Efecto de la capacidad de transferencia de calor de los calentadores de agua sobre el funcionamiento de un ciclo de potencia de vapor

Abstract

En la actualidad todavía se encuentran en funcionamiento un elevado número de centrales térmicas de vapor convencionales. En España, de la electricidad neta generada en el año 2013 aproximadamente el 15% procede de las centrales convencionales de carbón, incluyendo también la planta de gasificación integrada en ciclo combinado de ELCOGAS [1]. Durante el citado año, el número horas equivalentes de funcionamiento a plena carga de las centrales de carbón fue de 3639 horas [1]. Además, en otros países, tales como Indonesia, se han construido recientemente y se planifica la construcción de nuevas centrales térmicas de carbón pulverizado. Los ciclos de vapor construidos son ciclos regenerativos que disponen de varios calentadores de agua alimentación para mejorar su rendimiento térmico. Existen diversos estudios termodinámicos del funcionamiento de los ciclos regenerativos que emplean como parámetros fijos la diferencia terminal de temperaturas (TTD) y el grado de aproximación (DCA) de los calentadores [2]. En este trabajo se propone emplear como parámetros fijos de los calentadores el número de unidades de transferencia (NTU) correspondientes a cada zona de los mismos. Los calentadores pueden presentar una única zona (zona de condensación), dos o incluso tres zonas (desrecalentamiento, condensación y subenfriamento) dependiendo de su diseño. De esta forma, es posible analizar el efecto que tendría modificar la capacidad de transferencia de calor de cada calentador sobre el funcionamiento del ciclo, contribuyendo de este modo a establecer el diseño óptimo de los calentadores en un ciclo regenerativo. Para este estudio se ha seleccionado un ciclo regenerativo con ocho extracciones de vapor y siete calentadores de tipo cerrado (cuatro de baja presión y tres de alta presión). Los resultados han mostrado que el aumento del NTU de una determinada zona de un calentador no siempre mejora los rendimientos térmico y exergético del ciclo, dado que se producen significativas variaciones en el flujo másico de la extracción que entra al calentador considerado. La modificación del NTU de una zona de un calentador puede provocar variaciones de hasta un 0,7% en los citados rendimientos. Por consiguiente, las capacidades de transferencia de calor de cada zona de los calentadores de agua de alimentación deben diseñarse adecuadamente para optimizar el funcionamiento del ciclo.