Na estação de energia térmica a água é aquecida se transforma em vapor e faz rodar a turbina que aciona o gerador elétrico. Depois de passar pela turbina, o vapor está condensado em condensador e reciclado para onde foi aquecido, fato conhecido como ciclo de Rankine. A maior variação no desenho das centrais térmicas acontece nas fontes de combustível.
Alguns preferem usar o termo centro de energia porque as instalações convertem formas de calor de energia em eletricidade. Algumas usinas térmicas também entregam a energia de calor para fins industriais, aquecimento ou dessalinização de água, bem como o fornecimento de energia elétrica. Parte considerável das emissões de CO2 é provinda de usinas térmicas. Cientistas unem esforços para reduzir as saídas variadas e generalizadas.
Eficiência das Usinas Termelétricas
A eficiência da estação de energia térmica convencional, considerada vendável como uma percentagem do valor de aquecimento do combustível consumido, está entre 33% a 48%. Esta eficiência é limitada quando todos os motores de calor são regidos pelas leis da termodinâmica. O resto da energia precisa deixar a planta sob a forma de calor, que pode passar através do condensador e eliminação junto com água de refrigeração ou torres de arrefecimento. Importantes classes de estação de energia térmicas estão associadas com instalações de dessalinização, estes são encontrados em países do deserto com grandes quantidades de gás natural.
A eficiência de Carnot dita maior eficiência a ser alcançada através do aumento da temperatura do vapor. Subcríticos fósseis são usados como combustível e podem alcançar a eficiência 36-40%. Supercríticas e projetos com eficiências de 40% com os novos projetos “ultracríticos” que utilizam pressões de 4400PSI (30,3MPA) e estágio múltiplo para reaquecer e chegar à eficiência de 48%. Acima do ponto crítico para a água de 705 ° F (374 ° C) não há transição de fase de água para vapor, acontece apenas diminuição gradual da densidade.
Usinas nucleares devem operar abaixo das temperaturas e pressões que movidas pelas estruturas que funcionam com base no carvão, visto que o recipiente pressurizado é grande e contém pacote inteiro de barras de combustível nuclear. O tamanho do reator limita a pressão que pode ser atingida. Isto, por sua vez, limita a eficiência termodinâmica para 30-32%. Alguns modelos de reatores avançados são estudados, tais como o reator de temperatura muito alta, avançado arrefecido a gás e de água supercrítica, que operam em temperaturas e pressões semelhantes às plantas atuais de carvão, produzindo eficiência termodinâmica comparável.
Custo da Eletricidade
O custo direto da energia elétrica produzida por central térmica representa resultado do custo do combustível de capital para a usina, trabalho do operador, manutenção e fatores como a manipulação de cinzas e disposição. Indiretos custos sociais e ambientais, tais como o valor econômico para diminuir impactos ambientais, ou efeitos ambientais de saúde do ciclo completo do combustível e de desmantelamento de plantas. O governo dos países está exigindo com que os administradores das usinas gerem energia causando o mínimo de degradação atmosférica.
Caldeira e Ciclo de Vapor
Em usina nuclear de campo o gerador de vapor se refere ao tipo específico do calor usado em reator de água pressurizada para conectar o térmico (planta do reator) primário e secundário (usina de vapor) dos sistemas. Centrais geotérmicas não precisam de caldeira, uma vez que utilizam fontes naturais de vapor. Os permutadores de calor podem ser utilizados na água geotérmica que é corrosiva e possuem partículas sólidas em suspensão excessivas.
Geradores de vapor de combustível fóssil inclui economizador, tambor de vapor e forno com os tubos de geração de vapor e as bobinas do superaquecedor. Necessárias válvulas de segurança localizadas em pontos apropriados para evitar a excessiva pressão da caldeira. O ar e gases de combustão de equipamentos incluem: Tiragem forçada, ventilador, pré-aquecedor, fornalha e a pilha de gases de combustão.
Aquecimento de Água da Alimentação e Desaceleração
Água Quente
A água de alimentação utiliza vapor da caldeira por meio de transferência de energia de calor a partir do combustível em combustão para a energia mecânica de rotação à turbina a vapor. A água de alimentação total consiste em recircular o condensado e purificar H20 de compensação. Uma vez que os materiais metálicos de contato estão sujeitos à corrosão às temperaturas e pressões elevadas, a água de reposição é purificada antes da utilização.
O ciclo se inicia com a água de alimentação e condensação a ser bombeada para fora do condensador depois da viajem através das turbinas a vapor. A taxa de fluxo do condensado atua com plena carga de unidade de 500MW, ou seis mil galões por minuto.
A água flui através de série de seis ou sete aquecedores intermediários de alimentação da mesma, que pode ser doseada após este ponto com hidrazina, produto químico que remove o restante do oxigénio na água para menos de cinco partes por bilião. Também é doseado com o PH, tais como agentes de controle do amoníaco ou morfina para manter o residual com acidez baixa e não corrosivo.
Operação de Caldeiras em Usinas Termelétricas
A caldeira representa forno de cerca de quinze metros de lado e quarenta metros de altura. As paredes são feitas com teia de tubos de alta pressão de aço em cerca de duas polegadas de diâmetro. O carvão pulverizado é soprado do ar para dentro do forno a partir de bicos de combustível nos quatro cantos. Queima de maneira rápida, formando bola de fogo grande no centro.
A radiação térmica da bola de fogo aquece a água que circula através dos tubos da caldeira perto do perímetro. A taxa de circulação no interior da caldeira é de três a quatro vezes da taxa de transferência conduzida por meio de bombas. À medida que a água na caldeira circula, absorve calor e as alterações em vapor chegam em 700°F (370°C) e 3200. Separado da água dentro do tambor no topo do forno, o vapor saturado fica introduzido no superaquecimento dos tubos pendentes que pendurados na parte mais quente dos gases de combustão à medida que saem do forno. Aqui, o vapor é sobreaquecido a 1000°F (540°C).
Artigo escrito por Renato Duarte Plantier
