How does a Thermal power plant work?

Summary

La central eléctrica de carbón es una fuente de energía clave que satisface casi la mitad de la demanda mundial de electricidad. La producción de electricidad se logra a través de un ciclo detallado que involucra el uso de vapor de alta presión y temperatura para accionar una turbina de vapor, la cual impulsa un generador. Para mejorar la eficiencia y cumplir con estándares ambientales, se implementan técnicas como supercalentamiento, recaleentamiento y sistemas de intercambio de calor para condensar el vapor. Además, se utilizan tecnologías de limpieza de gases de escape para reducir la contaminación atmosférica.

Takeaways

• 🌐 Las centrales térmicas son fundamentales en la generación de energía, abasteciendo casi la mitad de la demanda mundial de electricidad.
• 💧 El agua actúa como fluido de trabajo en las centrales térmicas, y se puede mejorar su eficiencia siguiendo estándares ambientales estrictos.
• ⚙️ La turbina de vapor es el núcleo de la planta de energía, donde el movimiento se deriva de la energía de la vaporización.
• 🔥 Para impulsar la turbina de vapor, se requiere vapor a alta presión y temperatura, lo que disminuye a medida que fluye hacia la salida.
• 🔩 Las plantas de alta capacidad a menudo utilizan varias etapas de turbinas de vapor, como turbinas de alta, media y baja presión.
• 🔁 El proceso de vaporización y condensación se puede repetir para producir electricidad continuamente, pero requiere de técnicas para mejorar la eficiencia.
• 🌀 La compresión de vapor es un proceso energéticamente intensivo, por lo que se prefiere convertir el vapor en líquido y aumentar la presión.
• 💧 Los intercambiadores de calor en el condensador ayudan a convertir el vapor en líquido, y luego se utiliza una bomba para aumentar la presión del agua de alimentación.
• 🔥 Las plantas de alta capacidad generalmente utilizan un tipo de horno llamado "horno de tubo de agua", donde se quema el carbón pulverizado.
• 🔝 La supercalentación y la recaleentación son técnicas para aumentar la eficiencia de la planta, aumentando la temperatura del vapor y, por tanto, la eficiencia del ciclo.
• 🌿 Para mejorar la eficiencia y prevenir la corrosión, se utilizan calentadores de agua de alimentación abierta y se mezcla vapor caliente con el agua de alimentación para eliminar gases disueltos.
• 🏭 Las técnicas modernas permiten que las plantas eléctricas funcionen con una eficiencia del 40% al 45%, mejorando la producción de energía.
• 🌬 Las torres de enfriamiento ayudan a mantener el flujo continuo de agua fría en el condensador, mejorando el rendimiento de la planta.
• ♻️ Los electrofiltros estáticos se utilizan para limpiar las emisiones de gases antes de liberarlas a la atmósfera, reduciendo la contaminación.

Q & A

¿Cuál es la función principal de las centrales térmicas en el abastecimiento de energía mundial?

Las centrales térmicas son responsables de proporcionar casi la mitad de la demanda de energía mundial.

¿Qué fluido utilizan las centrales térmicas para generar energía?

Las centrales térmicas utilizan agua como fluido de trabajo para generar energía.

¿Cómo logran las centrales térmicas modernas cumplir con los estándares ambientales?

Las centrales térmicas modernas cumplen con los estándares ambientales al operar de manera eficiente y sostenible, minimizando las emisiones y污染.

¿Qué es un ciclo de Rankine y cómo se relaciona con la producción de energía en una central térmica?

El ciclo de Rankine es un proceso termodinámico que se utiliza en las centrales térmicas para convertir el calor en trabajo, lo que resulta en la producción de electricidad.

¿Qué es una turbina de vapor y qué papel juega en una central térmica?

Una turbina de vapor es el corazón de la central térmica, utiliza el vapor a alta presión y temperatura para girar y así accionar el generador de electricidad.

¿Cómo se mejora la eficiencia de una central térmica al utilizar etapas diferentes de turbinas de vapor?

Al utilizar turbinas de vapor en etapas, como turbinas de alta, media y baja presión, se puede mejorar la eficiencia de la central térmica al aprovechar mejor el calor del vapor.

¿Qué es un condensador y cómo ayuda a aumentar la eficiencia de una central térmica?

Un condensador es un intercambiador de calor que convierte el vapor en líquido, lo que permite aumentar la presión del agua y reutilizarla en el proceso, mejorando así la eficiencia de la central.

¿Qué es un boiler y cómo contribuye a la producción de energía en una central térmica?

Un boiler es un dispositivo que calienta el agua para producir vapor, el cual es esencial para accionar la turbina de vapor y generar electricidad.

¿Qué técnicas se pueden implementar para aumentar la eficiencia de una central térmica que opera en el ciclo de Rankine básico?

Se pueden implementar técnicas como la supercalentación, la recaleentación y el uso de evaporadores abiertos para aumentar la eficiencia de una central térmica.

¿Cómo se eliminan las gases disueltos en el agua de alimentación que podrían dañar el material del boiler?

Se utilizan evaporadores abiertos que mezclan vapor caliente con el agua de alimentación para generar burbujas que absorben los gases disueltos, pre-calentando el agua y mejorando la eficiencia.

¿Cómo se gestiona el calor rechazado en una central térmica y cómo se relaciona con la torre de enfriamiento?

El calor rechazado se gestiona mediante un condensador que se enfríe con la ayuda de una torre de enfriamiento, donde el agua caliente se rociará y se enfriará mediante la ventilación natural, proporcionando un flujo continuo de agua fría para el condensador.

Outlines

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🌐 Funcionamiento de una Central Térmica Carbón

Esta sección del video explica cómo las centrales eléctricas térmicas, que satisfacen casi la mitad de la demanda mundial de energía, operan de manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Se utiliza el agua como fluido de trabajo y se ajustan a estrictos estándares ambientales. El proceso comienza con la generación de electricidad a través de un generador impulsado por un turbina de vapor, que es el núcleo de la planta. Se describe el funcionamiento del turbina, la necesidad de vapor a alta presión y temperatura, y la utilización de etapas de turbinas para incrementar la eficiencia. Además, se menciona el proceso de regresar el vapor a su estado original a través de compresores y condensadores, y cómo se utiliza la bomba para aumentar la presión del agua. Finalmente, se explica cómo se calienta el agua con un horno de tubo de agua, utilizando carbón pulverizado, y se separa el vapor puro para reutilizarlo en el ciclo de generación de energía.

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🔥 Mejoras en la Eficiencia de las Centrales Térmicas

El segundo párrafo profundiza en las técnicas que mejoran la eficiencia de las centrales térmicas, tales como la supercalentación y la recalentación, que aumentan la temperatura del vapor y, por ende, la eficiencia del ciclo. Se discute la limitación de la supercalentación debido a las capacidades de los materiales de la turbina. También se aborda la importancia de evitar la corrosión en los hornos por medio de la eliminación de gases disueltos en el agua, utilizando un calentador de agua de alimentación. Se describe el proceso de suministro continuo de líquido frío al condensador a través de una torre de enfriamiento, y cómo se gestiona el calor rechazado. Además, se menciona el tratamiento de las emisiones de la planta mediante un Electrostatic Precipitator (ESP) para evitar la contaminación atmosférica. El video concluye con una invitación a los espectadores a que exploren más sobre el funcionamiento interno de las centrales térmicas.

Keywords

💡Central térmica

Una central térmica es una planta de generación de electricidad que utiliza el calor para producir vapor, que a su vez acciona un turbina y genera electricidad. En el vídeo, se explica cómo una central térmica de carbón utiliza el calor para producir electricidad de manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

💡Potencia

La potencia es la cantidad de energía que se puede producir o consumir por unidad de tiempo. En el contexto del vídeo, se refiere a la capacidad de las centrales térmicas para generar electricidad. Se menciona que las centrales térmicas satisfacen casi la mitad de la demanda mundial de electricidad.

💡Eficiencia ambiental

La eficiencia ambiental se refiere a la capacidad de una planta para operar de acuerdo con estándares ecológicos estrictos. En el vídeo, se destaca que las centrales térmicas modernas pueden operar con 'eficiencia ambiental', lo que implica minimizar la emisión de contaminantes y cumplir con regulaciones ambientales.

💡Turbina de vapor

La turbina de vapor es el componente central de una central térmica que transforma el calor en movimiento mecánico, el cual es utilizado para generar electricidad. En el vídeo, se describe cómo la turbina de vapor se alimenta de vapor a alta presión y temperatura y cómo su diseño es crucial para la eficiencia de la planta.

💡Condensador

El condensador es una parte esencial de la central térmica que convierte el vapor en líquido, lo que permite reutilizar el agua y mantener un ciclo de trabajo eficiente. En el vídeo, se explica que el condensador utiliza un intercambio de calor para que el vapor se condense al transferir su calor a un flujo de agua fría.

💡Compresor

Un compresor es un dispositivo que aumenta la presión de un fluido, en este caso, el vapor. Aunque en el vídeo se menciona que la compresión de vapor es un proceso energéticamente intensivo y no eficiente, se sugiere que la conversión del vapor en líquido y la posterior presionado por un bombeo es una solución más eficiente.

💡Caldera

La caldera es el lugar donde se quema el carbón para producir calor que se utiliza para generar vapor. En el vídeo, se describe cómo las calderas de tubo de agua son utilizadas en las centrales térmicas de alta capacidad y cómo el carbón molido se quema dentro de ella para producir vapor.

💡Supercalentamiento

El supercalentamiento es el proceso de agregar más calor al vapor después de que el líquido se haya convertido en vapor. Esto aumenta la temperatura del vapor y, por lo tanto, la eficiencia del ciclo. En el vídeo, se menciona que el supercalentamiento es limitado por la capacidad de los materiales de la turbina de soportar temperaturas más altas.

💡Recalentamiento

El recalentamiento es el proceso de aumentar la temperatura del vapor después de la primera etapa de la turbina, lo que mejora la eficiencia y la potencia de la planta. En el vídeo, se explica cómo el recalentamiento se realiza agregando calor al vapor después de que ha pasado por la primera etapa de la turbina.

💡Electroestático Precipitador

El precipitador electrostático (ESP) es un dispositivo utilizado para limpiar las gases de escape de las centrales térmicas, eliminando las partículas de polutores antes de que se liberen al ambiente. En el vídeo, se describe cómo el ESP utiliza electricidad estática para atraer y recolectar las partículas de polutores de los gases de escape.

Highlights

Thermal power plants supply almost half of the world's power demand.

They use water as the working fluid and adhere to stringent environmental standards for green efficiency.

The steam turbine is the heart of the power plant, where high-pressure, high-temperature steam drives electricity generation.

A multi-stage steam turbine is used, with high-pressure, intermediate-pressure, and low-pressure stages to improve efficiency.

The process repeats by converting low-pressure steam back to high-pressure steam using a condenser and a boiler.

Condensers use cold water to condense steam, after which multistage pumps increase the water pressure.

Pulverized coal is burned in a water tube boiler, turning water into steam to drive the turbine.

Superheating steam after it is formed increases efficiency, though limited by material constraints.

Reheating steam after the first turbine stage further increases power output and efficiency.

Open feedwater heaters remove dissolved gases from the water, improving the boiler's longevity and efficiency.

Modern power plants achieve 40-45% efficiency using techniques like reheating and superheating.

Cooling towers and condensers work together to keep the condenser supplied with cold water for effective steam condensation.

Electrostatic precipitators clean pollutants from exhaust gases, ensuring they aren't released directly into the atmosphere.

The Carnot theorem emphasizes that higher steam temperatures lead to more efficient cycles.

Pollutants are removed from exhaust gases before they are released, using high-voltage plates in the ESP system.

Transcripts

thermal power plants help me almost half of the world's power demand

they use water as the working fluid

today's thermal power plants are capable to run under green efficiency by conforming to stringent environmental standards

in this video we will see how a coal-based thermal power plant achieves this

in a detailed step-by-step manner

by turning the shaft of this generator we will be able to generate electricity

the generator derives motion from a steam turbine the heart of the power plant

in order to turn steam turbine, you have to supply a high pressure and high temperature steam at the inlet of the turbine

as the turbine absorbs energy from the high-energy fluid

its pressure and temperature drop toward the outlet

you can take a closer look at the uniquely shaped steam turbine rotor blades

high capacity power plant often use different stages of steam turbines

such as high pressure turbine

intermediate pressure turbine

and low pressure turbine

so now we have met our objective, we have produced electricity from the generator

if we can bring the low pressure and low temperature steam back to their original states

which were of a much higher pressure and temperature we can repeat the process

the first step is to raise the pressure

you can use a compressor for this purpose

but compressing steam is a highly energy intensive process and such a power plant will not be efficient at all

the easy way is to convert the steam into liquid and boost the pressure

for this purpose we'll introduce condenser heat exchangers

which sit beneath the low pressure turbine

in the condenser a stream of cold water flows through the tubes

the steam rejects heat to this liquid stream and became condensed

now we can use the pump to increase the pressure of this feed water

typically multistages traffical pumping is used for this purpose

that way the pressure will revert to its original state

the next task is to bring the temperature back to its original value

for this purpose heat is added to the exit of the pump with the help of a boiler

high capacity power plants generally use a type of boiler called a "water tube boiler"

pulverized coal is then burnt inside boiler

the incoming water initially passes through any economizer session

here the water will capture energy from the flue gas

the water flow straight down-comer

and then through water walls, where transforms into steam

the pure steam is separated at a steam drum

now the working fluid is back to its original state

high pressure and high temperature

this steam can be fed back into the steam turbine

and the cycle can be repeated over and over again for continuous power production

but a power plant working on this basic Rankine cycle will have a very low efficiency and a low capacity

we can increase the performance of the power plant considerably with the help of a few simple techniques

in case of super heating even after the liquid has been converted into steam even more heat is added

and with that the steam becomes super-heated

the higher the temperature of the steam the more efficient the cycle

just remember the Carnot's theorem of maximum thermal efficiency possible

but the steam turbine material will not withstand temperatures of more than 600 degrees celsius

so super heating is limited to the threshold

the temperature of the steam decreases as it flows along the rows of the blade

consequently a great way to increase the efficiency of the power plant is to add

more heat after the first turbine stage

this is known as reheating and it will increase the temperature of the steam

again leading to a high power output and greater efficiency

the low pressure size of the power plan are prone to suck the atmospheric air

even with sophisticated ceiling arrangements

the dissolved gases in the feed water will spoil the boiler material over time

to remove these dissolved gases and open feedwater heater is introduced

hot steam from the turbine is mixed into the feed water

steam bubbles so generated will absorb the dissolved gases

the mixing also preheats the feed water which helps improve the efficiency of the power plant to an even greater extent

all these techniques make the modern power plant work under an efficiency range of forty to forty-five percent

now we'll take a look at how heat addition

and heat rejection are executed in an actual power plant

the cold liquid is supplied at the condenser with the help of a cooling tower

the heated up water from the condensor are rid is sprayed in the cooling tower which induces a natural air draft

and the sprayed water loses heat

this is how a colder liquid is always provided at the condenser inlet

at a heatdation inside the burning coal produces many pollutants

we cannot release these pollutants directly into the atmosphere

so before transferring them to a stack the exhaust gases cleaned in an Electro Static Precipitator

the ESP uses plates with high voltage static electricity to absorb the pollutant particles

we hope that we've given you new insights into the inner workings of thermal power plants

Thank you for watching the video