Motor de vapor por tornillo

Motor de Vapor por Tornillo

Descripción del ciclo del motor de vapor de tornillo en las plantas de cogeneración con biomasa

En la actualidad, las únicas tecnologías útiles a partir de un punto de vista técnico y económico de la vista de la cogeneración sobre la base de los combustibles de biomasa en el rango de potencia de entre 200 a 1500 kWel son la máquina de vapor de tornillo y el proceso ORC . El proceso ORC se utiliza para aplicaciones de aceite térmico y más fuertes orientadas a la calefacción urbana mientras que el motor de tipo tornillo se utiliza para aplicaciones de vapor y se orienta a la industria y suministro de calor de proceso .

El ciclo del motor de tipo tornillo se basa en el proceso convencional Rankine . En frente al proceso de turbina de vapor el vapor se expande en un motor de tipo tornillo , que está conectado a un generador de producción de energía eléctrica .

El motor de tornillo se deriva del compresor de tornillo y se basa tanto en el motor de un amplio know -how . Motores de tornillo son adecuados para las plantas de cogeneración de biomasa en el rango de 200 a 2500 kWel , donde los parámetros de vapor pueden variar, debido a las variaciones del contenido de agua del combustible y el tipo de combustible de biomasa utilizada, y donde un diseño simple deber y pesado es necesaria causando bajos costos de operación y mantenimiento.

Principio de la tecnología del motor de tornillo

El motor de tornillo es un motor rotativo de desplazamiento . Al igual que en los motores de pistón , motores de tipo desplazamiento se caracterizan por una cámara de trabajo cerrada . El volumen de los cambios de la cámara de trabajo cíclicamente , lo que conduce a una disminución del contenido de energía del fluido en la cámara . Las partes principales de un motor de tipo tornillo son el rotor macho , el rotor hembra y una carcasa , que en conjunto forman una cámara de trabajo en forma de V cuyo volumen depende únicamente en el ángulo de rotación . El vapor de agua entra en la carcasa a través de la lumbrera de admisión en el paso formado entre las puntas de los dientes del rotor . Durante la rotación el volumen de los aumentos de la cámara . De admisión se termina cuando las caras del rotor pasan los bordes de guía y la cámara se separa de la lumbrera de admisión . En esta etapa se inicia la expansión del vapor y la energía mecánica se produce en el eje de salida. Durante la expansión del volumen de la cámara continúa aumentando , mientras que el contenido de energía del líquido disminuye . Este proceso continúa hasta que se inicia el proceso de escape y el vapor de agua se extruye . Se sale de la máquina a través de la lumbrera de escape . ¿Con qué frecuencia este proceso se lleva a cabo durante una rotación del rotor macho depende del número de dientes en el rotor macho . Un dibujo en sección detallada del motor de tipo tornillo se puede ver en la Figura 1 . El proceso de expansión dentro de un motor de tipo tornillo se muestra en la Figura 2 .

El motor de tornillo es una máquina muy compacta con una larga vida útil y bajo coste de mantenimiento . Es insensible a las fluctuaciones de la calidad del vapor y puede ser operada con vapor de agua sobrecalentado , vapor saturado , vapor húmedo y agua caliente a presión ( véase la Figura 3 ) . Gotas de agua en vapor no son un problema para las máquinas de vapor de tornillo en contraste con las turbinas de vapor y motores de vapor convencionales.

Fig. 1

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 3

Implementación del ciclo de motor de tipo tornillo en el de biomasa CHP planta Hartberg

Fig. 4

Fig. 4

En la Figura 4 se muestra el diagrama de flujo del proceso de la de biomasa Hartberg-CHP-planta (Austria).

La planta de calefacción de biomasa (inicio de la operación: 1987) está equipado con un tubo de la caldera de vapor de agua y materiales de proceso y los consumidores de calor de distrito a través de una red de tuberías. En 2003 un sobrecalentador y un motor de tornillo se implementaron en la planta de calefacción que hace ahora posible producir aproximadamente 3.000 MWh de electricidad al año, además de distrito y calor de proceso.

Fig. 5

Fig. 5

Las partes principales del proceso son la caldera de vapor de biomasa (parámetros de vapor: 26 bara, 225 ° C), el sobrecalentador (parámetros de vapor: 25 bara, 255 ° C), el enfriador de aerosol detrás del sobrecalentador, así como el tornillo -tipo de motor que utiliza el vapor para producción de electricidad. Después de pasar por el motor de tipo tornillo del vapor de escape (parámetros: 0,5-1,5 bara, 80-110 ° C) entra en el condensador donde el calor producido a partir de la planta de cogeneración de motor de tipo tornillo se transfiere al ciclo de agua caliente que es utilizado como calefacción urbana.

El motor de tipo tornillo en Hartberg está diseñado como una unidad de dos etapas. El vapor fluye primero a través de la etapa de alta presión más pequeña, y luego a través de la etapa de baja presión más grande (véase la Figura 5). Cada etapa está equipado con rodamientos y sellos separados. Debido a la alta velocidad de rotación de los motores de un engranaje de tornillo está instalado, que alimenta el generador asíncrono. La capacidad nominal bruto del motor de tipo tornillo en Hartberg es de 730 kWe.

Fig. 6

Fig. 6

La figura 6 muestra la línea de producción anual de calor de la red de la planta de calefacción urbana de calor loco, que sirvió de base para un correcto diseño de la planta de cogeneración. En base a esta curva y cálculos económicos, la planta de cogeneración de de biomasa fue diseñado para operación de carga básica y en el modo controlado por medio de calor (el objetivo de un alto número de horas de funcionamiento a plena carga, así como de una alta eficiencia global puede ser alcanzado).

Datos técnicos

A continuación se especifican los datos técnicos de la planta de cogeneración Hartberg .

Los datos nominales de la unidad de caldera

  • Carga nominal del agua del tubo de la caldera de vapor de 18 MW
  • Presión de la caldera (aprobado ) 32 barg

Los datos nominales del módulo de cogeneración

  • Entrada de alimentación de vapor 5.640 kW
  • Caudal de vapor 8,1 t / h
  • Parámetros de entrada de vapor 255 ° C / 25 bara
  • Bruto nominal eléctrica Capacidad 730 kW
  • Net capacidad nominal eléctrica 710 kW
  • La capacidad térmica del condensador 4.800 kW
  • Parámetros de salida de vapor 80 a 110 ° C / 0,5-1,5 bara
  • La eficiencia en la operación de carga eléctrica nominal del 12,6%

Balance de energía del módulo de cogeneración

  • Potencia térmica (vapor sobrecalentado ) 22.560 MWh / a
  • Producción de electricidad 2.780 MWh / a
  • Potencia térmica en el condensador de 19.230 MWh / a

Sistema de control y equipo de seguridad

La máquina de vapor de tornillo trabaja en la operación conectada a la red . Operación de la planta y puesta en marcha se controlan de forma totalmente automática mediante un sistema de control electrónico y no requieren personal adicional.

Para asegurarse de que el aceite en los cojinetes y el engranaje de sincronización se separa del vapor de agua en la cámara de trabajo , el embalaje laberinto del motor de tipo tornillo está diseñado de una manera que los fluidos se pueden drenar o suministrados a través de diversos componentes (focas – conexiones ). Para separar la sección de aceite de la sección de agua , el aire se inyecta con una ligera presión. Algunas partes de la junta están conectados con el fin de asegurarse de que el aire no puede entrar en la cámara de trabajo si hay un vacío en el condensador .

Las ventajas del proceso del motor de tornillo:

Las máquinas de vapor de tornillo para aplicaciones de cogeneración de biomasa a pequeña escala tienen una serie de ventajas en comparación con las turbinas de vapor convencionales y máquinas de vapor :

  • Comparativamente alta eficiencia eléctrica para las unidades de cogeneración a pequeña escala ( < 1000 kWel )
  • El motor de tipo tornillo tiene una muy buena eficiencia de carga parcial en una amplia gama de condiciones de carga
  • Fluctuaciones de carga entre 30 y 100 % de la producción de energía eléctrica nominal no son un problema
  • El motor de tornillo es insensible a las variaciones de calidad de vapor. Incluso las gotas de agua en vapor , que pueden ocurrir en una caldera sencilla debido al mal funcionamiento o los cambios de la calidad del combustible , no causan problemas en los motores de tornillo
  • El ciclo de vapor y el ciclo de aceite están completamente separadas por un sistema de aire de bloqueo
  • El funcionamiento totalmente automático y fácil manejo ahorra los gastos de personal
  • El motor de tipo tornillo es una máquina muy compacta y provoca bajos costes de mantenimiento