Diseño De Caldera

CAPÍTULO 1

1. GENERACIÓN DE VAPOR

El vapor es usado en la mayoría de los procesos industriales, y además se conoce que los generadores de vapor y las calderas recuperadoras de calor son vitales para los procesos de las plantas industriales.

Las fuentes de calor en procesos industriales pueden llegar a niveles altos de temperaturas, 1000-2500°F, o muy bajas, en el orden de 250-500°F y las aplicaciones han sido desarrolladas para recuperar la mayor cantidad de energía de estos afluentes como sea posible a fin de mejorar el uso total de la energía. Los generadores de vapor con recuperación de calor forman una parte importante de este sistema. (Nota: los términos Caldera de residuos de calor, Calderas de recuperación de calor y generadores de vapor por recuperación de calor son usados como sinónimos).

En la mayoría de aplicaciones industriales los flujos de gas residual son aprovechados para la generación de vapor, el cual cerca del 90% de vapor generado son utilizados para cualquier proceso o generación de energía a través de turbinas de vapor.

1.1 Ciclo Combinado

Se denomina Ciclo Combinado (Figura 1.1.1) a la coexistencia de dos Ciclos Termodinámicos en un mismo sistema, en el que un fluido de trabajo es vapor de agua y el otro fluido de trabajo es un gas producto de una combustión.

El ciclo combinado casi siempre implica la existencia de:

• Una Turbina de gas

• Una caldera de recuperación de calor

• Una turbina de vapor

Figura 1.1.1- Esquema de una planta de ciclo combinado

En una planta de ciclo combinado básicamente se trata de generar trabajo a partir de la combustión, mediante un combustible líquido, gaseoso o sólido. Los gases de la combustión pasan a una turbina de gas que hace que la turbina funcione. A la salida de la turbina los gases han perdido temperatura y presión, pero aún contienen la suficiente energía como para que valga la pena aprovecharla mediante el uso o instalación de una caldera de recuperación de calor.

En la Caldera se extrae la mayor parte del calor aún disponible en los gases de escape provenientes de una turbina a gas, produciendo de ésta manera, vapor a presión para la turbina de vapor.

La turbina de vapor es operada con el vapor que se produce en el recuperador de calor. El agua condensada es colectada en el condensador para su posterior envío a la caldera de recuperación y de esta manera cerrar el ciclo.

Finalmente los gases se devuelven a la atmósfera después de haber pasado por la chimenea.

1.1.1 Plantas de Ciclo Combinado

Las plantas de ciclo combinado en la actualidad generan miles de megavatios, a diferencia de décadas atrás cuando plantas similares generaban alrededor de 100KW y dicha potencia era considerada como alta. Las presiones de vapor y de temperatura para los generadores de recuperación de calor en las plantas de ciclo combinado han sido incrementadas a rangos de 1000 psig a 2400 psig.

La principal ventaja de utilizar el ciclo combinado es su eficiencia, ya que se obtienen un rendimiento aproximadamente del 30% al 50% superior al rendimiento de una central de ciclo simple y mucho mayor que los de una de turbina de vapor. Éstas presentan menor costo de capital que las plantas de energía fósil en comparación con el aprovechamiento de energía (entregada como calor) para la generación de vapor.

En una planta de ciclo combinado se absorbe una parte del calor de los gases de descarga, generados en una planta de ciclo simple, y con ello, mejorar la recuperación térmica.

La combinación de dos procesos, representados por medio de los ciclos Brayton y Rankine, da como resultado un ciclo combinado el cual posee una eficiencia del 55 -60%. En los sistemas más grandes, las calderas de recuperación poseen tres niveles de presión y un recalentador, el cual es usado para incrementar la eficiencia de la planta al 55%.

Cabe señalar que la presión de salida de una turbina de gas se reduce significativamente a medida que aumenta la temperatura ambiente. La baja densidad del aire caliente reduce el flujo de masa a través de la turbina y el flujo de los gases de escape a través de la caldera de recuperación, que a su vez reduce la generación de vapor y por lo tanto la potencia de salida de la turbina de vapor. En la tabla 1 se muestran plantas de ciclo combinado y algunas de sus características

1.1.2 Aplicaciones

Las plantas de ciclo combinado usan típicamente calderas de recuperación de calor sin quemadores,

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