ES2208856T3 - Preevaporador de combustible. - Google Patents
Preevaporador de combustible.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN METODO PARA ALIMENTAR UNA TURBINA DE GAS CON COMBUSTIBLES LIQUIDOS Y GASEOSOS. EL METODO PERMITE UTILIZAR LA MISMA CONDUCCION DE ALIMENTACION AL QUEMADOR DE LA TURBINA DE GAS PARA AMBOS COMBUSTIBLES, AUNQUE EL COMBUSTIBLE LIQUIDO DEBE SER PREPARADO ANTES DE SER ALIMENTADO AL QUEMADOR. LA PREPARACION DEL COMBUSTIBLE LIQUIDO SE REALIZA EN UN EVAPORADOR DE COMBUSTIBLE QUE PRESENTA UN TUBO (2) FABRICADO EN UN MATERIAL BUEN CONDUCTOR DEL CALOR QUE COOPERA CON UN DISPOSITIVO CALEFACTOR (3) Y QUE ESTA CONECTADO POR UNO DE SUS EXTREMOS A UN DISPOSITIVO DE ALIMENTACION (4) DE UN GAS DE LAVADO Y POR EL OTRO EXTREMO A UN DISPOSITIVO DE ENTRADA Y SALIDA DE COMBUSTIBLE (5).
Description
Preevaporador de combustible.
Objeto de la invención es un preevaporador de
combustible para la alimentación de una turbina de gas tanto con
combustibles líquidos como también con combustibles gaseosos según
el preámbulo de la reivindicación independiente.
Las turbinas de gas anteriores cuando se hacen
funcionar tanto con combustibles líquidos como también con
combustibles gaseosos, presentan en la mayor parte de los casos
vías de alimentación separadas para cada tipo de combustible. Para
la combustión de combustible gaseoso se emplean en general
quemadores de premezclado, en los cuales el combustible gaseoso se
mezcla con el aire de la combustión en zonas de premezclado y se
quema. En la utilización de combustible líquido, se inyecta éste a
través de una o varias toberas en la zona de premezclado, tal como
se muestra esto, por ejemplo, en el documento EP 0 704 657.
Sin embargo, el mezclado del combustible líquido
inyectado con el aire de la combustión es insuficiente, en especial
porque el tamaño de las gotitas no se puede mantener
suficientemente pequeño.
Además, la utilización de dos vías de
alimentación separadas es técnicamente muy costosa sin que por
medio de esto se alcance una mejora del rendimiento de la turbina
de gas. Sin embargo, utilizar ambos tipos de combustible en un
único sistema de alimentación, no es posible sin más, ya que
existen unas relaciones de impulsos muy diferentes durante la
entrada de gas en la cámara de combustión para el mismo suministro
de energía debido a los diferentes índices caloríficos volumétricos
de combustibles líquidos y gaseosos. Sólo en el caso de índices
caloríficos volumétricos casi iguales, el aporte de calor al
quemador permanece igual y en ciertos límites, con ello, también la
profundidad de penetración de los chorros de combustible y la forma
de la llama. Y sólo manteniendo estos criterios, se pueden hacer
funcionar en realidad los quemadores con combustibles alternos.
Es en sí mismo conocido, evaporar combustibles
líquidos y alimentarlos en forma de vapor a un quemador o a una
cámara de combustión. En primer lugar, estas soluciones apuntan a
mejorar la mezcla entre el combustible líquido y el aire de
combustión (US 3 691 762), para crear una base más amplia para la
utilización calórica de fuel oil o residuos de refinación
difícilmente inflamables (US 2 792 058; US 4 838 029) o disminuir
el permanente problema de la formación de depósitos de residuos del
cracking en relación con la evaporación de combustibles líquidos en
las superficies de evaporación calientes (EP 582 427).
Para la solución del problema, de alimentar a un
quemador combustibles de diferente proveniencia, en especial
combustibles líquidos y gaseosos o diferentes combustibles
líquidos, de forma alternante o en casos dados también juntos a
través de un único sistema de alimentación y garantizar con ello el
mantenimiento de las mismas relaciones de impulsos al quemador,
estas soluciones técnicas no pueden proporcionar, sin embargo,
ninguna contribución.
Los documentos EP 0 019 421 y GB 1 566 525 dan a
conocer soluciones para la combustión de combustibles líquidos como
combustibles alternativos en instalaciones de combustión
alimentadas normalmente con gas. Manteniendo los quemadores
destinados a la combustión de gas natural, deben poder hacerse
funcionar las instalaciones diseñadas de esta manera opcionalmente
con gas o petróleo. Esto se consigue según la información
publicada allí porque el combustible líquido se mezcla en primer
lugar en una proporción fijada con agua o con vapor de agua, esta
mezcla se evapora a continuación y se alimenta al quemador. Por
medio de la adición adecuada de agua o de vapor de agua se produce
un gas de lavado (gas portador, vapor diluyente), el cual adapta las
propiedades de la mezcla con respecto al índice calorífico
volumétrico a las condiciones de funcionamiento del quemador.
Estas soluciones tienen la desventaja de que están proyectadas en
varias etapas. La etapa de evaporación del combustible está
colocada previamente en una etapa separada de mezclado con el fin
de ajustar la requerida relación de masa entre el vapor de
combustible y el gas de lavado.
La mezcla a evaporar se calienta en un evaporador
tubular, el cual, integrado en una cámara de combustión, se recubre
desde fuera con gases de combustión calientes. Esto permite
esperar altas temperaturas de las paredes con un alto peligro
correspondiente de depósitos de residuos de coqueado. Por un lado,
la eliminación de estos residuos del evaporador presenta
dificultades, y por otro lado, los depósitos arrastrados amenazan
el funcionamiento del quemador. La formación de depósitos se
suaviza algo precisamente por la adición previa de agua o de vapor
al combustible. Sin embargo, los depósitos podrían presentar
problemas significativos en esta variante de equipo.
Por tanto, es tarea de la invención indicar un
preevaporador de combustible para la alimentación de una turbina de
gas tanto con combustibles líquidos como también gaseosos
consiguiendo iguales índices caloríficos volumétricos con ambos
tipos de combustible, que permita una intensa pero cuidadosa
evaporación del combustible líquido y, con ello, disminuya aun más
el peligro de la formación de depósitos.
Esta tarea se soluciona con las características
de la parte caracterizadora de la reivindicación independiente. Se
describen formas de realización ventajosas de un preevaporador de
combustible de este tipo por medio de las características de las
reivindicaciones dependientes.
Un preevaporador de combustible de este tipo
tiene, en especial, la ventaja de que simplifica muy esencialmente
la construcción y, sobre todo, se puede aumentar el rendimiento de
la turbina de gas. Además, es una ventaja de la invención que el
combustible líquido se puede evaporar a temperatura más reducida y,
con ello, disminuye el peligro de depósitos de carbono (coqueado).
También se puede ajustar la densidad de la mezcla de combustible -
gas de lavado de tal modo que la profundidad de penetración de los
chorros de combustible es esencialmente igual en ambos tipos de
combustible, es decir, que se pueden conseguir iguales relaciones
de impulsos. De ello, se deduce para ambos tipos de combustible el
mismo comportamiento de premezcla. Además, se pueden disminuir las
emisiones de NO_{x}. Además, se neutraliza el peligro de
precipitación de gotas de combustible en la pared del quemador, ya
que el quemador recibe sólo combustible gaseoso.
Otras características y ventajas se deducen a
partir de la descripción de un ejemplo de realización del
preevaporador de combustible mediante los dibujos.
Muestran:
La figura 1, un preevaporador de combustible en
sección longitudinal;
la figura 2, un preevaporador de combustible en
sección transversal.
En un procedimiento para la preparación de
combustibles líquidos para su utilización en una turbina de gas que
se puede hacer funcionar también con combustibles gaseosos, se
trata el combustible líquido en un dispositivo de tratamiento, con
un gas de lavado que puede ser vapor de agua que se deriva del
ciclo de una turbina de vapor, o un gas inerte, por ejemplo N_{2}
o CO_{2}, hasta formar una mezcla de gases que luego puede
aportarse al quemador a través del mismo dispositivo de
alimentación que el combustible gaseoso. En esta preparación del
combustible líquido se produce esencialmente el mismo índice
calórico volumétrico y una densidad correspondiente por medio del
tipo, de la cantidad y de la temperatura del gas de lavado que el
que se produce igualmente en el caso de combustible gaseoso a
quemar. Para esto, se alimenta el combustible a un canal anular
5.1.2 en un dispositivo 5 de alimentación y evacuación de
combustible para ser evaporado en un espacio cilíndrico calentado
de un tubo 2 vaporizador. Esta evaporación se consigue porque se
crea una fina película 6 de combustible líquido, con preferencia,
una película de 0,2 mm - 0,5 mm de espesor, sobre la pared interior
del tubo 2 vaporizador calentada desde fuera porque el combustible
líquido tiene que correr a lo largo de una arista de un tubo o de
un escalón 2.2. Este combustible líquido evaporado se mezcla con
un gas de lavado alimentado desde la otra cara del tubo 2
vaporizador, incluso vapor de agua o un gas inerte, y se produce así
un gas combustible lo más homogéneo posible, el cual se corresponde
en sus propiedades con respecto al quemador al combustible gaseoso
igualmente combustible. Esta mezcla de gas se acumula en una
cúpula 5.2 colectora y, a través de un conducto 5.3 de evacuación,
con el cual se pueden ajustar aún las condiciones del quemador, se
alimentan al quemador como gas.
El dispositivo de preparación se compone de un
preevaporador 1 de combustible, el cual muestra un tubo 2
vaporizador que está hecho de un material buen conductor del calor,
con preferencia, cobre actuando en conjunto con un dispositivo 3 de
calefacción y formando esencialmente un intercambiador de calor.
Este dispositivo de calefacción puede ser un tubo envolvente que
rodea el tubo 2 vaporizador y al cual se alimenta vapor caliente
para que en la cara 2.1 interior del tubo 2 vaporizador domine una
temperatura de 150ºC - 350ºC para que se pueda evaporar la película
6 de combustible. Este vapor caliente se puede derivar del ciclo
de vapor de una turbina de vapor conectada. Sin embargo, para la
calefacción pueden servir también los gases de escape calientes de
la turbina de gas. Este tubo 2 vaporizador muestra en uno de sus
extremos un dispositivo 4 de alimentación para un gas de lavado y en
su otro extremo un dispositivo 5 de alimentación y de evacuación de
combustible. El dispositivo 4 de alimentación para un gas de
lavado posee, con preferencia, un cuerpo 4.1 mezclador, el cual
penetra en el tubo 2 vaporizador y proporciona una mejora del
mezclado del gas de lavado con el vapor de combustible, por tanto,
un gas combustible homogéneo. Para una mejora adicional del
mezclado, pueden estar dispuestos sobre el cuerpo 4.1 mezclador los
elementos que refuerzan la turbulencia de la corriente, como aletas
o púas. El dispositivo 4 de alimentación para un gas de lavado
muestra también un tubo 4.2 de gas de lavado, el cual desemboca de
forma esencialmente tangencial en el dispositivo 4 de alimentación
y, con ello, introduce el gas de lavado en el espacio interior del
tubo 2 vaporizador. La trayectoria de gas que se forma de este modo
puede ser influenciada además especialmente, por un lado, por medio
del cuerpo 4.1 mezclador ya mencionado o por medio de una
configuración especial del extremo de entrada del tubo 4.2 del gas
de lavado, por medio de lo cual se produce una trayectoria de gas
esencialmente en forma de hélice en espiral. El extremo del tubo
4.2 de gas de lavado puede estar configurado en forma de tobera para
una mayor mejora de la mezcla de gas de lavado y combustible. En
el otro extremo del tubo 2 vaporizador está dispuesto un
dispositivo 5 de alimentación y evacuación de combustible en la
zona, en la cual está directamente junto al tubo 2 vaporizador.
Este dispositivo contiene un dispositivo 5.1 de alimentación de
combustible líquido, el cual distribuye finamente el combustible
líquido en el tubo 2 vaporizador, así como, contigua a este
dispositivo 5.1, una cúpula 5.2 colectora con un conducto 5.5 de
evacuación para alimentar la mezcla de vapor de combustible - gas
de lavado al quemador. En este caso, pueden estar previstos en
este conducto de evacuación además órganos de ajuste para la
regulación del gas óptima. En el caso del dispositivo 5.1 de
alimentación de combustible líquido está previsto un tubo 5.1.1 de
alimentación, el cual desemboca en un canal 5.1.2 anular del
dispositivo 5.1 de alimentación de combustible líquido, el cual
contiene al menos una abertura 5.1.3 de inyección de combustible
que desemboca tangencialmente en el tubo 2 vaporizador, que está
orientada contra un escalón 2.2 del tubo 2 vaporizador. Sin
embargo, pueden estar previstas con preferencia varias aberturas
5.1.3 de inyección de combustible, por ejemplo, cuatro. El escalón
2.2 del tubo 2 vaporizador está formado en la presente forma de
realización por la cara frontal del tubo vaporizador pero puede
estar realizado también como un elemento autónomo. En este caso,
la arista del escalón 2.2, situada en el interior en sentido radial,
forma una arista 2.3 de evacuación de la película, a lo largo de la
cual el combustible líquido corre hacia el tubo 2 vaporizador y,
con ello, se distribuye finamente y forma así en su pared 2.1
interior una película delgada, con preferencia de 0,2 m - 0,5 mm de
espesor. Esta película 6 de combustible se evapora en la pared 2.1
interior calentada y se mezcla con el gas de lavado y se acumula en
la cúpula 5.2 colectora para la posterior conducción al
quemador.
Claims (8)
1. Preevaporador de combustible para un
combustible líquido que comprende un tubo (2) vaporizador, el cual
está hecho de un material buen conductor del calor, que actúa en
conjunto con un dispositivo (3) de calefacción, y dispone de un
dispositivo (4) de alimentación para un gas de lavado, un
dispositivo (5.1) de alimentación para el combustible líquido, así
como un dispositivo (5.3) de evacuación para una mezcla de vapor de
combustible / gas de lavado, estando conectado el tubo (2)
vaporizador por uno de sus extremos al dispositivo (4) de
alimentación para el gas de lavado y por el otro extremo al
dispositivo (5.1) de alimentación para el combustible y al
dispositivo (5.3) de evacuación para la mezcla de vapor de
combustible / gas de lavado, caracterizado porque el
dispositivo (5.1) de alimentación para el combustible líquido
muestra un tubo (5.1.1) de alimentación el cual desemboca en un
canal (5.1.2) anular que contiene al menos una abertura (5.1.3) de
inyección de combustible que desemboca tangencialmente en el tubo
(2) vaporizador, que está orientada contra un escalón (2.2) del
tubo (2) vaporizador y la arista del escalón (2.2) situada en el
interior radialmente, representa una arista (2.3) de evacuación de
la película, a lo largo de la cual el combustible líquido corre
hacia el tubo (2) vaporizador distribuyéndose y forma así en su
pared (2.1) interior una película (6).
2. Preevaporador de combustible según la
reivindicación 1, caracterizado porque el tubo (2)
vaporizador está hecho de cobre.
3. Preevaporador de combustible según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (3) de
calefacción envuelve el tubo (2) vaporizador en al menos una parte
de su longitud.
4. Preevaporador de combustible según la
reivindicación 3, caracterizado porque el dispositivo (3) de
calefacción está calentado por medio de vapor caliente o gases de
escape calientes.
5. Preevaporador de combustible según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (4) de
alimentación para el gas de lavado presenta un cuerpo (4.1)
mezclador, el cual penetra en el tubo (2) vaporizador para la
mejora de la mezcla del gas de lavado con el vapor del
combustible.
6. Preevaporador de combustible según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (4) de
alimentación para el gas de lavado posee un tubo (4.2) de gas de
lavado, el cual desemboca de forma esencialmente tangencial en el
dispositivo (4) de alimentación.
7. Preevaporador de combustible según la
reivindicación 6, caracterizado porque el extremo del tubo
(4.2) de gas de lavado está configurado en forma de tobera.
8. Preevaporador de combustible según la
reivindicación 1, caracterizado porque están previstas
cuatro aberturas (5.1.3) de inyección de combustible que desembocan
de manera tangencial en el tubo (2)vaporizador.
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1997
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