BRPI0609735A2 - gerador de vapor - Google Patents

Abstract

GERADOR DE VAPOR. A presente invenção refere-se a um gerador de vapor (1), no qual um painel de aquecimento contínuo de um gerador (8), que é formado de vários tubos evaporadores (6), e um painel de superaquecimento (12), que é formado de vários tubos superaquecedores (10), que são dispostos a jusante dos tubos evaporadores (6) e, no lado de escoamento, são dispostos em um canal de gás de aquecimento (4). De acordo com a invenção, um elemento de separação de água (30) é integrado em vários tubos de descarga (20), que são conectados no lado de escoamento de um ou vários tubos evaporadores (6) a um ou vários tubos superaquecedores (10).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "GERADORDE VAPOR".

A presente invenção refere-se a um gerador de vapor, no qualuma superfície de aquecimento contínua, formada de vários tubos evapora-dores, e uma superfície de superaquecimento, formada de vários tubos su-peraquecedores conectados a jusante dos tubos evaporadores no lado domeio do fluxo, são dispostas em uma passagem de gás de aquecimento.

Em um gerador de vapor contínuo, o aquecimento de vários tu-bos evaporadores propicia evaporação completa do meio de escoamentonos tubos evaporadores em uma passagem. O meio de escoamento - usu-almente água -, após ter sido evaporado, é alimentado aos tubos supera-quecedores conectados a jusante dos tubos evaporadores e é superaqueci-do neles. A posição do ponto final de evaporação, isto é, a região limite entreo meio de escoamento evaporado e não evaporado, é nesse caso variável edependente do modo operacional. Durante operação de carga total de umgerador de vapor contínuo dessa época, o ponto final de evaporação é, porexemplo, em uma região terminal dos tubos evaporadores, de modo que osuperaquecimento do meio de escoamento evaporado começa o mais cedopossível nos tubos evaporadores. Um gerador de vapor contínuo, diferente-mente de um gerador de vapor de circulação natural ou forçada, não é sub-metido a quaisquer restrições de pressão, e, conseqüentemente, pode serprojetado para pressões de vapor vivo bem acima da pressão crítica de água(PCrí= 22,1 mPa (221 bar)), quando não é possível distinguir entre as fasesde água e vapor e, portanto, a separação de fases também não é possível.

Os geradores de vapor contínuos desse tipo podem ser usadosem instalações de turbinas a vapor e a gás, nas quais o calor contido nomeio de trabalho ou gás de aquecimento expandido da turbina de gás é utili-zado para gerar vapor para a turbina de vapor. O uso pode ser consideradoem particular em combinação com o que é conhecido como uma turbina agás industrial, com uma potência nominal de até aproximadamente 60 MW.Com conceitos desse tipo, em vista das condições limites que são predeter-minadas pela potência nominal, é possível proporcionar o preaquecimento ea evaporação da água e o superaquecimento adicional do vapor, que é ge-rado em uma única superfície de aquecimento contínua, cujos tubos são co-nectados no lado de entrada para a entrada de derivações múltiplas para aágua de alimentação superresfriada, e no lado de saída para a saída de de-rivações múltiplas para o vapor superaquecido.

Em operação de baixa carga ou quando da partida de um gera-dor de vapor contínuo desse tipo, o gás de descarga quente da turbina a gásé usualmente, primeiro de tudo, passado para os tubos não resfriados daseção de superaquecimento do gerador de vapor contínuo, que tem, por es-sa razão, usualmente que ser feito de materiais termicamente estáveis. Al-ternativamente, é também possível que a seção de evaporação seja alimen-tada com um fluxo mínimo de meio de escoamento, para garantir um resfri-amento seguro dos tubos geradores de vapor. Em particular, em baixas car-gas de, por exemplo, menos de 40% da carga de projeto, o fluxo de massacontínuo pelos tubos geradores de vapor, correspondendo à potência devapor associada, é usualmente não mais suficiente para resfriar esses tubos,e, conseqüentemente, uma carga adicional de meio de escoamento é super-posta nessa passagem contínua de meio de escoamento pelo evaporador.Nesse caso, a separação da água do meio de escoamento é usualmentenecessária, antes do meio de escoamento entrar na seção de superaqueci-mento do gerador de vapor contínuo. Para esse fim, a superfície de aqueci-mento contínua pode ser formada inteiramente por uma superfície de aque-cimento contínua de evaporação, que é disposta em uma passagem de gásde aquecimento e é formada de vários tubos evaporadores, e por uma su-perfície de superaquecimento, que é conectada a jusante da superfície deaquecimento contínua de evaporação no lado do meio de escoamento e éformada de vários tubos superaquecedores, um sistema de separação deágua sendo conectado entre a superfície de aquecimento contínua de eva-poração e a superfície de superaquecimento no lado do meio de escoamen-to.

Em geradores de vapor contínuos desse tipo, os tubos evapora-dores, que formam a seção de evaporação, abrem-se usualmente para umaou mais derivações múltiplas de saída, das quais o meio de escoamento épassado para um separador água - vapor a jusante, no qual o meio de esco-amento é separado em água e vapor, o vapor sendo transferido para umsistema distribuidor conectado a montante dos tubos superaquecedores, noqual o fluxo de massa de vapor é dividido entre os tubos superaquecedoresindividuais conectados em paralelo no lado do meio de escoamento.

Em um projeto desse tipo, a conexão intermediária do sistemade separação de água indica que na partida e em operação de baixa carga,o ponto final de evaporação do gerador de vapor contínuo é fixo em vez de -como no caso de uma operação de carga total - variável. Conseqüentemen-te, a flexibilidade operacional desse tipo de projeto de gerador de vapor con-tínuo é consideravelmente limitada em operação de baixa carga. Além domais, em um projeto desse tipo, os sistemas de separação têm geralmenteque ser projetados, em particular com relação à seleção de materiais, paragarantir que o vapor no separador é significativamente superaquecido emuma pura operação contínua. A seleção necessária de materiais provocaigualmente restrições consideráveis na flexibilidade operacional. Com rela-ção ao dimensionamento e construção dos componentes necessários, alémdo mais, o projeto mencionado acima indica que a descarga de água, queocorre na fase de partida inicial, quando o gerador de vapor contínuo estásendo iniciado, tem que ser inteiramente conduzida pelo sistema de separa-ção e descarregada no expansor, pelo cilindro de separação e válvulas desaída a jusante. A dimensão relativamente grande resultante do cilindro deseparação e das válvulas de saída provoca custos consideráveis de monta-gem e de produção.

Portanto, a invenção é baseada no objeto de proporcionar umgerador de vapor do tipo descrito acima que, com custos de montagem eprodução relativamente baixos, tem uma flexibilidade operacional particular-mente alta, mesmo quando da partida e em operação de baixa carga.

De acordo com a invenção, esse objeto é alcançado em virtudede um elemento de separação de água ser, em todos os casos, integradoem várias seções de tubos de transbordamento, que, em todos os casos,conectam um ou mais tubos evaporadores a, em todos os casos, um oumais tubos superaquecedores no lado do meio de escoamento.

Nesse contexto, a invenção é baseada na consideração que ogerador de vapor contínuo deve ser projetado para garantir uma flexibilidadeparticularmente alta, mesmo na partida ou operação de baixa carga para umponto final de evaporação variável. Para esse fim, a fixação com base noprojeto do ponto final de evaporação no sistema de separação de água, quetem sido usual nos sistemas prévios, deve ser evitada. Com base no conhe-cimento de que essa fixação é substancialmente provocada pela coleta domeio de escoamento escoando dos tubos evaporadores, a separação deágua subseqüente em um dispositivo de separação de água central e a dis-tribuição subseqüente do vapor entre os tubos superaquecedores, a funçãode separação de água precisa ser descentralizada. A separação de águadeve ser, em particular, projetada de tal maneira que, após a separação deágua, a distribuição do meio de escoamento não seja muito complexa, umavez que, em particular, essa complexidade não é prática para uma misturaágua - vapor. Isso pode ser alcançado pelo sistema de separação de águasendo de projeto descentralizado, desviando-se da separação de água - va-por central, que tem sido até esse ponto usual, com a separação de águasendo então integrada nas seções dos tubos que são em todos os casosnecessários para ligar os tubos evaporadores aos tubos superaquecedores ajusante, no lado do meio de escoamento.

O gerador de vapor contínuo pode ser de projeto vertical ou ho-rizontal. Portanto, a passagem de gás de aquecimento pode ser projetadapara que o gás de aquecimento escoe por ele em uma direção de fluxosubstancialmente vertical ou em uma direção de fluxo substancialmente ho-rizontal.

Um projeto particularmente simples dos elementos de separaçãode água, com um alto nível de confiabilidade de separação de água, podeser alcançado pelo respectivo elemento de separação de água, que é proje-tado vantajosamente para separação inercial da água do vapor no meio deescoamento. Para esse fim, é preferível explorar o conhecimento que o teorde água do meio de escoamento, por conta da sua maior inércia do que oteor de vapor, continua, preferivelmente, a escoar reto em termos da suadireção de escoamento, enquanto que o teor de vapor em termos relativos émais capaz de seguir uma direção imposta. Para utilizar esse efeito comuma ação de alta separação para um projeto relativamente simples de ele-mento de separação de água, esse é projetado na forma de uma peça em T,em uma configuração particularmente vantajosa. Nesse caso, o respectivoelemento de separação de água compreende, de preferência, uma seção detubo de influxo, que é conectado ao tubo evaporador conectado a montantee que, como observado na sua direção longitudinal, incorpora-se a uma se-ção de tubo de descarga de água, várias seções de tubos de descarga, quesão conectadas a um tubo de superaquecimento, em todos os casos, conec-tados a jusante, ramificando-se para fora na região de transição. O teor deágua do meio de escoamento escoando para a seção do tubo de influxo, porconta da sua inércia relativamente mais alta, é transportado para frente nadireção longitudinal no local de ramificação, substancialmente sem ser des-viado e passa, portanto, para a seção de descarga de água. Em contraste,por sua inércia relativamente mais baixa, é mais fácil desviar a fração devapor, com a conseqüência de que a fração de vapor passa para a ou asseções dos tubos de descarga ramificando-se para fora.

É preferível que a seção do tubo de influxo seja de um projetosubstancialmente retilíneo, em cujo caso pode ser disposta com a sua dire-ção longitudinal substancialmente horizontal ou a um ângulo de inclinaçãoou declive predeterminado. Uma inclinação descendente na direção do fluxoé preferível nesse aspecto. Alternativamente, é possível que o meio escoepara a seção do tubo de influxo por uma curvatura do tubo chegando acima,de modo que nesse caso o meio de escoamento é forçado na direção dolado externo da curvatura, em conseqüência da força centrífuga. Por conse-guinte, a fração de água do meio de escoamento escoa preferivelmente aolongo da região externa da curvatura. Nessa configuração, portanto, a seçãodo tubo de descarga, intencionado para conduzir para fora a fração de va-por, é orientada de preferência na direção do lado interno da curvatura.A seção do tubo de descarga de água, na sua região de entrada,é projetada preferivelmente como uma curvatura do tubo para baixo. Issofacilita o desvio da água, que tenha sido separada, para que seja alimentadanos sistemas subseqüentes, como necessário em um modo particularmentesimples de baixa perda.

No lado da descarga de água, isto é, em particular por meio dassuas seções do tubo de descarga, os elementos de separação de água sãovantajosamente conectados em grupos a várias derivações múltiplas de saí-da comuns. Com esse tipo de conexão, portanto, diferentemente dos siste-mas convencionais, nos quais o separador de água é conectado a jusantedas derivações múltiplas de saída dos tubos evaporadores no lado do meiode escoamento, o respectivo elemento de separação de água é então co-nectado a montante da derivação múltipla de saída. Em particular, essa me-dida permite que o meio de escoamento seja transferido direto dos tubosevaporadores para os tubos superaquecedores, sem a conexão intermediá-ria de sistemas de coleta ou distribuição, mesmo na partida ou em operaçãode baixa carga, de modo que o ponto final de evaporação possa ser tambémdeslocado para os tubos superaquecedores. Nesse caso, vários recipientesde coleta de água são vantajosamente ligados a jusante das derivações múl-tiplas de saída. O ou os recipientes de coleta de água podem, por parte de-les, ser conectados no lado de saída a sistemas adequados, tal como, porexemplo, um expansor atmosférico ou, por meio de uma bomba de recircu-lação, ao circuito de recirculação do gerador de vapor contínuo.

Durante a separação de água e vapor no sistema de separaçãode água, é possível separar todo ou virtualmente todo o teor de água, demodo que apenas o meio de escoamento, que está ainda em forma evapo-rada, seja passado nos tubos superaquecedores conectados a jusante; nes-se caso, o ponto final de evaporação é ainda nos tubos evaporadores. Alter-nativamente, é possível que apenas parte da água produzida seja separada,em cujo caso o meio de escoamento remanescente, que está em forma nãoevaporada, seja passado, conjuntamente com o meio de escoamento evapo-rado, para os tubos superaquecedores a jusante; nesse caso, o ponto finalde evaporação é deslocado para os tubos superaquecedores.

Nesse último caso, também referido como uma sobrealimenta-ção do dispositivo de separação, os componentes conectados a jusante doselementos de separação de água no lado de água, tal como, por exemplo,derivação múltipla de saída ou recipiente de coleta de água, são, primeiro detudo, completamente enchidos com água, com a conseqüência de que umacúmulo de água começa a formar-se nas seções das linhas corresponden-tes, na medida em que a água continua a escoar para elas. Tão logo esseacúmulo de água tenha atingido os elementos de separação de água, pelomenos uma parte da corrente de água, que está passando no momento nostubos superaquecedores subseqüentes, juntamente com o vapor carreadono meio de escoamento. Para garantir uma flexibilidade operacional relati-vamente alta nesse modo operacional, que é conhecido como sobrealimen-tação do sistema de separação, em uma configuração particularmente van-tajosa, uma válvula de controle, que pode ser atuada por meio de um dispo-sitivo de regulação associado, é conectada a uma linha de descarga conec-tada ao recipiente de coleta de água. Uma válvula de entrada, que é caracte-rística da entalpia do meio de escoamento na saída da superfície de supera-quecimento, pode ser vantajosamente fornecida ao dispositivo de regulação.

No modo operacional do sistema de separação sobrealimentado,um sistema desse tipo, por atuação propositada da válvula conectada à linhade descarga do recipiente de coleta de água, pode ser usado para ajustar ofluxo de massa escoando do recipiente de coleta de água. Uma vez que es-se fluxo de massa é substituído por um fluxo de massa correspondente deágua dos elementos de separação de água, portanto, é também possívelajustar o fluxo de massa que passa dos elementos de separação de águapara o sistema de coleta. Portanto, é mais uma vez possível ajustar a cor-rente parcial, que é transferida para os tubos superaquecedores, juntamentecom o vapor, de modo que por ajuste adequado dessa corrente parcial, umaentalpia predeterminada pode ser mantida, por exemplo, ao final da sessãode superaquecimento da superfície de aquecimento contínua. Como umaalternativa ou além disso, a corrente parcial de água, que é passada nostubos superaquecedores, juntamente com o vapor, também pode ser influ-enciada pelo controle correspondente do circuito de recirculação de nívelmais alto. Para esse fim, em uma outra ou em uma configuração vantajosaalternativa, uma bomba de recirculação relacionada com os tubos evapora-dores pode ser atuada pelo dispositivo de regulação associado com o siste-ma de separação de água.

É conveniente que o gerador de vapor seja usado como um ge-rador de vapor de recuperação térmica de uma instalação de turbina de va-por e gás de ciclo combinado.

As vantagens obtidas pela invenção são em particular que emconseqüência da separação de água ser integrada no sistema de tubos dogerador de vapor, a separação de água pode ser feita sem coleta prévia domeio de escoamento escoando para fora dos tubos evaporadores e sem adistribuição subseqüente do meio de escoamento passado nos tubos supe-raquecedores. Conseqüentemente, é possível evitar a necessidade para sis-temas complexos de coleta e distribuição. Além do mais, a eliminação dossistemas complexos de distribuição significa que a transferência de meio deescoamento para os tubos superaquecedores não é limitada apenas a va-por; em vez disso, é também agora possível que uma mistura água - vaporseja passada para os tubos superaquecedores. Em particular como conse-qüência, o ponto final de evaporação pode ser deslocado para além da loca-lização de separação entre os tubos evaporadores e os tubos superaquece-dores, se necessário para os próprios tubos superaquecedores. Isso permiteum grau particularmente alto de flexibilidade operacional, mesmo na partidaou em operação de baixa carga do gerador de vapor contínuo.

Além do mais, os elementos de separação de água podem sertambém em particular projetados como peças em T, com base na tubulaçãodo gerador de vapor contínuo, que já está presente em qualquer caso. Essaspeças em T podem ser de um projeto de paredes relativamente finas, noqual o diâmetro e a espessura de parede podem ser mantidos aproximada-mente iguais àqueles dos tubos de parede. Portanto, o projeto de paredesfinas dos elementos de separação de água faz com que os tempos de parti-da da caldeira, como um todo, ou também as velocidades de variação decarga não sejam limitados ainda mais, de modo que tempos de reação rela-tivamente curtos, no caso de variações de carga, podem ser obtidos, mesmoem instalações para altos estados de vapor. Além do mais, as peças em Tdesse tipo podem ser produzidas a um custo particularmente baixo. Em par-ticular, mesmo uma sobrealimentação temporária dos elementos de separa-ção, quando da partida ou em operação de baixa carga, é permissível, demodo que parte da água do evaporador, que vai ser descarregada, pode sercoletada nos tubos superaquecedores, conectados a jusante dos tubos eva-poradores. Isso permite que os sistemas de coleta de água, tais como, porexemplo, os cilindros de separação ou as válvulas de descarga, sejam proje-tados para quantidades de descarga correspondentemente menores, tor-nando-os mais baratos. Além do mais, o deslocamento no ponto final de e-vaporação nos tubos superaquecedores possibilita limitar qualquer injeçãode água, que possa ser necessária, com as perdas associadas.

Uma concretização exemplificativa da invenção é explicada emmais detalhes com referência a um desenho, no qual:

a Figura 1 ilustra um gerador de vapor vertical;

a Figura 2 mostra partes de um sistema de separação de águado gerador de vapor contínuo ilustrado na Figura 1; e

as Figuras 3A - 3D mostram cada um elemento de separação deágua.

As partes idênticas são denotadas pelas mesmas designaçõesde referência ao longo de todas as figuras.

O gerador de vapor 1, mostrado na Figura 1, é projetado comoum gerador de vapor contínuo, e, como parte de uma instalação de turbinasa vapor e gás de ciclos combinados, é conectado, na forma de um geradorde vapor com recuperação de calor, a jusante de uma turbina a gás (nãomostrada em mais detalhes) no lado do gás de descarga. O gerador de va-por 1 tem uma parede limite 2, que forma uma passagem de gás de aqueci-mento 4 para o gás de descarga da turbina a gás. Uma superfície de aque-cimento contínua evaporadora 8, formada de vários tubos evaporadores 6, euma superfície de superaquecimento 12, que é conectada a jusante da su-perfície de aquecimento contínua evaporadora 8 para o escoamento de ummeio de escoamento W, D e é formada de vários tubos superaquecedores10, são dispostas na passagem de gás de aquecimento 4. Em termos dodirecionamento da corrente do gás de descarga da turbina a gás, a superfí-cie de superaquecimento 12 é disposta a montante da superfície de aqueci-mento contínua evaporadora 8, com a conseqüência de que o gás de des-carga da turbina a gás age primeiro de tudo na superfície de superaqueci-mento 12.

Na concretização exemplificativa, o gerador de vapor 1 é de pro-jeto vertical, em cujo caso o gás de descarga da turbina a gás escoa pelapassagem de gás de aquecimento 4, em uma direção substancialmente ver-tical do fundo para cima na região da superfície de aquecimento contínuaevaporadora 12, com a passagem de gás de aquecimento 4 terminando nasua extremidade superior em uma chaminé 14. Os tubos evaporadores 6 eos tubos superaquecedores 10 são dispostos alternadamente, na forma deserpentinas de tubos, com uma orientação horizontal na passagem de gásde aquecimento 4. Alternativamente, no entanto, o gerador de vapor 1 podeser também de projeto horizontal, para um fluxo de gás de combustão dire-cionado substancialmente horizontalmente na passagem de gás de aqueci-mento 4, de preferência, com serpentinas de tubos orientados verticalmentealternadamente.

As extremidades de entrada dos tubos evaporadores 6 da super-fície de aquecimento contínua evaporadora 8 são conectadas a uma deriva-ção múltipla de entrada 16. Comparativamente, o lado de saída dos tubossuperaquecedores 10 é conectada a uma derivação múltipla de saída 18. Senecessário, é também possível que outras superfícies de aquecimento, porexemplo, um economizador, um preaquecedor e/ou superfícies de supera-quecimento convectivas, sejam dispostas na passagem de gás de aqueci-mento 4.

Para que a superfície de aquecimento contínua evaporadora 8 ea superfície de superaquecimento 12 sejam ligadas em série no lado domeio de escoamento, os tubos evaporadores 6 são conectados aos tubossuperaquecedores 10 pelas seções dos tubos de descarga 20. Na concreti-zação exemplificativa, cada tubo do evaporador 6 é conectado a, em cadacaso, um tubo superaquecedor 10, por meio, em cada caso, de uma seçãode tubo de descarga 20, em uma associação um a um. Alternativamente, noentanto, é também possível proporcionar que eles sejam conectados emgrupos, em cujo caso um ou mais tubos evaporadores 6 são conectados aum ou mais tubos superaquecedores 10, por meio de, em cada caso, umaseção de tubo de descarga 20.

O gerador de vapor contínuo 1 é projetado para garantir quemesmo na partida ou em operação de baixa carga, durante o que um outroescoamento de massa recirculado de meio de escoamento W é superpostono tubo evaporador 6 além do escoamento de massa evaporável do meio deescoamento W, por razões de confiabilidade operacional, a posição do pontofinal de evaporação pode ser mantida variável, para propiciar uma flexibili-dade operacional particularmente alta. Para esse fim, o ponto final de evapo-ração na partida e em operação de baixa carga, durante o que, por razõesde projeto, o meio de escoamento ainda não foi completamente evaporadona extremidade do tubo evaporador 6, deve ser deslocado para os tubossuperaquecedores 10. Para atingir isso, as seções dos tubos de descarga 20são dotadas com uma função de separação de água integrada. Para essefim, um elemento de separação de água 30 é, em cada caso, integrado emcada seção de tubo de descarga 20. Isso, em particular, também assegurauma distribuição complexa da mistura água - vapor W, D entre os tubos su-peraquecedores 10 não é necessária, após a separação água - vapor.

Na concretização exemplificativa, os elementos de separação deágua 30, apenas um dos quais é mostrado na Figura 1, no entanto, são pro-jetados de tal maneira que cada tubo evaporador 6 é conectado a precisa-mente um tubo superaquecedor subseqüente 10 em uma associação um aum, de modo que em termos funcionais e de conexão de circuito, a separa-ção de água é deslocada para os tubos individuais. Isso garante que, emconjunto com a separação de água - vapor, nem a coleta de meio de esco-amento escoando para fora dos tubos evaporadores 6, nem a distribuição domeio de escoamento escoando para frente, entre os tubos superaquecedo-res a jusante 10, são necessárias. Isso propicia que o ponto final de evapo-ração seja deslocado para os tubos superaquecedores 10 em uma maneiraparticularmente simples. No entanto, surgiu que uma transferência suficien-temente uniforme ou distribuída uniformemente de mistura água - vapor paraos tubos superaquecedores 10 é possível, mesmo com a distribuição paranão mais do que aproximadamente dez tubos superaquecedores 10.

O sistema de separação de água 31, formado pelo elemento deseparação de água 30 e componentes adicionais do gerador de vapor 1, cu-jas partes são de novo mostradas em uma maior escala na Figura 2, com-preende, portanto, vários elementos de separação de água 30, que corres-pondem aos vários tubos evaporadores 6 e tubos superaquecedores 10; ca-da um desses elementos de separação de água 30 é projetado na forma deuma peça de tubo em T. Para esse fim, o respectivo elemento de separaçãode água 30 compreende uma peça de tubo de influxo 32, que é conectadaao tubo evaporador a montante 6, e, como observado na sua direção longi-tudinal, une-se a uma seção do tubo de descarga de água 34, uma seção dotubo de descarga 38, que é conectada ao tubo superaquecedor a jusante 10,ramificando-se na região de transição 36. Esse projeto significa que o ele-mento de separação de água 30 é configurado para separação inercial damistura água - vapor, que escoa para a seção do tubo de influxo 32 do tuboevaporador a montante 6. Especificamente, por conta da sua inércia maisalta em termos relativos, a fração de água do meio de escoamento escoandodentro da seção do tubo de influxo 32 continua, de preferência, para escoarreto na extensão axial da seção do tubo de influxo 32 no local de transição,com a conseqüência que passa para a seção do tubo de descarga de água34. Por comparação, a fração de vapor da mistura água - vapor, escoandodentro da seção do tubo de influxo 32, por conta da sua inércia mais baixaem termos relativos, é mais capaz de seguir um desvio imposto e, portanto,escoa pela seção do tubo de descarga 38 e seção do tubo de descarga 20para o tubo superaquecedor a jusante 10.No lado de saída de água, isto é, pelas seções dos tubos dedescarga de água 34, os elementos de separação de água 30 são conecta-dos em grupos a, em cada caso, uma derivação múltipla de saída comum40, embora também seja possível proporcionar uma pluralidade de deriva-ções múltiplas 40 em grupos. Por parte delas, as derivações múltiplas desaída 40 são conectadas, no lado de saída, a um recipiente de coleta de á-gua comum 40, em particular um cilindro de separação.

Os elementos de separação de água 30, que são projetadoscomo seções de tubos em T, podem ser de projeto otimizado em termos dassuas ações de separação. Concretizações exemplificativas adequadas po-dem ser vistas nas Figuras 3A a 3D. Como ilustrado na Figura 3A, a seçãodo tubo de influxo 32, juntamente com a seção do tubo de descarga de água34 que a segue, podem ser de projeto substancialmente retilíneo com a suadireção longitudinal inclinada com relação à horizontal. Na concretizaçãoexemplificativa mostrada na Figura 3A, além disso, uma peça de tubo curvo50 é também conectada a montante da peça de tubo de influxo 32 em umaforma de joelho; por conta da sua curvatura e da sua disposição espacial,essa seção de tubo 50 força a água que escoa para a seção do tubo de in-fluxo 32 para que seja preferivelmente forçada, sob força centrífuga, na pa-rede lateral interna, colocando-se oposta à seção do tubo de descarga 38,da seção do tubo de influxo 32 e da seção do tubo de descarga de água 34.Isso promove o transporte da fração de água para frente para a seção dotubo de descarga 34, reforçando, desse modo, a ação de separação global.

Um reforço similar à ação de separação pode ser também al-cançado, se a seção do tubo de influxo 32 e a seção do tubo de descarga deágua 34 forem orientados substancialmente horizontalmente, como mostra-do na Figura 3B, por uma seção do tubo adequadamente curvo 50 sendoigualmente conectada a montante.

A Figura 3C ilustra uma concretização exemplificativa na qual oelemento de separação de água 30 conecta um único tubo evaporador amontante 6 a uma pluralidade de, na concretização exemplificativa dois, tu-bos superaquecedores 10 conectados a jusante. Para esse fim, na concreti-zação ilustrativa mostrada na Figura 3C, duas seções de tubos de descarga38, cada uma das quais é conectada a, em cada caso, um tubo superaque-cedor a jusante 10, se ramificam da passagem de meio, formada pela seçãodo tubo de influxo 32 e a seção do tubo de descarga 34. Para facilitar que aágua seja separada para escoar para a derivação múltipla de saída a jusante40, a seção do tubo de descarga 34 pode - como mostrado na Figura 3D -ser projetada como uma curvatura de tubo no sentido descendente ou podecompreender uma subseção configurada correspondentemente.

Como pode-se observar da ilustração na Figura 1, o recipientede coleta de água 42 é conectado no lado de saída, por uma linha de des-carga conectada 52, a um sistema de água de descarte (não ilustrado emmais detalhes). Como uma alternativa ou além disso, a linha de descarga 52pode ser conectada, diretamente ou por uma superfície de aquecimento e-conomizadora, que não é ilustrada em mais detalhes, à derivação múltiplade entrada 12, conectada a montante dos tubos evaporadores 6, resultandona formação de um circuito de recirculação fechado, por meio do qual umacirculação adicional pode ser superposta no meio de escoamento escoandonos tubos evaporadores 6, na partida ou em operação de baixa carga, paraaumentar a confiabilidade operacional. Dependendo dos requisitos ou de-mandas operacionais, o sistema de separação 31 pode ser operado de talmaneira que virtualmente toda a água, que está ainda sendo carreada nasaída dos tubos evaporadores 6, é separada do meio de escoamento, esubstancialmente apenas o meio de escoamento evaporado é passado paraos tubos superaquecedores 10.

Alternativamente, no entanto, o sistema de separação de água31 pode ser também operado no que é conhecido como modo de sobreali-mentação, no qual nem toda a água é separada do meio de escoamento,mas em vez disso uma corrente parcial da água carreada é passada para ostubos superaquecedores 10, juntamente com o vapor D. Nesse modo opera-cional, o ponto final de evaporação é deslocado para os tubos superaquece-dores 10. No modo de sobrealimentação desse tipo, inicialmente, ambos orecipiente de coleta de água 42 e a derivação múltipla de saída a montante40 são enchidos com água, de modo que um acúmulo de água se forma denovo na região de transição 36 dos respectivos elementos de separação deágua 30, na qual a seção do tubo de descarga 38 se ramifica. Por contadesse acúmulo de água, a fração de água do meio de escoamento escoandopara os elementos de separação de água 30 é também pelo menos parcial-mente desviada e passa, portanto, para a seção do tubo de descarga 38,juntamente com o vapor. O nível da corrente parcial, que é alimentada aostubos superaquecedores 10, juntamente com o vapor, resulta, por um lado,do fluxo mássico total de água alimentado ao respectivo elemento de sepa-ração de água 30 e, por outro lado, do fluxo mássico parcial que é descarre-gado pela seção do tubo de descarga de água 34. Portanto, o fluxo mássicode meio de escoamento não evaporado, que é passado nos tubos supera-quecedores 10, pode ser ajustado por variação adequada do fluxo mássicode água suprido e/ou do fluxo mássico de água descarregado pela seção dotubo de descarga de água 34. Isso possibilita, por controle de uma ou deambas as variáveis mencionadas, para ajustar a proporção de meio de es-coamento não evaporado passado para os tubos superaquecedores 10, detal maneira que, por exemplo, uma entalpia predeterminada é estabelecidana extremidade da superfície de superaquecimento.

Para permitir que isso ocorra, o sistema de separação de água31 recebe um dispositivo de controle 60, que, no lado de entrada, é conecta-do a um sensor de medida 62, projetado para determinar um valor que é ca-racterístico da entalpia na extremidade do gás de combustão da superfíciede superaquecimento 12. No lado de saída, o dispositivo de controle 60, emum lado, age em uma válvula de controle 64, conectada à linha de descarga52 do recipiente de coleta de água 42. Portanto, por atuação proposital daválvula de controle 64, é possível predeterminar o fluxo de água que é remo-vido do sistema de separação 31. Esse fluxo de massa pode ser, por suavez, removido do meio de escoamento nos elementos de separação de água30 e passado para o sistema de coleta subseqüente. Conseqüentemente,por atuação da válvula de controle 64, é possível influenciar o fluxo de água,que é, em cada caso, ramificado no elemento de separação de água 30 e,portanto, influenciar a fração de água que, seguinte à separação, está aindano meio de escoamento e é passada para as superfícies de superaqueci-mento 10. Como uma alternativa ou além disso, o dispositivo de regulação60 pode também agir em uma bomba de recirculaçao, de modo que a taxade influxo do meio para o sistema de separação de água 31 pode ser tam-bém conseqüentemente ajustada.

Claims (10)

1. Gerador de vapor (1), no qual uma superfície de aquecimentocontínua evaporadora (8), formada de vários tubos evaporadores (6), e umasuperfície de superaquecimento (12), formada de vários tubos superaquece-dores (10) conectados a jusante dos tubos evaporadores (6) no lado do meiode escoamento, são dispostas em uma passagem de gás de aquecimento(4), um elemento de separação de água (30) sendo integrada em cada umadas seções dos tubos de descarga (20), que conectam, em cada caso, umou mais tubos superaquecedores (6) a, em cada caso, um ou mais tubossuperaquecedores (10) no lado do meio de escoamento.

2. Gerador de vapor (1) de acordo com a reivindicação 1, noqual o respectivo elemento de separação de água (30) compreende umaseção do tubo de influxo (32), que é conectado aos tubos evaporadores (6),em cada caso conectados a montante e que, como observado na sua dire-ção longitudinal, se incorpora a uma seção do tubo de descarga de água(34), várias seções dos tubos de descarga (38), que são conectadas aostubos superaquecedores (10), em cada caso conectadas a jusante, ramifi-cando-se na região de transição (36).

3. Gerador de vapor (1) de acordo com a reivindicação 2, noqual o meio escoa para a seção do tubo de influxo (32), por uma curva detubo (50) originando-se de acima.

4. Gerador de vapor (1) de acordo com a reivindicação 2 ou 3,no qual a seção do tubo de descarga de água (34), na região longitudinal(36), é disposta com a sua direção longitudinal inclinada para baixo, na dire-ção de escoamento com relação à horizontal.

5. Gerador de vapor (1) de acordo com qualquer uma das reivin-dicações de 2 a 4, no qual a seção do tubo de descarga de água (34), nasua região de entrada, é projetada como uma curva de tubo voltada parabaixo (50).

6. Gerador de vapor (1) de acordo com qualquer uma das reivin-dicações de 1 a 5, no qual os elementos de separação de água (30), no ladode descarga de água, são conectados em grupos a várias derivações múlti-pias de saída comuns (40).

7. Gerador de vapor (1) de acordo com a reivindicação 6, noqual vários recipientes de coleta de água (42) são conectados a jusante dasderivações múltiplas de saída (40).

8. Gerador de vapor (1) de acordo com a reivindicação 7, noqual uma válvula de controle (64), que pode ser atuada por meio de um dis-positivo de regulação associado (60), é conectada a uma linha de descarga(52), conectada ao recipiente de coleta de água (42), sendo possível que umvalor de entrada, que é característico da entalpia do meio de escoamento(W, D), na saída do lado do vapor da superfície de superaquecimento (14),seja fornecido ao dispositivo de regulação (60).

9. Gerador de vapor (1) de acordo com a reivindicação 8, noqual uma bomba de recirculação associada com os tubos evaporadores (6)pode ser atuada por meio do dispositivo de regulação (60).

10. Gerador de vapor (1) de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 1 a 9, no qual uma turbina a gás é conectada a jusante dapassagem de gás de aquecimento (4), no lado do gás de aquecimento.