde el punto de vista económico, vale lo mismo la exergía del combustible que el trabajo obtenido:
Consideraciones termoeconómicas
a medida que evolucionamos hacia el producto acabado (energía mandada a red en este caso), la unidad exergética destruida vale más.
Tuberías, válvulas, atemperación, condensador, calentadores y otros a) Casos de un solo flujo Eficiencia Exergía destruida
b) Casos de varios flujos (calentadores) Eficiencia Exergía destruida P = Exergía recibida por los flujos fríos F = Exergía cedida por los flujos calientes
Turbinas Potencia Eficiencia Exergía destruida
Bombas y compresores Potencia Eficiencia Exergía destruida
Una vez calculadas las exergías destruidas en cada equipo, haremos su valoración económica, que es lo que finalmente interesa. Coste exergético unitario del vapor Su valor está alrededor de 2,15. Como generalmente lo que interesa son los grandes números, puede tomarse este valor; aunque no cuesta nada calcularlo para cada central.
Coste económico de la exergía Compra en termias (cuando es carbón)
Coste económico de la exergía Compra en termias (cuando es carbón)
Coste económico de la exergía Compra en kg de combustible
Coste económico de la exergía Compra en kg de combustible
BALANCE TÉRMICO Calor de combustión
Calor recibido por el vapor Balance térmico RESULTADOS DEL EQUIPO 9: Caldera ————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW ————————————————————————————— 6 (e) ½ 35,000 27587,346 5328,154 14 (s) ½ 35,000 118291,016 48491,934
åm·h(entrantes) = 27587,346 kW ü åm·h(ent)-åm·h(sal)= -90703,67 kW åm·h(salientes) = 118291,016 kW þ
åm·e(entrantes) = 5328,154 kW ü åm·e(ent)-åm·e(sal)= -43163,78 kW åm·e(salientes) = 48491,934 kW þ
Rendimiento de la caldera Balance térmico
Potencia bomba de alimentación Rendimiento térmico bruto del ciclo Balance térmico RESULTADOS DEL EQUIPO 3: Bomba agua de alimentación ——————————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW ——————————————————————————————————— 3 (e) ½ 35,000 4822,999 36,143 4 (s) ½ 35,000 5180,979 293,372
åm·h(entrantes) = 4822,9985 kW üåm·h(ent)-åm·h(sal)= -357,9800 kW åm·h(salientes) = 5180,9785 kW þ
åm·e(entrantes) = 36,1430 kW üåm·e(ent)-åm·e(sal)= -257,2289 kW åm·e(salientes) = 293,3719 kW þ
Rendimiento térmico neto del ciclo Balance térmico
Rendimiento térmico neto del ciclo Rendimiento electromecánico del turboalternador Balance térmico
Rendimiento térmico neto del ciclo Rendimiento electromecánico del turboalternador Rendimiento bruto del grupo Balance térmico
Factor de auxiliares Balance térmico
Factor de auxiliares Rendimiento neto del grupo Balance térmico
Factor de auxiliares Rendimiento neto del grupo Consumos específicos CEBC = 1/h(TBC) = 1/0,3434 = 2,9121 = 2503,8 kcal/kWh CENC = 1/h(TNC) = 1/0,3394 = 2,9464 = 2533,3 kcal/kWh CEBG = 1/h(BG) = 1/0,2824 = 3,5411 = 3044,6 kcal/kWh CENG = 1/h(NG) = 1/0,2514 = 3,9777 = 3420,0 kcal/kWh Balance térmico
BALANTE TERMOECONÓMICO RESULTADOS DEL EQUIPO 6: Economizador (sólo rozamiento) ——————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW ——————————————————————————————— 11 (s) ½ 35,000 43683,145 12097,541 12 (e) ½ 35,000 43683,145 12110,914
åm·h(entrantes) = 43683,1445 kW ü åm·h(ent)-åm·h(sal)= 00,00 kW åm·h(salientes) = 43683,1445 kW þ
åm·e(entrantes) = 12110,9141 kW ü åm·e(ent)-åm·e(sal)= 13,37 kW åm·e(salientes) = 12097,5410 kW þ Exergía destruida por rozamientos internos en economizador
RESULTADOS DEL EQUIPO 7: sobrecalentador (sólo rozamiento) —————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW —————————————————————————————— 14 (s) ½ 35,000 118291,016 48491,934 15 (e) ½ 35,000 118291,016 48799,266
åm·h(entrantes) = 118291,0156 kW ü åm·h(ent)-åm·h(sal)= 000,00 kW åm·h(salientes) = 118291,0156 kW þ
åm·e(entrantes) = 48799,2656 kW ü åm·e(ent)-åm·e(sal)= 307,33 kW åm·e(salientes) = 48491,9336 kW þ Sobrecalentador
RESULTADOS DEL EQUIPO 7: sobrecalentador (sólo rozamiento) —————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW —————————————————————————————— 14 (s) ½ 35,000 118291,016 48491,934 15 (e) ½ 35,000 118291,016 48799,266
åm·h(entrantes) = 118291,0156 kW ü åm·h(ent)-åm·h(sal)= 000,00 kW åm·h(salientes) = 118291,0156 kW þ
åm·e(entrantes) = 48799,2656 kW ü åm·e(ent)-åm·e(sal)= 307,33 kW åm·e(salientes) = 48491,9336 kW þ Sobrecalentador Total elementos dentro de caldera
RESULTADOS DEL EQUIPO 9: Caldera ——————————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW ——————————————————————————————————— 6 (e) ½ 35,000 27587,346 5328,154 14 (s) ½ 35,000 118291,016 48491,934
åm·h(entrantes) = 27587,346 kW üåm·h(ent)-åm·h(sal)= -90703,67 kW åm·h(salientes) = 118291,016 kW þ
åm·e(entrantes) = 5328,154 kW üåm·e(ent)-åm·e(sal)= -43163,78 kW åm·e(salientes) = 48491,934 kW þ Exergía recibida por el vapor en caldera
Exergía destruida en la combustión Exergía destruida por pérdidas calor en caldera
Exergía destruida Turbina ANÁLISIS POR EQUIPOS
Exergía destruida Turbina ANÁLISIS POR EQUIPOS Eficiencia
RESULTADOS DEL EQUIPO 1: turbina —————————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW —————————————————————————————————— 1 (e) ½ 35,000 118124,961 48251,207 2 (s) ½ 25,681 59869,965 2400,344 7 (s) ½ 4,547 13827,720 4478,208 8 (s) ½ 4,773 13282,190 3063,720
åm·h(entrantes) = 118124,9609 kWüåm·h(ent)-åm·h(sal)= 31145,0859 kW åm·h(salientes) = 86979,8750 kWþ
åm·e(entrantes) = 48251,2070 kWüåm·e(ent)-åm·e(sal)= 38308,9346 kW åm·e(salientes) = 9942,2725 kWþ
Condensador RESULTADOS DEL EQUIPO 2: Condensador ———————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW ———————————————————————————————— 2 (e) ½ 25,681 59869,965 2400,344 3 (s) ½ 35,000 4822,999 36,143 10 (e) ½ 9,319 4703,544 549,954
åm·h(entrantes) = 64573,5078 kW ü åm·h(ent)-åm·h(sal)= 59750,51 kW åm·h(salientes) = 4822,9985 kW þ
åm·e(entrantes) = 2950,2986 kW ü åm·e(ent)-åm·e(sal)= 2914,156 kW åm·e(salientes) = 36,1430 kW þ
Bomba de alimentación Exergía destruida
Bomba de alimentación Exergía destruida Eficiencia
RESULTADOS DEL EQUIPO 3: Bomba agua de alimentación —————————————————————————————————— estado ½ caudal potencia potencia ½ másico entálpica exergética n° ½ m m·h m·e ½ kg/s kW kW —————————————————————————————————— 3 (e) ½ 35,000 4822,999 36,143 4 (s) ½ 35,000 5180,979 293,372
åm·h(entrantes) = 4822,9985 kW ü åm·h(ent)-åm·h(sal)= -357,9800 kW åm·h(salientes) = 5180,9785 kW þ
åm·e(entrantes) = 36,1430 kW ü åm·e(ent)-åm·e(sal)= -257,2289 kW åm·e(salientes) = 293,3719 kW þ
L o más interesante de un balance termoeconómico sería utilizarlo en el proyecto de la Central. Por ejemplo, para optimizar el diámetro de las tuberías, que, al ser supercaras, supondría un gran ahorro (el espesor de alguna de estas tuberías puede ser de unos 10 cm para soportar presiones de hasta 200 bar, y los materiales y el sistema de fabricación muy especiales). Algunas experiencias y consideraciones
L En la instalación conviene un menor diámetro: menos coste; pero en la explotación tendríamos una mayor destrucción exergética. Hay que optimizar ambos intereses contrapues- tos para encontrar el diámetro económico. o más interesante de un balance termoeconómico sería utilizarlo en el proyecto de la Central. Por ejemplo, para optimizar el diámetro de las tuberías, que, al ser supercaras, supondría un gran ahorro (el espesor de alguna de estas tuberías puede ser de unos 10 cm para soportar presiones de hasta 200 bar, y los materiales y el sistema de fabricación muy especiales). Algunas experiencias y consideraciones
Algunas experiencias y consideraciones L o más interesante de un balance termoeconómico sería utilizarlo en el proyecto de la Central. Por ejemplo, para optimizar el diámetro de las tuberías, que, al ser supercaras, supondría un gran ahorro (el espesor de alguna de estas tuberías puede ser de unos 10 cm para soportar presiones de hasta 200 bar, y los materiales y el sistema de fabricación muy especiales). Se está haciendo un estudio sobre el particular En la instalación conviene un menor diámetro: menos coste; pero en la explotación tendríamos una mayor destrucción exergética. Hay que optimizar ambos intereses contrapues- tos para encontrar el diámetro económico.
N ormalmente el soplado de la caldera se hace 2 o 3 veces al día. Si no eliminamos las cenizas de los tubos, el calor se transmitiría a través de ellos con más dificultad y los humos llegarían más calientes a los bancos superiores, donde están el sobrecalentador y el recalentador, y el vapor se calentaría por encima de lo previsto. Hay que atempe- rarlo, y para ello se toma agua a la salida de la 2ª bomba de alimentación para inyectarla a modo de spray en uno o dos puntos del sobrecalentador.
N Ambos procesos, soplado y atemperación, destruyen exergía. En un estudio que se hizo a la Central de Puente Nuevo, encontramos que la atemperación destruía más, y que convenía soplar 3 veces al día. Al final se quedó en 2. ormalmente el soplado de la caldera se hace 2 o 3 veces al día. Si no eliminamos las cenizas de los tubos, el calor se transmitiría a través de ellos con más dificultad y los humos llegarían más calientes a los bancos superiores, donde están el sobrecalentador y el recalentador, y el vapor se calentaría por encima de lo previsto. Hay que atempe- rarlo, y para ello se toma agua a la salida de la 2ª bomba de alimentación para inyectarla pulverizada en uno o dos puntos del sobrecalentador.
La Central de Compostilla II en Ponferrada se compone de cinco grupos, y cada uno tiene su propio director.
Aprovechando un curso que di allí sobre Termoeconomía en Centrales Térmicas, departí con cada director su manera de funcionar. Me llamó la atención que uno de ellos no soplaba la caldera; como consecuencia, la atemperación era muy pronunciada. Consultados los resultados de una prueba inmediata a un soplado, comprobamos que no se necesitó atemperación. Lógicamente sugerí que se soplara.
El director de otro grupo me habló de la lata que le estaba dando la válvula reductora de la presión del vapor de soplado de la caldera. A la entrada de las múltiples toberas de soplado sólo se necesitaban 12 bar, y ese vapor procedía del sobrecalentador (180 bar).
Le sugerí que usara vapor recalentado frío (40 bar; ya se había hecho en la Central de Puente Nuevo), en lugar de to- marlo del sobrecalentador. Con ello se mataban dos pájaros de un tiro: menos problemas con la válvula reductora y ahorro exegético. El director de otro grupo me habló de la lata que le estaba dando la válvula reductora de la presión del vapor de soplado de la caldera. A la entrada de las múltiples toberas de soplado sólo se necesitaban 12 bar, y ese vapor procedía del sobrecalentador (180 bar).
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