ES2203207T3 - Procedimiento para reiniciar una instalacion de turbinas de gas y de vapor. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para reiniciar una instalación (1) de turbinas de gas y de vapor, en el que el gas de combustión que sale de una turbina (2) de gas se conduce mediante un generador (30) de vapor del calor perdido, cuyas superficies de calefacción están conectadas al circuito (24) agua-vapor de una turbina (20) de vapor, produciéndose vapor en una cantidad de tambores (58, 96, 122) de agua-vapor conectados en el circuito (24) agua-vapor, caracterizado porque la alimentación del vapor creado en los tambores (58, 96, 122) de agua-vapor a un condensador (26) conectado en un circuito (24) agua-vapor de la turbina (20) de vapor y la alimentación del agua (S9) de alimentación que fluye del condensador (26) a una fase (20a) de alta presión de la turbina (20) de vapor mediante una bomba (48) de agua de alimentación, no se liberan antes de que se haya producido una toma de carga de la turbina (2) de gas.

Description

Procedimiento para reiniciar una instalación de turbinas de gas y de Vapor.

La invención se refiere a un procedimiento para reiniciar una instalación de turbinas de gas y de vapor, en el que el gas de combustión que sale de una turbina de gas se conduce mediante un generador de vapor del calor perdido, cuyas superficies de calefacción están conectadas al circuito de agua-vapor de la turbina de vapor.

En una instalación de turbinas de gas y de vapor se aprovecha el calor contenido en el medio de trabajo o gas de combustión normales que sale de la turbina de gas para la producción de vapor para la turbina de vapor. La transferencia térmica se produce en un generador de vapor del calor perdido conectado posteriormente, por el lado del gas de combustión, a una turbina de gas, en el que están dispuestas superficies de calefacción en forma de tubos o haces de tubos. Éstos, a su vez, están conectados al circuito agua-vapor de la turbina de vapor. Con esto, el circuito de agua-vapor comprende normalmente varias etapas de presión, por ejemplo tres, con lo que cada etapa de presión presenta una superficie de calefacción precalentada y una superficie de calefacción de evaporación.

De especial importancia para el diseño de una instalación de turbinas de gas y de vapor es la llamada capacidad de arranque autónomo de la instalación. Al arrancar una instalación de turbinas de gas y de vapor se requiere en primer lugar la alimentación de energía, por ejemplo para alimentar sistemas de refrigeración o auxiliares o para arrancar la propia turbina de gas. Sólo después de producirse la toma de carga de la turbina de gas, puede asumir ésta la alimentación de energía de todos los sistemas auxiliares o consumidores propios, de manera que ya no se requiere una alimentación de energía externa. Con un enlace de la instalación de turbinas de gas y de vapor a una red eléctrica ampliada se produce la alimentación externa de energía mediante la red eléctrica y, por tanto, no es problemática. En caso de que, no obstante, no se disponga de ninguna red eléctrica externa, por ejemplo, porque haya fallado entera ("red autónoma") o porque se trate de una red separada que está alimentada únicamente por la instalación de turbinas de gas y de vapor, se requiere un llamado arranque autónomo, por consiguiente, un arranque de la instalación de turbinas de gas y de vapor sin recurrir a la red eléctrica conectada. A partir del documento DE 195 44 226 A1 se conoce una instalación de turbinas de gas y de vapor, en la que, al arrancar hasta alcanzar condiciones sobrecalentadas en la salida del vaporizador de alta presión, se recircula agua saturada con alta presión a través de una botella separadora en un tambor del generador del vapor de circulación mediante una bomba de alimentación de alta presión.

Para la preparación de la capacidad de arranque autónomo, la instalación de turbinas de gas y de vapor presenta normalmente un grupo diesel u otro grupo de alimentación de emergencia, que asegura la alimentación de los componentes necesarios para arrancar también sin recurrir a la red eléctrica. Para el diseño de estos grupos de alimentación de emergencia hay que basarse normalmente en el caso de un llamado arranque en caliente, en el que la instalación de turbinas de gas y de vapor se desconectó por emergencia debido a una avería en la red eléctrica e inmediatamente después, es decir, con la caldera recuperadora todavía caliente, debe reiniciarse.

En este caso, hay que diseñar los grupos de alimentación de emergencia de tal manera que, adicionalmente a la capacidad para el llamado arrastre o arranque de la turbina de gas también se disponga de capacidad para la alimentación de los grupos esenciales del generador de vapor del calor perdido, especialmente de las bombas de agua de refrigeración y/o de las bombas de agua de alimentación. Esto es especialmente importante para una refrigeración suficiente del generador de vapor del calor perdido y, por tanto, para evitar daños. Puesto que estos grupos, precisamente en comparación con la turbina de gas en sí misma, exigen, sin embargo, un suministro de la capacidad de alimentación considerablemente aumentado, una instalación de turbinas de gas y de vapor diseñada para un arranque autónomo cuando se reinicia después de una avería en la red es especialmente costosa, especialmente respecto a la preparación y montaje, sobre todo porque el gasto aumenta desproporcionadamente respecto a la capacidad de potencia precisamente en la configuración y concepción de los grupos de alimentación de emergencia.

Alternativamente a un dimensionado especialmente amplio de los grupos de alimentación de emergencia, una instalación de turbinas de gas y de vapor configurada para un arranque autónomo cuando se reinicia después de una avería en la red puede estar equipada también con una chimenea de desviación, a través de la que se conduce el gas de combustión de la turbina de gas cuando se arranca en caliente circunvalando la caldera recuperadora. Por tanto, no se requiere una alimentación de energía de los componentes auxiliares de la caldera recuperadora al reiniciarse, de manera que los grupos de alimentación de emergencia pueden dimensionarse de manera correspondiente con dimensiones reducidas. Sin embargo, una chimenea de desviación de este tipo significa gastos adicionales, no deseados, de fabricación y montaje, de manera que las instalaciones de turbinas de gas y de vapor modernas están configuradas normalmente sin chimenea de desviación.

Por eso, la invención se basa en la tarea de indicar un procedimiento para reiniciar una instalación de turbinas de gas y de vapor del tipo citado anteriormente, en el que se posibilite un arranque autónomo con gastos especialmente reducidos también en caso de un arranque en caliente y también para una instalación sin chimenea de desviación.

Esta tarea se soluciona según la invención al producirse vapor en una cantidad de tambores de agua-vapor conectados al circuito agua-vapor de la turbina de vapor, con lo que la alimentación del vapor producido en los tambores de agua-vapor a un condensador conectado al circuito de agua-vapor de la turbina de vapor y la alimentación del agua de alimentación que fluye del condensador a una fase de alta presión de la turbina de vapor mediante una bomba de agua de alimentación se liberan sólo cuando se ha producido la toma de carga de la turbina de gas.

Con esto, la invención parte de la reflexión de que puede estar asegurada la capacidad de arranque autónomo de la instalación de turbinas de gas y de vapor con gastos especialmente reducidos también en caso de un arranque en caliente, al almacenar temporalmente en las grandes masas de materia y de agua en el generador de vapor de calor perdido el calor perdido conducido al gas de combustión de la turbina de gas durante un intervalo de tiempo corto de algunos minutos después de arrancar el proceso de reinicio. Con esto, se garantiza una refrigeración fiable del generador de vapor del calor perdido al producirse vapor en los tambores de agua-vapor. No obstante, en primer lugar se renuncia a una alimentación de este vapor al condensador, de manera que el condensador no tiene que mantenerse preparado para funcionar durante esta fase. Por tanto, puede suprimirse una refrigeración del condensador en esta fase, de manera que un grupo de alimentación de emergencia previsto para la producción de la capacidad de arranque autónomo no tiene que estar configurado para la alimentación de los sistemas de refrigeración correspondientes. Con esto, la alimentación del vapor producido en el condensador no está prevista antes de un momento después de la toma de carga de la turbina de gas. En esta fase se produce la alimentación de energía de los sistemas auxiliares del generador de vapor del calor perdido de nuevo a través de la turbina de gas, de manera que también los sistemas de refrigeración para el condensador están activados de nuevo.

Alternativamente o en un perfeccionamiento ventajoso, se utiliza una bomba de condensado conectada previamente a una bomba de agua de alimentación antes de un arranque de la turbina de gas para la primera recarga de una cantidad de tambores de agua-vapor conectados al circuito agua-vapor de la turbina de vapor. Para ello, la bomba de agua de alimentación se desvía en el medio de manera adecuada.

Con esto, sirven de base los conocimientos de que para un arranque autónomo, en el caso de arranque en caliente o también en el caso de arranque templado o en frío, debería renunciarse consecuentemente al funcionamiento de componentes auxiliares con consumo propio especialmente alto para un gasto especialmente reducido. Sin embargo, precisamente la bomba de agua de alimentación presenta un consumo propio especialmente alto, el cual consiste por un lado en la necesidad directa de energía y en la necesidad indirecta del agua de refrigeración necesaria y los sistemas necesarios para ello, como por ejemplo de una bomba de agua de refrigeración.

Con ello, de manera adecuada para la primera recarga, se ajusta en cada tambor de agua-vapor una presión más reducida en comparación con la presión de elevación de la bomba de condensado, que es por ejemplo de 25 bares. Especialmente en un tambor de alta presión y en un tambor de presión media puede estar previsto para esto un descenso de presión que pueda efectuarse, por ejemplo a través de estaciones de desviación o mediante vaciado por soplado en el medio ambiente o también a través de válvulas de ventilación y/o de purga.

Las ventajas conseguidas con la invención consisten especialmente en que mediante la renuncia consecuente al funcionamiento de sistemas auxiliares que consumen mucha energía, al reiniciar un arranque autónomo también como arranque en caliente y para una instalación sin chimenea de desviación, los grupos de alimentación de emergencia necesarios pueden realizarse de dimensiones especialmente reducidas y, por tanto, sólo requieren un gasto escaso de montaje y fabricación. Esto puede conseguirse de manera especialmente económica renunciando tanto al condensador como a las bombas de agua de alimentación durante una fase corta al reiniciar, puesto que justo estos sistemas, también debido al sistema de refrigeración necesario para ellos, presentan una gran necesidad propia de energía.

Un ejemplo de realización de la invención se explica detalladamente mediante un dibujo. En él, la figura muestra esquemáticamente una instalación de turbinas de gas y de vapor.

La instalación 1 de turbinas de gas y de vapor según la figura comprende una instalación 1a de turbinas de gas y una instalación 1b de turbinas de vapor. La instalación 1a de turbinas de gas comprende una turbina 2 de gas con compresor 4 de aire acoplado y una cámara 6 de combustión conectada previamente a la turbina 2 de gas, estando conectada esta cámara a un conducto 8 de aire comprimido del compresor 4. La turbina 2 de gas y el compresor 4 de aire, así como un generador 10 están sobre un eje 12 común.

La instalación 1b de turbinas de vapor comprende una turbina 20 de vapor con el generador 22 acoplado y un condensador 26 conectado posteriormente a la turbina 20 de vapor en un circuito 24 agua-vapor, así como un generador 30 de vapor del calor perdido. La turbina 20 de vapor se compone de una primera etapa de presión o de una parte 20a de alta presión y de una segunda etapa de presión o de una parte 20b de presión media, así como de una tercera etapa de presión o de una parte 20c de baja presión, que accionan el generador 22 mediante un eje 32 común.

Para alimentar el medio AM de trabajo o gas de combustión normales en la turbina 2 de gas al generador 30 de vapor del calor perdido, un conducto 34 del gas de escape está conectado a una entrada 30a del generador 30 de vapor del calor perdido. El medio AM de trabajo normal de la turbina 2 de gas sale del generador 30 de vapor del calor perdido mediante su salida 30b en dirección a una chimenea no representada detalladamente.

El generador 30 de vapor del calor perdido comprende un precalentador 40 del condensado que puede alimentarse en el lado de entrada mediante un conducto 42 del condensado, al que está conectada una unidad 44 de bomba de condensado, con condensado K del condensador 26. El precalentador 40 del condensado está conectado, en el lado de salida, a un depósito 46 del agua de alimentación mediante un conducto 45. Además, el conducto 42 del condensado puede estar unido, para la desviación por demanda del precalentador 40 del condensado, directamente con el depósito 46 de agua de alimentación mediante un conducto de desviación no representado. El depósito 46 de agua de alimentación está conectado mediante un conducto 47 a una bomba 48 de agua de alimentación configurada como bomba de alta presión con toma de presión media.

La bomba 48 de agua de alimentación lleva el agua S de alimentación que fluye del depósito de agua de alimentación a un nivel de presión adecuado para una fase 50 de alta presión del circuito 24 agua-vapor asignada a la parte de alta presión de la turbina 20 de vapor. El agua S de alimentación que está sometida a alta presión puede alimentarse a la fase 50 de alta presión mediante un precalentador 52 de agua de alimentación que en el lado de salida está conectado a un tambor 58 de alta presión mediante un conducto 56 de agua de alimentación que puede cerrarse con una válvula. El tambor 58 de alta presión está unido a un vaporizador 60 de alta presión dispuesto en el generador 30 de vapor del gas perdido para formar una circulación 62 de agua-vapor. Para evacuar vapor F vivo, el tambor 58 de alta presión está conectado a un recalentador 64 de alta presión dispuesto en el generador 30 de vapor del calor perdido, que está unido en el lado de salida con el orificio 66 de admisión del vapor de la parte 20a de alta presión de la turbina 20 de vapor.

La salida 68 del vapor de la parte 20a de alta presión de la turbina 20 de vapor está conectada mediante un recalentador 70 intermedio a la salida 72 del vapor de la parte 20b de presión media de la turbina 20 de gas. La salida 74 de vapor de ésta está unida mediante una tubería 76 de desborde al orificio 78 de admisión del vapor de la parte 20c de baja presión de la turbina 20 de vapor. La salida 80 del vapor de la parte 20c de baja presión de la turbina 20 de gas está conectada al condensador 26 mediante un conducto 82 del vapor, de manera que se genera un circuito 24 cerrado de agua-vapor.

Además, de la bomba 48 de agua de alimentación se bifurca un ramal 84 en un puesto de toma en el que el condensado K ha alcanzado una presión media. Este ramal está unido, mediante otro precalentador 86 de agua de alimentación o economizador de presión media, a una fase 90 de presión media del circuito agua-vapor asignada a la parte 20b de presión media de la turbina 20 de vapor. Para ello, el segundo precalentador 86 de agua de alimentación está conectado, en el lado de salida, a un tambor 96 de presión media de la fase 90 de presión media mediante un conducto 94 de agua de alimentación que puede cerrarse con una válvula 92. El tambor 96 de presión media está unido a una superficie 98 de calefacción dispuesta en el generador 30 de vapor del calor perdido, configurada como vaporizador de presión media para formar una circulación 100 agua-vapor. Para evacuar el vapor F' vivo de presión media, el tambor 96 de presión media está conectado mediante un conducto 102 del vapor al recalentador 70 intermedio y, por tanto, al orificio 72 de admisión del vapor de la parte 20 de presión media de la turbina 20 de gas.

Del conducto 45 se bifurca otro conducto 110, que puede cerrarse con una válvula 108, el cual está conectado a una fase 120 de baja presión del circuito 24 de agua-vapor asignada a la parte 20c de baja presión de la turbina 20 de gas. La fase 120 de baja presión comprende un tambor 122 de baja presión, que está unido a una superficie 124 de calefacción dispuesta en el generador 30 de vapor del calor perdido, configurada como vaporizador de baja presión para formar una circulación 126 de agua-vapor. Para evacuar el vapor F'' vivo de baja presión, el tambor 122 de baja presión está conectado a la tubería 76 de desborde mediante un conducto 128 del vapor. Por tanto, el circuito 24 agua-vapor de la instalación 1 de turbinas de gas y de vapor comprende en el ejemplo de realización tres fases 50, 90, 120 de presión. Alternativamente, también pueden estar previstas menos fases de presión, especialmente dos.

Para la desviación por demanda del depósito 46 de agua de alimentación, el conducto 45 está conectado directamente al conducto 47 circunvalando el depósito 46 de agua de alimentación mediante un conducto 130 de desviación. En este caso, la desviación del depósito 46 de agua de alimentación puede activarse mediante una disposición de las válvulas que comprende una válvula 132 de cierre conectada previamente al depósito 46 de agua de alimentación en el conducto 45, así como una válvula 134 de cierre conectada al conducto 130 de desviación.

La instalación 1 de turbinas de gas y de vapor está configurada para la capacidad de un arranque autónomo también en el caso de arranque en caliente. Por tanto, la instalación 1 de turbinas de gas y de vapor puede reiniciarse después de una parada de emergencia, por ejemplo a causa de una avería de la red eléctrica conectada, inmediatamente, por consiguiente con el generador 30 de vapor del calor perdido todavía no enfriado, sin que para ello sea necesario recurrir a una alimentación eléctrica externa. Para ello, a la instalación 1a de turbinas de gas está asignada, como grupos de alimentación de emergencia, una cantidad de grupos diesel no representados, que suministran la energía necesaria para reiniciar la instalación 1a de turbinas de gas.

Para reiniciar la instalación 1 de turbinas de gas y de vapor después de una parada de emergencia, la turbina 2 de gas se "arrastra" mediante los grupos diesel, por consiguiente se lleva al número de revoluciones nominal sucesivamente con el aumento adecuado de la alimentación de combustible. Con ello, el medio AM de trabajo que fluye de la turbina 2 de gas se conduce ya en esta fase mediante el generador 30 de vapor del calor perdido. En esta fase, conduce ya a una transferencia térmica en las diferentes etapas 50, 90, 120 de presión del circuito 24 agua-vapor y, por tanto, a la generación de vapor en los tambores 58, 96, 122 de alta presión, presión media, baja presión realizados como tambor de agua-vapor en cada caso. Para ello se garantiza (como mínimo brevemente) una protección eficaz contra el sobrecalentamiento del generador 30 de vapor del calor perdido.

Sin embargo, el vapor generado en esta fase no se deriva en primer lugar de los tambores 58, 96, 122 de agua-vapor, sino que más bien se deja allí con lo que sube la presión del vapor. Especialmente no se conduce en primer lugar al condensador 26, de manera que no es necesaria a continuación una refrigeración del condensador 26. Correspondientemente no se pone en marcha en esta fase el sistema de refrigeración asignado al condensador 26.

En esta fase de reinicio, tampoco se pone en marcha la bomba 48 de agua de alimentación y el sistema de refrigeración asignado a ésta. En lugar de esto se produce la primera recarga de los tambores 58, 96, 122 de agua-vapor, así como una alimentación por demanda posterior con el medio de desborde sin vaporizar mediante la unidad 44 de bomba de condensado. Para ello, en esta fase se desvía el depósito 46 de agua de alimentación mediante el conducto 130 de desviación y la válvula 132, 134 de cierre. Además, para la primera recarga se regula la presión en cada tambor 58, 96, 122 de agua- vapor a un valor por debajo de la presión de elevación de aproximadamente 25 bares de la unidad 44 de la bomba de condensado.

En una segunda fase del reinicio, por ejemplo aproximadamente de 15 a 30 min. después del arranque de la turbina 2 de gas, la turbina 2 de gas ya está preparada para la alimentación de energía del consumidor propio de la instalación 1 de turbinas de gas y de vapor. No antes de esta fase, por consiguiente después que se haya producido la toma carga de la turbina 2 de gas, se reactivan los sistemas auxiliares del generador 30 de vapor del calor perdido como, por ejemplo, el condensador 26 y la bomba 48 de agua de alimentación y los sistemas asignados a éstos. Por consiguiente, sólo al llegar a esta fase se restablece para el condensador 26 la disposición de servicio. Después, el vapor generado en la primera fase del reinicio en los tambores 58, 96, 122 de agua-vapor se conduce al condensador.

Por consiguiente, en la primera fase del reinicio se renuncia consecuentemente al empleo de consumidores propios que requieran especialmente mucha energía. Por consiguiente, los grupos de alimentación de emergencia previstos para el arranque autónomo pueden dimensionarse correspondientemente reducidos y, por consiguiente, puede realizarse de manera más económica con respecto al coste de fabricación y los costes ligados a ello.

Claims (3)

1. Procedimiento para reiniciar una instalación (1) de turbinas de gas y de vapor, en el que el gas de combustión que sale de una turbina (2) de gas se conduce mediante un generador (30) de vapor del calor perdido, cuyas superficies de calefacción están conectadas al circuito (24) agua-vapor de una turbina (20) de vapor, produciéndose vapor en una cantidad de tambores (58, 96, 122) de agua-vapor conectados en el circuito (24) agua-vapor, caracterizado porque la alimentación del vapor creado en los tambores (58, 96, 122) de agua-vapor a un condensador (26) conectado en un circuito (24) agua-vapor de la turbina (20) de vapor y la alimentación del agua (S9) de alimentación que fluye del condensador (26) a una fase (20a) de alta presión de la turbina (20) de vapor mediante una bomba (48) de agua de alimentación, no se liberan antes de que se haya producido una toma de carga de la turbina (2) de gas.

2. Procedimiento para reiniciar una instalación (1) de turbinas de gas y de vapor según la reivindicación 1, en el que antes del arranque de la turbina (2) de gas se utiliza una bomba (44) de condensado conectada previamente para la primera recarga de una cantidad de tambores (58, 96, 122) de agua-vapor conectados al circuito (24) de agua-vapor de la turbina (20) de vapor.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que en cada tambor (58, 96, 122) de agua-vapor se regula una presión más reducida en comparación con la presión de elevación de la bomba (44) de condensado para la primera recarga.