Captulo 7 Centrales trmicas de turbinas de vapor7.1 Centrales trmicas de turbinas de vaporUna gran central trmica se compone de: - Un parque de almacenamiento del combustible, con las instalaciones para las descargas y alimentacin del mismo. - Un cuarto de calderas, con los dispositivos relativos a las mismas. - Una sala de mquinas o edificio de turbinas. - Un departamento elctrico, con los locales para los cuadros de maniobra y medida y la subestacin transformadora elevadora. - Los edificios de servicios. El cuarto de calderas Constituido por: La caldera o el generador de vapor. El economizador o precalentador del agua. El alimentador de agua a la caldera. El depurador del agua de alimentacin.

El edificio de turbinas o sala de mquinas Constituido por: - El grupo turbo-alternador. - El condensador. En el edificio de turbinas o contiguo a l est :

La sala de control Constituida por: - Los cuadros de maniobra y medida, con todos los dispositivos y aparatos de medicin, maniobra y regulacin que son necesarios para la explotacin de la central. El departamento elctrico Constituido por: - El parque de transformadores (cuando se hallan en la central).

- La aparamenta de alta tensin, con sus interruptores, seccionadores, transformadores de medida, pararrayos, etc. En las instalaciones modernas este departamento est generalmente al aire libre. El departamento de servicios auxiliares Constituido por: - El parque de transformadores de servicios auxiliares. - La aparamenta de media y baja tensin. El consumo propio de energa elctrica de las centrales de vapor es muy elevado. De los tipos de centrales trmicas, el ms importante por el tamao y nmero de las instalaciones es l de las centrales trmicas de vapor, ya que cubren tanto las necesidades propiamente industriales (centrales en fbricas de papel, textiles , de productos alimenticios, de productos qumicos, etc.) como las del sector elctrico de produccin y distribucin de energa elctrica. En el sector industrial, la eleccin del tipo de turbina de vapor viene condicionada por la necesidad de disponer o no de grandes cantidades de vapor para coccin, calefaccin, secado, etc.. Cuando se necesitan grandes cantidades de vapor el tipo turbina de vapor empleado es el de turbina a contrapresin o de recuperacin trmica, que utiliza con un elevado rendimiento la fase inicial de expansin del vapor para la produccin de energa mecnica o elctrica, y a la salida de la turbina recuperan la energa calorfica contenida en el vapor dedicndolo a los fines antes mencionados. En las empresas del sector elctrico que se dedican a la produccin de energa elctrica se emplean turbinas de condensacin, lo cual adems de permitir el empleo de cualquier tipo de combustible, se presta mejor a la obtencin de elevadas potencias unitarias, como se requiere para las centrales trmicas conectadas a grandes sistemas elctricos. Las centrales trmicas necesitan gran cantidad de agua de refrigeracin por lo que se ubicarn en zonas prximas al mar o a ros. En las tablas 7.1.1 se dan valores habituales de las centrales de vapor. En dicha tabla, la potencia nominal es la potencia mxima continua, es decir la potencia con la vlvula de admisin completamente abierta y con el ciclo de vapor en las condiciones normales.

Tabla 7.1.1 Valores habituales de las turbinas de vapor. Potencia nominal (MW) 2 5+30 50+55 60 80 Presin del vapor (kg/cm ) Temperatura del vapor (C)2

120 105+125 540+565 540+565 5+6

42+64 455+500-

64+88 485+520-

88 500+525-

88+105 500+525 500+525 4+6

Temperatura del calentamiento intermedio (C) Nmero de extracciones

-

3

4

En la tabla 7.1.2 se indica la variacin el rendimiento en funcin del nmero de extracciones para las centrales en funcionamiento continuo. Tabla 7.1.2 Aumento del rendimiento con el nmero de extracciones. Presin de vapor Temperatura del agua Nmero de Aumento del rendimiento (%) 2 de alimentacin (*C) (Kg/cm ) extracciones 40+70 70+90 90+125 150 190 200 3 4 5+6 8 9 10

7.2 Esquemas de instalacinActualmente, en la implantacin de centrales se tienen en cuenta los siguientes aspectos: a) Reduccin del nmero de unidades, con aumento de la potencia unitaria. De este modo se consigue una disminucin del coste especfico, una mejora del rendimiento y una reduccin del personal de servicio. b) Adopcin de un esquema unitario de bloques para el conjunto caldera - turboalternador. Actualmente, la potencia de las calderas ha aumentado, de forma que ya se construyen calderas capaces de alimentar turbinas de 250 MW. En muchas ocasiones, por razones de fiabilidad del sistema , se disponen tres calderas por cada dos turbinas. A veces una turbina puede estar alimentada por dos calderas. c) Automatizacin completa del funcionamiento y de la regulacin del bloque. La disposicin de las calderas y de los turboalternadores depende de la forma y dimensiones del terreno disponible, as como de la instalacin de alimentacin del combustible (figura 7.2.1).

Fig. 7.2.1 Esquemas de disposiciones de calderas y turboalternadores. 1 =Turboalternadores; 2 = Bombas y recalentadores. Pilas de carbn; 3 = Calderas. Los turboalternadores se pueden disponer perpendiculares o paralelos a la pared divisoria, cuando existe, entre ambos (figuras 7.2.2 y 7.2.3).

Fig. 7.2.2 Esquema de una centraI trmica de vapor con turbogrupos perpendiculares a la pared divisoria: 1 = Depsitos de carbn; 2 = Dispositivos de pesado del carbn; 3 = Tolva de carga del carbn; 4 = Hogares; 5 = Calderas; 6 = Ventiladores de soplado del aire de combustin; 7 = Separadores electrostticos; 8 = Ventiladores de tiro forzado; 9 = Chimenea; 10 = Evacuador de cenizas; 11 = Turbogrupos; 12 = Condensadores; 13 - Bombas de alimentacin de las calderas; 14 = Bombas de circulacin del agua de refrigeracin; 15 = Cuadro de mando.

Fig. 7.2.3 Esquema de una central trmica de vapor con turbogrupos paralelos a la pared divisoria: 1 - Depsitos de carbn; 2 = Dispositivos de pesado y carga del carbn; 3 = Hogares; 4 = Calderas; 5 ~ Precalentadores del aire de combustin; 6 = Ventiladores de soplado del aire de combustin; 7 = Ventiladores de tiro forzado; 8 = Chimeneas; 9 = Turbogrupos; 10 = Condensadores; 11 = Precalentadores del agua de alimentacin; 12 = Bombas de circulacin del agua de refrigeracin; 13 = Bombas de alimentacin de las calderas; 14 = Gra puente; 15 = Cuadro de mando. Desde el punto de vista del funcionamiento el proceso completo de una central trmica de vapor puede agruparse en subprocesos o bloques funcionales, interrelacionados, que designaremos como circuitos. Dichos circuitos bsicos, representados esquemticamente en la figura 7.2.4, son:

a) b) c) d) e)

Circuito aire-combustible-gases-cenizas Circuito agua-vapor Circuito de agua de circulacin Circuitos elctricos Circuitos auxiliares

Fig. 7.2.4 Esquema funcional de una central trmica de vapor.

7.2.1 El circuito aire-combustible-gases-cenizasEste circuito (figura 7.2.1.1), es el encargado de realizar los siguientes cometidos: a) b) c) d) e) Recepcin y almacenamiento del combustible. Preparacin del combustible para ser quemado en condiciones ptimas. Transporte del combustible hasta el hogar o cmara de combustin. Evacuacin y filtrado de gases. Evacuacin de cenizas y residuos de la combustin.

Fig. 7.2.1.1 Circuito aire-combustible-gases-cenizas.

7.2.2 Tipos y propiedades de los combustiblesLos combustibles empleados en las centrales trmicas convencionales se clasifican de la forma siguiente: - Combustibles slidos: Turba, lignito, hulla y antracita. - Combustibles lquidos: Fuel-oil y gas-oil. - Combustibles gaseosos: Gas natural y gas de alto homo. Una clasificacin y estudio sistemtico de los diversos combustibles debe llevarse a cabo sobre la base de un anlisis inmediato y un anlisis elemental. El anlisis inmediato consiste en la determinacin del carbono fijo, de las materias voltiles, de la ceniza y de la humedad. Carbono fijo: Cantidad de carbono, C, contenida en el combustible. Voltiles: Es el porcentaje de prdida de peso que experimenta un combustible al calentarlo a 925