Combustibles fòssils.
Extracció de petroli

Tractament de combustibles fòssils

Plantació destinada a la producció de biocombustibles

Central tèrmica

Central tèrmica

Per a la conversió de l'energia fòssil en energia elèctrica, sovint s'utilitza la tecnologia d'una central tèrmica. En el moment en què una central tèrmica s'encoratja de combustibles fòssils de tracta d'una font de generació d'energia no renovable.

Una central tèrmica (o planta termoelèctrica) és una planta que genera electricitat en transformar la calor. Històricament es converteix l'energia tèrmica en electricitat mitjançant la transferència de calor a un fluid de treball i després la transformació de l'energia d'aquest fluid en energia mecànica. Finalment, l'energia mecànica es transforma en electricitat. La central tèrmica típica està dividida en diversos segments: la zona de la caldera en què la calor és transferit al fluid de treball, una turbina, un alternador, i un condensador.

Els principals cicles termodinàmics explotats en aquestes plantes són el cicle Rankine, possiblement sobreescalfat, i el cicle Brayton-Joule, i els seus possibles combinacions, encara que no hi ha estacions centrals equipades amb motors de cicle dièsel, o amb altres tipus de cicles.

Des del punt de vista de la font d'energia, pràcticament qualsevol substància es pot fer servir per produir electricitat. Entre els combustibles més comuns es poden esmentar els combustibles fòssils (carbó, petroli i el gas natural), urani i plutoni en centrals nuclears, però també es poden utilitzar combustibles menys convencionals, per exemple, llots. En aquest cas parlem de fonts d'energia no renovable, però la font tèrmica també pot ser la radiació solar. En aquest cas es tracta de plantes d'energia renovable, instal·lacions d'energia solar tèrmica.

Centrals tèrmiques de vapor

Les centrals tèrmiques de vapor es caracteritzen per l'ús d'aigua o un altre líquid, que es troba en dues fases diferents durant el cicle de treball, sovint en forma de vapor i líquid. En els últims anys, les tecnologies supercrítiques també s'han estès, el que ha portat a l'absència d'una transició de fase, pròpiament dita, que abans era la característica d'aquestes instal·lacions.

Aquestes plantes tèrmiques es poden dividir en diverses seccions: la línia d'alimentació, el generador de vapor, la turbina de vapor i el condensador. Malgrat que la definició de central tèrmica és força restrictiva, es poden observar diferents tipus de cicles termodinàmics que satisfan aquests requisits, en particular els més estesos són els cicles de Rankine i els cicles de Hirn.

Línia d'alimentació d'una central tèrmica de vapor

Abans d'entrar a la caldera, l'aigua d'alimentació passa per una fase de pre-escalfament i compressió. De fet, en entrar a la caldera hi ha diversos regeneradors, és a dir, intercanviadors de calor en què el vapor, parcialment o completament expandit, preescalfa el fluid de treball. Això permet ingressar al generador de vapor a temperatures més altes, el que resulta en una major eficiència de la planta.

Un desgasificador es proporciona sovint dins de la línia de subministrament de calor. Per reduir la presència de incondensable en el fluid de treball. La compressió del fluid de treball pot tenir lloc en una sola bomba a la descàrrega del condensador, una solució preferida en plantes petites, o en més bombes o bombes turbo col·locades apropiadament al llarg de tota la línia de subministrament, una solució més òptima en centrals tèrmiques de vapor grans.

Generador de vapor

En el generador de vapor d'una central tèrmica, l'aigua a pressió constant es porta al punt d'ebullició. L'aigua pateix una transició de fase i, sovint, es sobreescalfa en forma de vapor. Això s'aconsegueix per mitjà d'un intercanviador de calor dissenyat apropiadament dividit en diferents parts: l'economitzador, l'evaporador i el sobrecalentador. Aquests poden intercanviar-se amb un líquid, generalment oli diatérmico o aigua a pressió, o amb gasos calents produïts per la combustió, aquesta és la configuració més freqüent per a plantes més grans.

Per a sistemes particularment grans, els intercanviadors es col·loquen en la pròpia càmera de combustió i també obtenen un intercanvi radiatiu amb les flames. Es presta especial atenció per evitar el sobreescalfament dels intercanviadors tèrmic, ja que això podria resultar en una reducció en la seva vida útil o, pitjor encara, si falla estructural que causaria un dany considerable al sistema.

plantes supercrítiques

En els sistemes supercrítics, el líquid de treball ja no experimenta una transició de fase real, sent la pressió per sobre del punt crític, però, l'estructura és similar, fins i tot si les distincions entre els tres tipus de bancs són molt més baixes. No obstant això, encara hi ha tres zones: una a temperatures relativament baixes on el fluid de treball és líquid, una altra a temperatures properes al punt crític i àrees on el fluid està en estat gasós. Aquesta solució, que per tant implica el pas del fluid per a un estat supercrític, s'usa particularment per a grans centrals elèctriques de vapor o per a centrals elèctriques més petites amb fluids orgànics, en aquest cas amb l'objectiu d'aproximar millor la corba de refredament. Dels gasos amb què s'intercanvia la calor.

Expansió de vapor a turbina

El vapor que surt del generador de vapor s'envia a una màquina, generalment una turbina de vapor o, més rarament, una màquina alternativa (motor de capor). La primera part de l'expansió sovint es du a terme a través d'una etapa d'acció inicial, sovint en forma d'algunes etapes de Curtis, per garantir la possibilitat de parcialitzar i ajustar la turbina a les diferents càrregues.

Posteriorment només segueixen les etapes de reacció causa de la seva major eficiència. Per centrals tèrmiques grans en un cert punt d'expansió, el vapor s'envia de tornada al generador de vapor per a un reescalfament, per augmentar el treball extret de la turbina i al mateix temps reduir la presència de condensat en la descàrrega de la mateixa, en cas que s'utilitzin fluids. petit complex.

El vapor, reescalfat o no, continua la seva expansió a la turbina, expandint-se i refredant-se, això pot causar un flux volumètric excessiu que involucra precaucions especials tant en l'estructura del revestiment com, possiblement, en l'ús de múltiples cossos de turbina.

A la zona de pressió més baixa, treballant amb líquids simples, hi ha una condensació parcial del fluid de treball, això pot ser extremadament perjudicial per a la turbina de vapor ja que les gotes d'aigua líquida no segueixen les mateixes trajectòries del vapor, el que resulta en un martelleig i danys en les paletes. Una vegada que acaba l'expansió, el vapor surt de la turbina i s'envia al condensador, per a fluids simples, oa un temperador seguit del condensador, per a fluids amb una campana de saturació retrògrada.

Durant l'expansió, en els grans grups d'aigua i vapor, es pren una mostra de vapor en diferents seccions de la turbina: aquest vapor es fa servir en els intercanviadors de calor per escalfar l'aigua del cicle abans que entri a la caldera. A més, les enormes pèrdues de vapor degudes a fuites a les diferents seccions discontínues de la turbina (donades les altes pressions i temperatures que el sistema de segellat no està realitzant) generalment es transfereixen a un intercanviador de calor i després es tornen a inserir en el circuit; Els alts costos de la desmineralització de l'aigua i la seva sobreescalfament justifiquen l'ús d'aquesta energia i la recuperació de materials.

condensador

El condensador d'una central tèrmica és el component en el qual té lloc la condensació del fluid de treball. Aquest instrument es troba a molt baixes pressions en cicles d'aigua, mentre que pot ser a pressions més altes, fins i tot més altes que les pressions atmosfèriques, per a cicles alimentats amb altres fluids de treball. En els cicles d'aigua, o en qualsevol cas amb fluids amb baixa pressió a la temperatura de condensació, és fonamental comptar amb un condensador capaç d'evitar fuites d'aire dins del condensador, ja que l'oxigen que finalment ingressa en el fluid de treball és particularment agressiu. el temps el fluid de treball serà dut a altes temperatures.

Conversió d'energia mecànica en energia elèctrica i el sistema elèctric principal de la planta

L'expansió del vapor a la turbina permet la transferència d'energia mecànica a les pales del rotor. El parell resistiu necessari per estabilitzar la rotació del rotor és absorbit per l'alternador, un generador síncron trifàsic connectat directament al sistema elèctric principal de la planta d'energia i indirectament, per mitjà de l'estació d'augment de voltatge i dels interruptors col·locats en les barres col·lectores, a la xarxa de transmissió elèctrica.

De fet, aquest parell de resistència es converteix en energia elèctrica a través de fenòmens de conversió electromagnetomecánica de l'energia present dins de l'alternador. A més el sistema d'excitació del generador síncron de corrent continu,

La desmineralització de l'aigua

L'aigua utilitzada en els cicles de les centrals termoelèctriques pot ser aigua de mar o aigua subterrània dolça o aigua de riu. Sobre la base de la seva procedència, se sotmetrà a un tractament previ diferent, que en el cas de l'aigua salada es denomina dessalinització.

El tractament previ de l'aigua es realitza en tancs per floculació i precipitació de substàncies sòlides agrupades en flòculs obtinguts a través de productes químics. L'aigua es purifica a partir de residus sòlids i substàncies impures.

Plantes amb fluids de treball complexos i mescles

Hi ha aplicacions que exploten fluids amb alta complexitat molecular, per tant, amb molècules amb alts graus de llibertat. La campana de saturació dels fluids complexos està decididament deformada en comparació amb la dels fluids més simples, això permet tenir un fluid d'escapament de la turbina encara en estat de vapor, que generalment es refreda inicialment per mitjà d'un intercanviador fins a la seva temperatura de saturació. Possiblement en un ordre de cogeneració o preescalfament del fluid condensat.

Altres aplicacions exploten mescles de fluids, seleccionats apropiadament, per explotar característiques particulars de les mescles resultants. Les mescles, si es sintetitzen i s'operen correctament, poden presentar corbes de condensació de bombolles i / o no isotèrmiques, el que permet l'explotació de fonts tèrmiques no isotèrmiques particulars, com els gasos d'escapament d'una planta de mida petita, o un més fàcil. Dimensionament d'una recuperació de calor de cogeneració de la fase de refredament i condensació.

Plantes d'energia a gas

Aquest tipus de central tèrmica es caracteritza per l'ús d'un fluid en forma de gas que no pateix transicions de fase. Les plantes d'aquest tipus generalment consten de quatre seccions: compressió de gas, escalfament de gas, expansió de gas, escapament o refredament de gas. Típicament aquestes seccions estan unides en un turbogas.

La compressió de gas generalment té lloc a través d'un turbocompressor axial, o per a sistemes radials més petits, és típic tenir les primeres etapes mòbils de l'estator per permetre que la màquina es controli més fàcilment. Durant la compressió, per a les màquines grans és una pràctica comuna que l'aire sigui bufat i després refredar la cambra de combustió i la turbina.

L'escalfament de gas pot realitzar-se a través d'un intercanviador, quan cal mantenir separada la combustió del fluid de treball, o més comunament en una cambra de combustió on es crema un combustible en el fluid de treball, necessàriament aire o oxigen. L'expansió té lloc en una turbina que sol ser completament reactiva, ja que ja no cal operar la màquina per controlar-la. En el cas de plantes que operen amb aire, també hi ha una secció important per filtrar i purificar l'aire d'admissió.

Filtració d'aire

La presència de contaminants sòlids en l'aire és un problema molt sensible a les plantes de gas i fa que la instal·lació de filtres de purificació específics eviti la seva entrada a la màquina. De fet, aquests contaminants podrien fusionar-a causa de les altes temperatures assolides en la turbina i solidificar-se en les pales de la turbina, el que causaria, amb el temps, un desgast excessiu de la màquina.

A més, fins i tot per a les turbines amb temperatures relativament baixes, les partícules poden entrar en els conductes de refrigeració de la turbina i obstruir-les, el que provoca un sobreescalfament local de la màquina que pot causar la falla estructural de la mateixa.

La tecnologia de cicle combinat gas-vapor

Per tal d'augmentar l'eficiència energètica de les centrals tèrmiques, l'ús de cicles combinats de gas i vapor s'ha estès en els últims anys. El cicle combinat de gas i vapor es basa en un turbogas que consisteix en un compressor, connectat a la turbina i l'alternador, que injecta l'aire de combustió de l'atmosfera a la cambra de combustió. La barreja d'aire i gas injectada es crema a la cambra de combustió i els gasos d'escapament s'utilitzen per obtenir treball mecànic a la turbina.

Una caldera de recuperació posterior utilitza els mateixos fums calents que surten de la turbina per generar vapor que després s'expandeix en una turbina de vapor per generar més feina. En general, les centrals de cicle combinat tenen l'avantatge d'un menor impacte ambiental en termes d'emissions, ja que utilitzen combustibles lleugers com el gas metà o el combustible dièsel, així com un menor ús d'aigua per a la condensació.

També tenen una eficiència molt més gran que les centrals termoelèctriques tradicionals, ja que els fums sortints s'utilitzen per generar vapor i generar electricitat novament. Aquest rendiment (elèctric) arriba fins gairebé el 60%. En el cas que es prevegi la cogeneració (electricitat i calor), en comparació amb un rendiment de primera classe del voltant del 87%, s'observa una lleugera disminució en el rendiment de l'electricitat.

Reducció de contaminants

Totes les plantes termoelèctriques estan obligades a controlar les seves emissions, això és particularment rellevant per a les grans centrals elèctriques en què hi ha una secció important per reduir els contaminants.

Reducció d'òxids de sofre

Els òxids de sofre, que són una de les causes de la pluja àcida, solen ser el resultat de la combustió del carbó i estan estrictament regulats. Després es tallen, depenent de quan s'eliminen, hi ha tres tipus d'extracció: precombustió, caldera, postcombustió.

La reducció de la precombustió només pot tenir lloc si el carbó pot tractar-se prèviament, com en les plantes IGCC, per la qual cosa és un procés bastant rar.

La destrucció a la caldera es realitza mitjançant la injecció de compostos de calci que s'uneixen al sofre per donar guix inert.

La reducció de la postcombustió es realitza mitjançant el rentat dels fums amb una solució de compostos de calci que formen el guix, aquesta configuració es prefereix per a plantes grans, ja que el guix es produeix pur, per tant, es pot vendre, evitant grans despeses d'eliminació.

Oxidació d'òxids de nitrogen

La reducció dels òxids de nitrogen és un problema comú a totes les plantes de combustió. En general, la seva producció està efectivament limitada ja en l'origen a través d'un disseny adequat dels cremadors i una distribució igualment estudiada dels corrents d'aire dels aliments a la caldera o cremador, evitant porcions de gasos de combustió a temperatures excessivament altes. Si aquest contaminant segueix sent rellevant, s'utilitzen depuradors especials amb amoníac o urea.

Eliminació de cendres

La reducció de les cendres és un problema típic de les plantes de combustibles fòssils de carbó i fuel, ja que les plantes de gas utilitzen tant un combustible ja net com aire filtrat. El problema també està relacionat amb les cendres lleugeres, que són arrossegades pel flux d'aire cap a la xemeneia. Després, les cendres es tallen a través d'una sèrie de filtres electrostàtics, ciclons i filtres de fundes d'eficiència creixent per portar les emissions dins dels límits legals. La cendra més pesada, d'altra banda, es retira fàcilment de la caldera i s'envia a un tractament adequat i després es diposita en abocadors. Configuracions particulars de plantes de plantes avançades, com la ja esmentada IGCC, també poden anar a reparar aquestes cendres pesades,

Captura de diòxid de carboni

En els últims anys, quan els contaminants tradicionals s'han reduït, s'ha prestat gran atenció a la reducció de les emissions de diòxid de carboni a causa de la seva contribució a l'efecte hivernacle. Aquesta necessitat ha impulsat cap a plantes cada vegada més eficients i cap al desenvolupament i experimentació de plantes amb captura i segrest de carboni. Les tècniques de separació es divideixen en tres grups principals:

La captura de precombustió proporciona l'eliminació de carboni i combustible que alimenta la planta, el que, per tant, és treballar cremant pràcticament sol hidrogen.

La oxicombustió implica la combustió del combustible en atmosfera d'oxigen pur, de manera que llavors pot separar fàcilment el diòxid de carboni dels altres components sense la gran dilució típic de la combustió en l'aire.

La captura posterior a la combustió proporciona, amb tècniques similars a aquelles posteriors a la combustió per a l'eliminació d'òxids de sofre, per eliminar el diòxid de carboni del flux a la descàrrega de la planta.

El diòxid de carboni separat en aquest punt s'emmagatzema en aqüífers esgotats o profunds o, més econòmicament, es bomba en dipòsits actius, d'acord amb la tècnica de recuperació forçada d'hidrocarburs, aquesta última tècnica, si es combina amb una forta imposició sobre les emissions, és El més prometedor econòmicament.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 19 de febrer de 2019