ES2207949T3 - Instalacion de turbinas de gas y de vapor. - Google Patents
Instalacion de turbinas de gas y de vapor.Info
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Abstract
Instalación de turbinas de gas y de vapor (2) con un generador de vapor de calor pedido (30), que está conectado aguas abajo de la turbina de gas (4), en el lado de los gases de humo, cuyas superficies calefactoras están conectadas en el circuito de vapor y agua (26) de una turbina de vapor (22), donde el aire de refrigeración que debe alimentarse a la turbina de gas (4) para la refrigeración de las paletas es conducido como medio de calefacción a través de un evaporador (78), que está conectado, en el lado secundario, en el circuito de vapor y agua (26) y que desemboca en este caso, en el lado de salida, en un espacio colector de vapor (84), caracterizada porque el espacio colector de vapor (84) está conectado a través de un número de tubos de alimentación (86) conectados en paralelo en el lado del vapor con un tambor de vapor y agua (38), donde el espacio colector de vapor (84) presenta un número de subespacios (90) conectados entre sí, que están formados a través de la disposición de unnúmero de chapas de mamparo (88) y cada uno de los cuales está asociado, respectivamente, a un tubo de alimentación (86).
Description
Instalación de turbinas de gas y de vapor.
La invención se refiere a una instalación de
turbinas de gas y de vapor con un generador de vapor de valor
perdido, que está conectado aguas abajo de la turbina de gas, en el
lado de los gases de humo, cuyas superficies calefactoras están
conectadas en el circuito de vapor y agua de una turbina de
vapor.
En una instalación de turbinas de gas y de vapor,
el calor contenido en el medio de trabajo expandido o gas de humo de
la turbina de gas se utiliza para la generación de vapor para la
turbina de vapor. La transmisión del calor se realiza en un
generador de vapor de calor perdido, que está conectado aguas abajo
de la turbina de gas en el lado de los gases de humo, en el que
están dispuestas superficies calefactoras en forma de tubos o haces
de tubos. Éstas están conectadas de nuevo en el circuito de vapor y
agua de la turbina de vapor. El circuito de vapor y agua comprende
habitualmente varias etapas de presión, por ejemplo dos, donde cada
etapa de presión presenta una superficie calefactora de
precalentamiento y una superficie calefactora de evaporador.
Para la turbina de gas de una instalación de
turbinas de gas de este tipo es necesaria habitualmente una
refrigeración de las paletas. Éste es el caso especialmente cuando,
en virtud de las temperaturas de entrada del medio de trabajo en la
turbina de gas, las paletas están expuestas a una carga térmica
especialmente fuerte.
Para la refrigeración de las paletas se puede
extraer aire desde detrás del compresor de aire de la instalación de
turbinas de gas. A través de la compresión del aire en el compresor
de aire, éste se calienta fuertemente. Por lo tanto, puede ser
necesaria una refrigeración del aire tomado del compresor, para
asegurar una refrigeración suficiente de las paletas de la turbina
de gas. Para esta refrigeración puede estar previsto un
intercambiador de calor, que está impulsado con el aire comprimido
como medio calefactor. El intercambiador de calor puede estar
configurado en el lado secundario como evaporador, que está
conectado en el circuito de vapor y agua de la turbina de vapor para
la recuperación del calor contenido en el aire comprimido.
No obstante, durante el transporte de la mezcla
de vapor y de agua desde el evaporador hacia el generador de vapor
de calor perdido debería procurarse que no se produzca ninguna
separación de las dos fases. En efecto, en el caso de una separación
de las fases, se pueden producir circulaciones de retorno del
condensado. Éstas pueden provocar impactos de compensación en los
conductos y, por lo tanto, pueden conducir a daños no deseados de
los componentes.
En la publicación
DE-A-4446862 se describe una
instalación de turbinas de gas y de vapor con un generador de vapor
de calor perdido, que está conectado aguas abajo de la turbina de
gas, en el lado del gas de humo, cuyas superficies calefactoras
están conectadas en el circuito de vapor y agua de una turbina de
vapor. En este caso, el aire de refrigeración, que se alimenta a la
turbina de gas para la refrigeración de las paletas, es conducido
como medio calefactor a través de un evaporador, que está conectado
en el lado secundario en el circuito de vapor y agua y desemboca en
este caso en el lado de salida en el espacio colector de vapor.
Se conocen por la publicación
JP-A-56056594 paredes de separación
de un espacio colector.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
indicar una instalación de turbinas de gas y de vapor del tipo
mencionado anteriormente, en la que, con un gasto técnico
especialmente reducido, se evita de una manera especialmente fiable
una separación de las dos fases durante el transporte de la mezcla
de vapor y agua desde el evaporador hacia el generador de vapor de
calor perdido.
Este cometido se soluciona para una instalación
de turbinas de gas y de vapor del tipo mencionado anteriormente
según la invención, porque el aire que debe alimentarse a la turbina
de gas para la refrigeración de las paletas es conducido como medio
de calefacción a través de un evaporador, que está conectado, en el
lado secundario, en el circuito de vapor y agua y que desemboca, en
el lado de salida, en un espacio colector de vapor, que está
conectado a través de un número de tubos de alimentación conectados
en paralelo en el lado del vapor con un tambor de vapor y agua,
donde el espacio colector de vapor presenta un número de subespacios
conectados entre sí, cada uno de los cuales está asociado a un tubo
de alimentación. De una manera más ventajosa, en el espacio colector
de vapor está dispuesto un número de chapas de mamparo para la
formación de los subespacios conectados entre sí. En esta
configuración se garantiza una alimentación especialmente uniforme
de la mezcla de vapor y agua, que se encuentra en el espacio
colector de vapor, hacia los tubos de alimentación individuales.
La invención parte de la consideración de que se
produce una separación de las dos fases cuando, en función de la
presión, no se alcanza una velocidad determinada de la circulación
de la mezcla de vapor y agua. La velocidad límite de la mezcla de
dos fases, por debajo de la cual se puede producir una separación de
las fases, depende en este caso del diámetro interior del tubo a
través del cual pasa la corriente. En este caso, un diámetro
interior comparativamente pequeño posibilita, en efecto, una
velocidad de circulación comparativamente alta, sin que se produzca
la separación de las fases, pero, por otra parte, limita También el
caudal a través de este tubo de alimentación. Para cumplir ambos
requerimientos, se conectan en paralelo un número de tubos de
alimentación con un diámetro interior comparativamente pequeño. En
este caso, debería estar garantizada una impulsión uniforme de los
tubos de alimentación. Se garantiza una impulsión uniforme de los
tubos de alimentación con vapor cuando se asocia a cada tubo de
alimentación aproximadamente la misma cantidad de vapor y predomina
aproximadamente la misma presión del vapor en la región de
embocadura del espacio colector de vapor en los tubos de
alimentación. A tal fin, el espacio colector de vapor presenta un
número de subespacios conectados entre sí, a los que está asociado
en cada caso un tubo de alimentación.
Como se ha comprobado a partir de numerosos
ensayos, una velocidad de la circulación de la mezcla de vapor de
agua de 35 m/s se ha revelado como un límite especialmente
favorable, por debajo del cual no debería bajarse. En efecto, por
encima de este valor, la pérdida de presión, el peligro de erosión y
corrosión y una ausencia fiable de la separación de las fases están
en una relación especialmente ponderada entre sí. Por lo tanto, los
tubos de alimentación están diseñados con respecto a su número y su
diámetro interior d_{i} de una manera más ventajosa de tal forma
que en todos los estados de funcionamiento de la instalación, la
velocidad de la circulación de la mezcla de vapor y agua que circula
por ello no es menor que 35 m/s.
El tambor de vapor y agua está conectado de una
manera más conveniente para la formación de un circuito, en el lado
de entrada y en el lado de salida, con una superficie calefactora de
evaporador, que está dispuesta en el generador de vapor de calor
perdido.
Las ventajas conseguidas con la invención
consisten especialmente en que a través de la conexión en paralelo
de los tubos de alimentación, en la que a cada tubo de alimentación
está asociado, respectivamente, un subespacio del espacio colector
de vapor, se impide de una manera especialmente fiable una
separación de las dos fases de la mezcla de vapor y agua durante el
transporte desde el evaporador hacia el generador de vapor de calor
perdido. De esta manera se evitan con seguridad los daños de los
componentes correspondientes, de manera que la instalación de
turbinas de gas y de vapor presenta una duración de vida útil
especialmente larga. Además, se garantiza de una manera
especialmente favorable un retorno de la energía térmica contenida
en el aire previsto para la refrigeración de las paletas al proceso
de generación de vapor de la instalación.
A continuación se explica en detalle un ejemplo
de realización con la ayuda de un dibujo. En éste:
La figura 1 muestra una instalación de turbinas
de gas y de vapor, y
La figura 2 muestra de forma esquemática el
espacio colector de vapor según la figura 1.
Las partes correspondientes entre sí en las dos
figuras están provistas con los mismos signos de referencia.
La instalación de turbinas de gas y de vapor 2,
representada de forma esquemática en la figura 1, comprende una
turbina de gas 4 con compresor de aire 6 acoplado. El compresor de
aire 6 está conectado, en el lado de entrada, en un conducto de aire
de aspiración 8 previsto para el aire L. Aguas arriba de la turbina
de gas 4, a través de un conducto de alimentación 10 previsto para
el medio de trabajo AM, está conectada una cámara de combustión 12,
que está conectada en un conducto de aire fresco 14 del compresor de
aire 6. En la cámara de combustión 12 de la turbina de gas 4
desemboca un conducto de combustible 16 previsto para el combustible
B. La turbina de gas 4 y el compresor de aire 6 así como un
generador 18 se asientan sobre un árbol común 20.
La instalación de turbinas de vapor 2b comprende
una turbina de vapor 22 con generador 24 acoplado y en un circuito
de vapor y agua 26 comprende un condensador 28 conectado aguas abajo
de la turbina de vapor 22 así como un generador de vapor de calor
perdido 30. La turbina de vapor 22 está constituida por una primera
fase de presión y por una parte de alta presión 22a y por una
segunda fase de presión o por una parte de presión media 22b así
como por una tercera fase de presión o por una parte de baja presión
22c, que accionan el generador 24 a través de un árbol común 32.
Para la alimentación de medio de trabajo AM'
expandido en la turbina de gas 4 o de gas de humo al generador de
vapor de calor perdido 30, un conducto de gases de escape 34 está
conectado en una entrada 30a del generador de vapor de calor perdido
30. El medio de trabajo AM' expandido procedente de la turbina de
gas 4 abandona el generador de vapor de calor perdido a través de su
salida 30b en dirección a una chimenea no representada en
detalle.
El generador de vapor de calor perdido 30
comprende, en una primera fase de presión o fase de alta presión del
circuito de vapor y agua 26, un precalentador de alta presión o
economizador 36, que está conectado en un tambor de vapor y agua 38.
El tambor de vapor y agua 38 está conectado con una superficie
calefactora 40 del evaporador, que está dispuesta en el generador de
vapor de calor perdido 30, para la formación de un circuito de vapor
y agua 42. Para la descarga de vapor fresco F, el tambor de alta
presión 38 está conectado en un recalentador de alta presión 44, que
está dispuesto en el generador de vapor de calor perdido, que está
conectado, en el lado de salida, con la entrada de vapor 46 de la
parte de alta presión 22a de la turbina de vapor 22.
La salida de vapor 48 de la parte de alta presión
22a de la turbina de vapor 22 está conectada a través de un conducto
de vapor 50 (ZÜ frío) con un recalentador intermedio 52, cuya salida
54 está conectada a través de un conducto de vapor 56, en la entrada
de vapor 58 de la parte de presión media 22b de la turbina de vapor
22. Su salida de vapor 60 está conectada a través de un conducto de
sobrecorriente 62 con la entrada de vapor 64 de la parte de baja
presión 22c de la turbina de vapor 22. La salida de vapor 66 de la
parte de baja presión 22c de la turbina de vapor 22 está conectada a
través de un conducto de vapor 68 en el condensador 28. Éste está
conectado a través de un conducto de agua de alimentación 70, en el
que están conectados un depósito de agua de alimentación 72 y una
bomba de agua de alimentación 74, con el economizador 36, de manera
que se forma un circuito cerrado de vapor y agua 26.
Por lo tanto, en el ejemplo de realización según
la figura 1 solamente se representa de forma detallada la primera
fase de presión del circuito de vapor y agua 26. No obstante, en el
generador de vapor de calor perdido 30 están dispuestas todavía
otras superficies calefactoras no representadas en detalle, que
están asociadas a una fase de presión media o a una fase de baja
presión del circuito de vapor y agua 26. Estas superficies
calefactoras están conectadas de una manera favorable con la entrada
de vapor 58 de la parte de presión media 22b de la turbina de vapor
22 o con la entrada de vapor 60 de la parte de baja presión 22c de
la turbina de vapor 22.
La turbina de gas 4 de la instalación de turbinas
de gas 2a está provista con una refrigeración de las paletas. En
este caso, se puede alimentar aire de refrigeración L'' a las
paletas de refrigerar de la turbina de gas 4. A tal fin, desde el
conducto de aire fresco 14 del compresor de aire 6 se deriva un
conducto de aire 76 que está previsto para aire comprimido L', que
desemboca en un evaporador 78. El evaporador 78 está conectado, en
el lado de salida, a través de un conducto de aire de refrigeración
80 en la turbina de gas 4.
En el lado secundario, el evaporador 78 está
conectado en el circuito de vapor y agua 26 de la instalación de
turbinas de vapor 2b. A tal fin, el evaporador 78 está conectado, en
el lado de entrada, a través de un conducto de alimentación 82, en
el depósito de agua de alimentación 72. En el lado de salida, aguas
abajo del evaporador 78 está conectado un espacio colector de vapor
84, que está conectado con el tambor de vapor y agua 38 a través de
un número de tubos de alimentación 86.
El espacio colector de vapor 84 representado en
detalle en la figura 2 está dividido por medio de chapas de mamparo
88 en un número de subespacios 90 conectados entre sí. El espacio
colector de vapor 84 está conectado en el lado de entrada en un
número de tubos 92 de evaporación del evaporador 78. El espacio
colector de vapor 84 está conectado, en el lado de salida, en un
número de tubos de alimentación 86. En este caso, a cada uno de los
subespacios 90 del espacio lector de vapor 84 está asociado,
respectivamente, un tubo de alimentación 86.
El aire L, que es necesario para la refrigeración
de las paletas de la turbina de gas 4, es alimentado al compresor de
aire 6 a través del conducto de aire de aspiración 8 y se puede
tomar en el lado de salida detrás del compresor de aire 6 del
conducto de aire fresco 14. El aire comprimido L' presenta, sin
embargo, una temperatura demasiado alta para la refrigeración de las
paletas. Por lo tanto, es necesaria una refrigeración del aire
comprimido L'. Ésta se lleva a cabo en el evaporador 78. El aire
refrigerado L'' puede ser alimentado a través del conducto de aire
80 a la turbina de gas 4 para la refrigeración de las paletas.
El calor que se produce durante la refrigeración
del aire puede ser alimentado al circuito de vapor y agua 26 de la
instalación de turbinas de vapor 2b. A tal fin, se conduce agua de
alimentación desde el depósito de agua de alimentación 72 a través
de un conducto de agua 82 hacia el evaporador 78. Este agua de
alimentación experimenta a través de la refrigeración del aire
comprimido L' en el evaporador 78 una evaporación parcial. La mezcla
de vapor y agua que se produce en este caso en el evaporador 78 es
alimentada a través de un número de tubos de alimentación 86 al
tambor de vapor y agua 38. Para que durante el transporte de la
mezcla de vapor y agua desde el evaporador 78 hasta el tambor de
vapor y agua 38 no se produzca ninguna separación de la mezcla de
dos fases, los tubos de alimentación 86 presentan un diámetro
interior del tubo d_{i}, que garantiza que la velocidad de la
circulación de la mezcla de dos fases no sea menor que 35 m/s.
Además, entre los tubos de alimentación 86 y el evaporador 78 está
conectado el espacio colector de vapor 84. Éste está dividido por
medio de chapas de mamparo en un número de subespacios 90 conectados
entre sí, todos los cuales presentan aproximadamente la misma
presión de vapor. Éstos están asociados en cada caso a un tubo de
alimentación 86. De esta manera se garantiza una impulsión
especialmente uniforme de los tubos de alimentación 86 con la mezcla
de vapor y agua.
A través de la interconexión del espacio colector
de vapor 86 entre los tubos de alimentación 84 y el evaporador 78 se
garantiza con un gasto técnico especialmente reducido que durante el
transporte de la mezcla de vapor y agua desde el evaporador 78 hasta
el tambor de vapor y agua 38 no se produzca ninguna separación de la
mezcla de dos fases. Por lo tanto, la instalación de turbinas de gas
y de vapor 2 presenta una duración de vida útil especialmente larga,
puesto que se evitan de una manera especialmente segura los daños de
los componentes individuales. Además, se garantiza de una manera
especialmente favorable una utilización del calor perdido que se
genera en la instalación.
Claims (3)
1. Instalación de turbinas de gas y de vapor (2)
con un generador de vapor de calor pedido (30), que está conectado
aguas abajo de la turbina de gas (4), en el lado de los gases de
humo, cuyas superficies calefactoras están conectadas en el circuito
de vapor y agua (26) de una turbina de vapor (22), donde el aire de
refrigeración (L'') que debe alimentarse a la turbina de gas (4)
para la refrigeración de las paletas es conducido como medio de
calefacción a través de un evaporador (78), que está conectado, en
el lado secundario, en el circuito de vapor y agua (26) y que
desemboca en este caso, en el lado de salida, en un espacio colector
de vapor (84), caracterizada porque el espacio colector de
vapor (84) está conectado a través de un número de tubos de
alimentación (86) conectados en paralelo en el lado del vapor con un
tambor de vapor y agua (38), donde el espacio colector de vapor (84)
presenta un número de subespacios (90) conectados entre sí, que
están formados a través de la disposición de un número de chapas de
mamparo (88) y cada uno de los cuales está asociado,
respectivamente, a un tubo de alimentación (86).
2. Instalación de turbinas de vapor (2) según la
reivindicación 1, caracterizada porque los tubos de
alimentación (86) están diseñados con respecto a su número y su
diámetro interior d_{i} de tal forma que, en todos los estados de
funcionamiento de la instalación de turbinas de gas y de vapor (2),
la velocidad de la circulación de la mezcla de vapor y agua que
circula por ellos no es menor que 35 m/s.
3. Instalación de turbinas de gas y de vapor (2)
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el tambor
de vapor y agua (38) está conectado para la formación de un circuito
de vapor y agua (42) con una superficie calefactora (40) de
evaporador que está dispuesta en el generador de vapor de calor
perdido (30).
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