ES2244582T3 - Instalacion de turbina de gas y vapor. - Google Patents
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Abstract
Instalación de turbina de gas y vapor (1) con un generador de vapor de escape (30) postconectado por el lado del gas de humo a una turbina de gas (2), cuyas superficies de calefacción en el circuito de agua-vapor (24) están conectadas a una turbina de vapor (20), y con un sistema de combustible (129) preconectado a la cámara de combustión (6) de la turbina de gas (2), que comprende un dispositivo de gasificación (132) para combustible fósil (B) y una tubería de gas (130) que se deriva del dispositivo de gasificación (132) y desemboca en la cámara de combustión (6) de la turbina de gas (2), estando conectado corriente arriba de la cámara de combustión (6) en la tubería de gas (130) un cierre de gas (200), que comprende una grifería de cierre rápido (202), un sistema de despresurización o sobrepresión (206) y una grifería de cierre de gas (204), desembocando corriente debajo de la grifería de cierre de gas (204) una tubería de lavado (228) para lavar en la tubería de gas (130) y utilizándosecomo medio de lavado medio de lavado inerte y sin vapor.
Description
Instalación de turbina de gas y vapor.
La invención se refiere a una instalación de gas
y vapor con un generador de vapor de escape postconectado por el
lado del gas de humo a una turbina de gas, cuyas superficies de
calefacción en el circuito de agua-vapor están
conectadas a una turbina de vapor, y con un sistema de combustible
preconectado a la cámara de combustión de la turbina de gas, que
presenta un dispositivo de gasificación para combustible fósil y una
tubería de gas que se deriva del dispositivo de gasificación y
desemboca en la cámara de combustión de la turbina de gas. Los
componentes previstos para una limpieza de gas están con ello
conectados normalmente a la tubería de gas.
Se conoce una instalación de este tipo por
ejemplo del documento GB-A 2 234 984 o DE 198 32 294
C1.
Para reducir la expulsión de sustancias dañinas
durante la combustión del combustible fósil gasificado o gas de
síntesis puede estar conectado en la tubería de gas un saturador, en
el que el gas de síntesis se carga con vapor de agua durante el
funcionamiento de la instalación. Para esto el gas de síntesis
circula a través del saturador en contracorriente respecto a una
corriente de agua, que se guía en un circuito de agua designado como
circuito de saturador. Para obtener un grado de eficacia
especialmente elevado se ha previsto con ello un acoplamiento de
calor procedente del circuito de agua-vapor en el
circuito de saturador.
Mediante el contacto con la corriente de agua
calentada en el saturador en el circuito de saturador se satura el
combustible gasificado con vapor de agua y adquiere un calentamiento
en un volumen limitado. Por motivos de técnica térmica y también por
motivos operativos puede ser también necesario un calentamiento
adicional del combustible por medio de un intercambiador de calor,
antes de su alimentación en la cámara de combustión de la turbina de
gas.
Para garantizar un funcionamiento especialmente
seguro de la instalación de turbina de gas y vapor debería poder
detenerse en cualquier momento una alimentación del gas de síntesis
en la cámara de combustión de la turbina de gas. Para esto se ha
conectado normalmente una grifería de cierre rápido delante de la
cámara de combustión en la tubería de gas. La grifería de cierre
rápido bloquea en caso necesario la tubería de gas, en un tiempo
especialmente corto, de tal modo que no puede llegar ningún gas de
síntesis a la cámara de combustión asociada a la turbina de gas.
El sistema de combustible comprende, a causa de
las normativas pertinentes sobre técnica de seguridad, normalmente
un cierre de gas. Un cierre de gas comprende dos griferías, por
ejemplo grifos de macho esférico, que deben abrirse o cerrarse para
una circulación del gas. Entre estas dos griferías se ha conectado
una descarga intermedia o una tubería de presión. La descarga
intermedia puede estar conectada a un quemador de gas sobrante, a
través del cual puede quemarse el gas sobrante. Alternativamente a
la descarga intermedia puede conectarse la tubería de presión, que
se ocupa de que no pueda circular ningún gas a través de las
griferías de cierre de gas. El cierre de gas separa por tanto el
sistema de combustible, de forma estanca a los gases, en una primera
región o el sistema de gasificado corriente arriba del cierre de gas
y en una segunda región p el llamado sistema de combustible de
turbina de gas corriente abajo del cierre de gas. Se conoce un
cierre de gas de este tipo por ejemplo del documento Huth, M. et
al: "Verbrennung von Synthesegas in Gasturbinen"; BKW
Brennstoff Wärme Kraft, DE, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf, Tomo 50, nº
9, 01.09.1988, páginas 35-39, XP 000777542 ISSN:
0006-9612.
Una instalación de turbina de vapor con
dispositivo de gasificado puede funcionar tanto con el gas de
síntesis, que se genera por ejemplo con carbón o residuos de
refinación, como con un combustible secundario, como por ejemplo gas
natural. En el caso de un cambio de gas de síntesis a combustible
secundario o a la inversa es necesario, por motivos de técnica de
seguridad, lavar la región entre el cierre de gas y la cámara de
combustión, es decir, el sistema de combustible de turbina de gas,
con un medio inerte como nitrógeno o vapor. A causa del gran volumen
de la región a lavar que, dado el caso, también comprende el
intercambiador de calor, se necesita aquí un lavado de esta región
tanto en dirección hacia adelante como hacia atrás, para conseguir
un desplazamiento casi completo del gas de síntesis o del
combustible secundario así como, dado el caso, de gas de humo que
haya entrado, hacia fuera del sistema de combustible de turbina de
gas. Un lavado con nitrógeno puro ha demostrado sin embargo ser
antieconómico a causa de la magnitud del volumen a lavar. Un lavado
con vapor presupone a su vez la disponibilidad de vapor, con lo que
el proceso de lavado es normalmente independiente del funcionamiento
del generador de vapor de escape de la instalación de turbina de
vapor. Aparte de esto, aquí se requiere una refrigeración del vapor
extraído del generador de vapor de escape o una protección de los
componentes ante temperaturas especialmente elevadas del vapor, con
lo que la preparación del proceso de lavado está ligado a una
elevada complejidad. Asimismo se necesitan complejos sistemas de
drenaje y es necesario proteger contra la corrosión los sistemas que
reciben vapor.
El concepto de lavado, que comprende un lavado
hacia adelante y hacia atrás, conduce a un complejo sistema de
regulación durante el lavado y a modos operativos especialmente
complicados para el funcionamiento de la instalación. Un concepto de
lavado de este tipo conduce además a tiempos de arranque y
desconexión relativamente largos de la instalación.
La invención se ha impuesto la tarea de indicar
una instalación de turbina de gas y vapor de la clase citada
anteriormente, en la que en el caso de un cambio del gas a alimentar
a la cámara de combustión de la turbina de gas pueda lavarse el
sistema de combustible de forma especialmente sencilla. Aparte de
esto quiere indicarse un procedimiento que permita, en un tiempo
especialmente corto y de forma especialmente sencilla, un lavado del
sistema de combustible de la instalación de turbina de gas y
vapor.
La tarea dirigida a la instalación de turbina de
gas y vapor es resuelta conforme a la invención mediante las
particularidades de la reivindicación 1. En la tubería de gas se ha
conectado un cierre de gas, estando dispuesto el cierre de gas
corriente arriba de la cámara de combustión y comprendiendo una
grifería de cierre de gas, desembocando en la tubería de gas,
corriente debajo de la grifería de cierre de gas, una tubería de
lavado para el lavado sin vapor.
La invención se basa en la consideración de que,
en el caso de un cambio del gas a alimentar a la cámara de
combustión de la turbina de gas, se garantiza de forma especialmente
fiable un desplazamiento del gas de síntesis o del combustible
secundario así como, dado el caso, gas de humo desde el sistema de
combustible, cuando el volumen a lavar es reducido. En el caso de un
volumen a lavar reducido ha demostrado ser además suficiente un
lavado solamente en una dirección, con lo que pueden suprimirse
complejos mecanismos reguladores del proceso de lavado. El lavado se
produce con ello solamente en dirección hacia adelante, es decir, en
la cámara de combustión de la turbina de gas. El proceso de lavado
puede realizarse ahora alternativamente con nitrógeno puro. Un
lavado con nitrógeno puro es económico a causa del reducido volumen
a lavar. Además no es necesario extraer con ello ningún vapor de la
instalación de turbina de vapor para el proceso de lavado, con lo
que el grado de eficacia total de la instalación de turbina de gas y
vapor resulta ser especialmente elevado. Adicionalmente puede
prescindirse del uso de aceros de alta aleación, ya que no pueden
producirse apariciones de corrosión o solamente unas
insignificantes.
Puede conseguirse un volumen a limpiar reducido
mediante una disposición compacta de los componentes. Si se disponen
el cierre de gas y la grifería de cierre rápido uno junto a la otra,
la grifería de cierre rápido puede asumir el funcionamiento de una
de las griferías previstas en el cierre de gas, con lo que puede
prescindirse de esta grifería y el volumen a lavar del sistema de
combustible de turbina de gas resulta ser especialmente pequeño.
Como griferías para el cierre de gas se utilizan
normalmente grifos de macho esférico o válvulas de bola, que
presentan una elevada densidad a los gases. La grifería de cierre
rápido está ejecutada normalmente como una clapeta de cierre rápido.
Dependiendo del tamaño constructivo de la grifería puede usarse para
esto, sin embargo, cualquier otra grifería de cierre rápido, como
por ejemplo una válvula apropiada.
En una configuración ventajosa de la invención se
ha conectado un intercambiador de calor, conectado dado el caso en
la tubería de gas, corriente arriba del cierre de gas. También por
medio de esto se reduce el volumen a lavar en el sistema de
combustible de turbina de gas. El intercambiador de calor puede
estar principalmente conectado en la tubería de gas entre el
dispositivo de gasificado y un saturador, dispuesto igualmente
corriente arriba del cierre de gas. El intercambiador de calor
transmite de este modo calor desde el gas de síntesis, que afluye al
saturador, al gas de síntesis que circula desde el saturador. Un
intercambiador de calor de este tipo, también designado como
intercambiador de calor de gas de síntesis, produce de este modo una
derivación del saturador, al menos parcialmente por el lado del
calor de tal modo que, mediante el calentamiento del gas de
síntesis, se mantienen especialmente reducidas las pérdidas
termodinámicas del proceso total mediante el gas de síntesis.
Mediante una disposición de este tipo puede conseguirse de este modo
un intercambio de calor especialmente favorable, ya que -con la
condición marginal de una temperatura final constante- puede
transmitirse una cantidad de calor relativamente grande al gas de
síntesis que circula desde el saturador.
Como es natural puede pensarse como alternativas
también en otras configuraciones para la conexión del intercambiador
de calor, como por ejemplo la aplicación de agua de alimentación
caliente o vapor para precalentar el gas de síntesis.
Para mezclar el gas de síntesis con nitrógeno
puede conectarse en la tubería de gas, corriente arriba del
saturador previsto para aplicar vapor de agua al gas de síntesis, un
dispositivo de mezclado. La adición mezclando de nitrógeno al gas de
síntesis se produce para mantener unos valores límite de NO_{x}
especialmente reducidos durante la combustión del gas de
síntesis.
Una tubería de lavado desemboca ventajosamente
directamente corriente debajo de la grifería de cierre de gas en la
tubería de gas. De esta manera se garantiza un lavado fiable del
sistema de combustible entre la grifería de cierre de gas y la
cámara de combustión. A causa de la forma constructiva compacta del
sistema de combustible las cantidades de lavado necesarias resultan
ser especialmente reducidas, con lo que el funcionamiento de la
instalación se configura de forma especialmente económica. El uso de
nitrógeno u otro medio inerte para lavar el sistema de combustible
es especialmente ventajoso en comparación con el lavado con vapor,
ya que no se necesita un desagüe del sistema de tuberías como en el
caso de un lavado con vapor. Aparte de esto puede ponerse a
disposición nitrógeno u otro medio inerte con independencia del
funcionamiento del sistema de agua-vapor. Aparte de
esto el nitrógeno o el medio inerte presenta una temperatura
reducida en comparación con el vapor extraído de la instalación, con
lo que puede prescindirse de una protección de los componentes
frente a temperaturas de vapor inadmisiblemente elevadas. Asimismo
no se produce una aparición de corrosión o sólo una insignificante,
de tal modo que no es necesario usar un acero de alta aleación.
Principalmente también puede lavarse sin embargo con vapor, si se
dispone del mismo. En el caso de lavado de nitrógeno o lavado con
otro medio inerte aparte del vapor es ventajoso un acumulador
intermedio. Mediante la acumulación intermedia se garantiza un
lavado, incluso en el caso de avería del sistema de provisión para
el medio inerte.
Para una inversión casi completa del combustible
fósil, en el caso de temperaturas elevadas en el dispositivo de
gasificado, se ha previsto normalmente una alimentación de oxígeno
desde una instalación de descomposición de aire. Con ello se produce
nitrógeno. Este nitrógeno, en especial el nitrógeno puro que se
produzca, puede usarse ahora para el lavado. Para esto se ha
conectado ventajosamente el acumulador intermedio, a través de una
tubería de alimentación, a la instalación de descomposición de
aire.
En la tubería de alimentación que se aleja de la
instalación de descomposición de aire desemboca ventajosamente una
tubería de reserva, que está conectada por el lado de entrada a un
sistema de llenado de emergencia para nitrógeno, en especial
nitrógeno puro. Por medio de esto se garantiza de forma
especialmente fiable, incluso en el caso de avería de la instalación
de descomposición de aire, un lavado del sistema de combustible con
nitrógeno, en especial nitrógeno puro.
El sistema de lavado con acumulador intermedio,
que dado el caso está conectado a una instalación de descomposición
de aire, puede usarse por lo demás también sin la configuración
anteriormente representada del cierre de gas en una instalación de
turbina de gas y vapor.
Con relación al procedimiento para lavar el
sistema de combustible de una instalación de turbina de gas y vapor,
la tarea es resuelta conforme a la invención por medio de que el
sistema de combustible entre el cierre de gas y la cámara de
combustión se lava en la dirección hacia adelante, es decir, en la
dirección de la cámara de combustión. Con solamente un lavado hacia
adelante los tiempos para un lavado resultan ser especialmente
reducidos, con lo que el cambio de gas de síntesis a combustible
secundario se configura de forma especialmente económica.
En el caso de que para lavar esté previsto
nitrógeno, éste se extrae ventajosamente de la instalación de
descomposición de aire. Para esto se alimenta el nitrógeno generado
en la instalación de descomposición de aire, en especial como
nitrógeno puro, al acumulador intermedio a través de la tubería de
alimentación. Desde el acumulador intermedio puede alimentarse
después el nitrógeno puro, en caso necesario para lavar el sistema
de combustible, a la tubería de gas.
El sistema de combustible se lava ventajosamente
entre la cámara de combustión y el cierre en dirección hacia
adelante con un medio de lavado inerte, que se alimenta entre la
grifería de cierre de gas y la grifería de regulación. Al igual que
el sistema de combustible de turbina de gas, el sistema de
gasificado entre el dispositivo de gasificado y el cierre de gas
debe lavarse con un medio inerte, a causa de las normativas de
técnica de seguridad. Normalmente se utiliza para esto nitrógeno, en
especial nitrógeno puro con el nivel de presión necesario, como
medio inerte. El concepto y las condiciones marginales del proceso
de lavado dependen del procedimiento de gasificado utilizado.
Con base en el dibujo se explica con más detalle
un ejemplo de ejecución de la invención. Aquí muestran
la figura 1 una instalación de turbina de gas y
vapor, estando preconectado a la turbina de gas un sistema de
combustible con un dispositivo de gasificado, y
la figura 2 un corte conforme a la figura 1.
La instalación de turbina de gas y vapor 1
conforme a la figura comprende una instalación de turbina de gas 1a
y una instalación de turbina de vapor 1b. La instalación de turbina
de gas 1a comprende una turbina de gas 2 con compresor de aire 4
acoplado y una cámara de combustión 6 preconectada a la turbina de
gas 2, que está conectada a una tubería de aire comprimido 8 del
compresor 4. La turbina de gas 2 y el compresor de aire 4 así como
un generador 10 se asientan sobre un eje común.
La instalación de turbina de vapor 1b comprende
una turbina de vapor 20 con generador 22 acoplado y, en un circuito
de agua-vapor 24, un condensador 26 postconectado a
la turbina de gas 20 así como un generador de vapor de escape 30. La
turbina de vapor 20 se compone de una primera etapa de presión o una
pieza de alta presión 20a y una segunda etapa de presión o una pieza
de presión de medio 20b así como una tercera etapa de presión o una
pieza de baja presión 20c, que accionan el generador 22 a través de
un eje común 32.
Para alimentar el medio de trabajo AM o gas de
humo despresurizado en la turbina de gas 2 al generador de vapor de
escape 30 se ha conectado una tubería de gases de escape 34 a una
entrada 30a del generador de vapor de escape 30. El medio de trabajo
despresurizado AM desde la turbina de gas 2 abandona el generador de
vapor de escape 30, a través de su salida 30b, en dirección a una
chimenea no representada con más detalle.
El generador de vapor de escape 30 comprende un
precalentador de agua condensada 40 que puede alimentarse por el
lado de entrada, a través de una tubería de agua condensada 42 en la
que se ha conectado una unidad de bombeo de agua condensada 44, con
agua condensada K procedente del condensador 26. El precalentador de
agua condensada 40 está conectado por el lado de salida, a través de
una tubería 45, a un recipiente de agua de alimentación 46. Para la
derivación en caso necesario del precalentador de agua condensada 40
la tubería de agua condensada 42 puede estar además unida, a través
de una tubería de derivación no representada, directamente al
recipiente de agua de alimentación 46. El recipiente de agua de
alimentación 46 está conectado a través de una tubería a una bomba
de alimentación a alta presión 48 con extracción a presión del
medio.
La bomba de alimentación a alta presión 48 lleva
el agua de alimentación S que circula desde el recipiente de agua de
alimentación 46 a un nivel de presión, apropiado para una etapa de
alta presión 50 del circuito de agua-vapor 24
asociada a la pieza de alta presión 20a de la turbina de vapor 20.
El agua de alimentación S sometido a presión puede alimentarse a la
etapa de alta presión 50 a través de un precalentador de agua de
alimentación 52, que está conectado por el lado de salida, a través
de una tubería de agua de alimentación 56 que puede bloquearse con
una válvula 54, a un tambor de alta presión 58. El tambor de alta
presión 58 está unido a un evaporador de alta presión 60, dispuesto
en el generador de valor de escape 30, para formar una circulación
de agua-vapor 62. Para evacuar vapor fresco F, el
tambor de alta presión 58 está conectado a un recalentador de alta
presión 64 dispuesto en el generador de vapor de escape 30, que está
unido por el lado de salida a la entrada de vapor 66 de la pieza de
alta presión 20a de la turbina de vapor 20.
La salida de vapor 68 de la pieza de alta presión
20a de la turbina de vapor está conectada, a través de un
recalentador intermedio 70, a la entrada de vapor 72 de la pieza de
presión de medio 20b de la turbina de vapor 20. Su salida de vapor
74 está unida, a través de una tubería de rebose 76, a la entrada de
vapor 78 de la pieza de baja presión 20c de la turbina de vapor 20.
La salida de vapor 20 está conectada a través de una tubería de
vapor 82 al condensador 26, de tal modo que se produce un circuito
cerrado de agua-vapor 24.
De la bomba de alimentación a alta presión 48 se
deriva además, en un punto de extracción en el que el agua
condensada K ha alcanzado una presión media, una tubería de
derivación 84. Ésta está unida, a través de otro precalentador de
agua de alimentación 86 o economizador de presión de medio, a una
etapa de presión de medio 90 del circuito de
agua-vapor asociada a la pieza de presión de medio
20b de la turbina de vapor 20. El segundo precalentador de agua de
alimentación 86 está conectado además por el lado de salida, a
través de una tubería de agua de alimentación 94 que puede
bloquearse con una válvula 92, a un tambor de presión de medio 96 de
la etapa de presión de medio 90. El tambor de presión de medio 96
está unido a una superficie de calefacción 98, dispuesta en el
generador de vapor de escape 30 y configurada como evaporador de
presión de medio, para formar un circuito de
agua-vapor 100. Para evacuar vapor fresco de presión
de medio F1 está conectado el tambor de presión de medio 96, a
través de una tubería de vapor 102, al recalentador intermedio 70 y
de este modo a la entrada de vapor 72 de la pieza de presión de
medio 20b de la turbina de vapor 20.
De la tubería 47 se deriva otra tubería 110,
dotada de una bomba de alimentación de baja presión 107 y de una
válvula 108 y que puede bloquearse con una válvula 108, que está
conectada a una etapa de baja presión 120 del circuito de
agua-vapor 120 asociada a la pieza de baja presión
20c de la turbina de vapor 20. La etapa de baja presión 120
comprende un tambor de baja presión 122, que está unida a una
superficie de calefacción 124 dispuesta en el generador de vapor de
escape 30 y configurada como evaporador de baja presión, para formar
un circuito de agua-vapor 126. Para evacuar vapor
fresco de baja presión F'' el tambor de baja presión 122 está
conectado a través de una tubería de vapor 127, en la que se ha
conectado un sobrecalentador de baja presión 128, a la tubería de
rebose 76. El circuito de agua-vapor 24 de la
instalación de turbina de gas y vapor 1 comprende en el ejemplo de
ejecución, de este modo, tres etapas de presión 50, 90, 120. Sin
embargo, alternativamente pueden estar previstas también menos
etapas de presión, en especial dos.
La instalación de turbina de gas 1a está diseñada
para el funcionamiento con un gas bruto o gas de síntesis SG, que se
genera mediante la gasificación de un combustible fósil B. Como gas
de síntesis pueden estar previstos por ejemplo carbón gasificado o
aceite gasificado. Para esto la instalación de turbina de gas 1a
comprende un sistema de combustible 129, a través del cual puede
alimentarse gas de síntesis a la cámara de combustión 6 de la
turbina de gas 4. El sistema de combustible 129 comprende una
tubería de gas 130, que une un dispositivo de gasificado 132 a la
cámara de combustión 6 de la turbina de gas. Al dispositivo de
gasificado 132 puede alimentarse a través de un sistema de carga 134
carbón, gas natural o aceite como combustible fósil B. Asimismo el
sistema de gasificado 129 comprende componentes que están conectados
entre el dispositivo de gasificado 132 y la cámara de combustión 6
de la turbina de gas 2 en la tubería de gas 130.
Para poner a disposición el oxígeno O_{2}
necesario para gasear el combustible fósil B se ha preconectado al
dispositivo de gasificado 132, a través de una tubería de oxígeno
136, una instalación de descomposición de aire 138 correspondiente
al sistema de gasificado 129. La instalación de descomposición de
aire 138 puede recibir por el lado de entrada una corriente de aire
L, que se compone de una primera corriente parcial T1 y una segunda
corriente parcial T2. La primera corriente parcial T1 puede
extraerse del aire comprimido en el compresor de aire 4. Para esto
la instalación de descomposición de aire 138 está conectada por el
lado de entrada a una tubería de extracción de aire 140, que se
deriva en un punto de derivación 142 de la tubería de aire
comprimido 8. En la tubería de aire de extracción 140 desemboca
además otra tubería de aire 143, en la que se ha conectado un
compresor de aire adicional 144 y a través de la cual puede
alimentarse la segunda corriente parcial T2 a la instalación de
descomposición de aire 138. En el ejemplo de ejecución se compone de
este modo la corriente de aire L total que afluye a la instalación
de descomposición de aire 138 de la corriente parcial T1, derivada
de la tubería de aire comprimido 8, y de la corriente de aire T2
transportada desde el compresor de aire adicional 144. Un concepto
de circuito de este tipo recibe también el nombre de concepto de
instalación parcialmente integrado. En una configuración
alternativa, el llamado concepto de instalación totalmente
integrado, puede prescindirse de la otra tubería de aire 143 junto
con el compresor de aire adicional 144, de tal manera que la
alimentación de la instalación de descomposición de aire 138 con
aire se produce por completo a través de la corriente parcial T1
extraída de la tubería de aire comprimido 8.
El nitrógeno N_{2} obtenido en la instalación
de descomposición de aire 138 durante la descomposición de la
corriente de aire L, además del oxígeno O_{2}, se alimenta a
través de una tubería de nitrógeno 145 conectada a la instalación de
descomposición de aire 138 a un dispositivo de mezclado 146 y allí
se añade mezclando al gas de síntesis SG. El dispositivo de mezclado
146 está configurado con ello para un mezclado especialmente
uniforme y sin madejas del nitrógeno N_{2} con el gas de síntesis
SG.
El gas de síntesis SG que circula desde el
dispositivo de gasificado 132 llega, a través de la tubería de gas
130, primero a un generador de vapor de escape de gas de síntesis
147, en el que se produce una refrigeración del gas de síntesis SG
mediante intercambio de calor con un medio de corriente. El vapor de
alta presión generado durante este intercambio de calor se alimenta,
de una forma no representada con más detalle, a la etapa de alta
presión 50 del circuito de agua-vapor 24.
Detrás del generador de vapor de escape de gas de
síntesis 147 y delante de un dispositivo de mezclado 146, según se
mira en la dirección de circulación del gas de síntesis SG, se han
conectado en la tubería de gas 130 un dispositivo de desempolvado
148 para el gas de síntesis SG y una instalación de desulfurado 149.
En una configuración alternativa puede estar también previsto un
dispositivo de lavado de hollín en lugar del dispositivo de
desempolvado 148, en especial en el caso de gasificado de aceite
como combustible.
Para una expulsión de sustancias nocivas
especialmente reducida durante la combustión del combustible
gasificado en la cámara de combustión 6 se ha previsto una carga del
combustible gasificado con vapor de agua, antes de la entrada en la
cámara de combustión 6. Ésta puede producirse en un sistema de
saturación de una forma especialmente ventajosa en cuanto a técnica
térmica. Para esto se ha conectado en la tubería de gas 130 un
saturador 150, en el que el combustible gasificado se guía en
contracorriente con relación al agua de saturación calentada. El
agua de saturación circula con ello en un circuito de saturador 152
conectado al saturador 150, en el que se han conectado una bomba de
circulación 154 y un intercambiador de calor 156 para precalentar el
agua de saturación. El intercambiador de calor 156 recibe con ello,
primariamente, agua de alimentación precalentada desde la etapa de
presión de medio 90 del circuito de agua-vapor 24.
Para compensar las pérdidas de agua de saturación que se producen
durante la saturación del combustible gasificado se ha conectado al
circuito de saturador 152 una tubería de alimentación 158.
Detrás del saturador 150, según se mira en la
dirección de corriente del gas de síntesis SG, se ha conectado en la
tubería de gas 130 secundariamente un intercambiador de calor 159
que actúa como intercambiador de calor de gas de
síntesis-gas de mezclado. El intercambiador de calor
159 está conectado con ello, primariamente en un punto delante de la
instalación de desempolvado 148, igualmente en la tubería de gas
130, de tal manera que el gas de síntesis SG que afluye a la
instalación de desempolvado 148 transmite una parte de su calor al
gas de síntesis SG que circula desde el saturador 150. El guiado del
gas de síntesis SG a través del intercambiador de calor 159, antes
de entrar en la instalación de desulfurado 149, puede estar con ello
también previsto en el caso de un concepto de circuito modificado
con relación a los otros componentes. En especial si se conecta un
dispositivo de lavado de hollín, el intercambiador de calor puede
estar dispuesto, con preferencia por el lado del gas de síntesis,
corriente abajo del dispositivo de lavado de hollín.
Entre el saturador 150 y el intercambiador de
calor 159 se ha configurado en la tubería de gas 130 secundariamente
otro intercambiador de calor 160, que puede calentarse con agua de
alimentación o también con vapor primariamente. Mediante el
intercambiador de calor 159 configurado como intercambiador de calor
de gas de síntesis-gas puro y el intercambiador de
calor 160 se garantiza con ello un precalentamiento especialmente
fiable del gas de síntesis SG, que afluye a la cámara de combustión
6 de la turbina de gas 2, incluso en el caso de diferentes estados
operativos de la instalación de turbina de gas y vapor 1.
Para refrigerar la corriente parcial T1 de aire
comprimido a alimentar a la instalación de descomposición de aire
138, también llamado aire de extracción, se ha conectado en la
tubería de aire de extracción 140 un intercambiador de calor 162
primariamente, que está configurado secundariamente como evaporador
de presión de medio para un medio de circulación S'. El
intercambiador de calor 162 está unido, para formar un circuito de
evaporación 163, a un tambor de agua-vapor 164
configurado como tambor de presión de medio. El tambor de
agua-vapor 164 está unido, a través de tuberías 166,
168, al tambor de presión de medio 96 asociado al circuito de
agua-vapor 100. Sin embargo, alternativamente el
intercambiador de calor 162 puede estar conectado secundariamente
también directamente al tambor de presión de medio 96. En el ejemplo
de ejecución el tambor de agua-vapor 164 está
conectado por tanto, indirectamente, a la superficie de calefacción
98 configurada como evaporador de presión de medio. Para
post-alimentar el medio de circulación S' evaporado
se ha conectado además una tubería de agua de alimentación 170 al
tambor de agua-vapor 164.
Después del intercambiador de calor 162, según se
mira en la dirección de circulación de la corriente parcial T1 de
aire comprimido, se ha conectado en la tubería de extracción de aire
140 otro intercambiador de calor 172, que está configurado
secundariamente como evaporador de baja presión para un medio de
circulación S''. El intercambiador de calor 172 está conectado con
ello, para formar un circuito de evaporación 174, a un tambor de
agua-vapor 176 configurado como tambor de baja
presión. En el ejemplo de ejecución el tambor de
agua-vapor 176 está conectado, a través de tuberías
178, 180, al tambor de baja presión 122 asociado al circuito de
agua-vapor 126 y, de este modo, está unido
indirectamente a la superficie de calefacción 124 configurada como
evaporador de baja presión. Sin embargo, alternativamente el tambor
de agua-vapor 176 puede estar conectado también de
otra forma adecuada, pudiéndose alimentar el vapor extraído del
tambor de agua-vapor 176 a un consumidor secundario
como vapor de procesamiento y/o como vapor calefactor. En otra
configuración alternativa el intercambiador de calor 172 puede estar
también conectado, secundariamente, directamente al tambor de baja
presión 122. El tambor de agua-vapor 176 está además
conectado a una tubería de agua de alimentación 182.
Los circuitos de evaporación 163, 174 pueden
estar configurados en cada caso como circuito controlado, estando
garantizada la circulación del medio de circulación S' o S''
mediante una bomba de circulación, y evaporándose al menos
parcialmente el medio de circulación S', S'' en el intercambiador de
calor 162 ó 172 configurado como evaporador. Sin embargo, en el
ejemplo de ejecución tanto el circuito de evaporación 163 como el
circuito de evaporación 174 está configurado como circuito natural,
estando garantizada la circulación del medio de circulación S' o S''
mediante las diferencias de presión que se ajustan durante el
proceso de evaporación y/o mediante la disposición geodética del
respectivo intercambiador de calor 162 ó 172 y del respectivo tambor
de agua-vapor 164 ó 176. En el caso de esta
configuración se ha conectado en el circuito de evaporación 163 o en
el circuito de evaporación 174, en cada caso, exclusivamente una
bomba de circulación dimensionada relativamente pequeña para
arrancar el sistema.
Para el acoplamiento térmico en el circuito de
saturador 152 se ha previsto además del intercambiador de calor 156,
que puede recibir agua de alimentación calentada y derivada después
del precalentador de agua de alimentación 86, un intercambiador de
calor de agua de saturación 184 que puede recibir primariamente agua
de alimentación S desde el recipiente de agua de alimentación 46.
Para esto está conectado el intercambiador de calor de agua de
saturación 184 primariamente, por el lado de entrada, a través de
una tubería 186 a la tubería de derivación 84 y, por el lado de
salida, a través de una tubería 188 al recipiente de agua de
alimentación 46. Para volver a calentar el agua de alimentación S
refrigerada que circula desde el intercambiador de calor de agua de
saturación 184 se ha conectado en la tubería 188 un intercambiador
de calor adicional 190, que se ha postconectado primariamente al
intercambiador de calor 172 en la tubería de aire de extracción 140.
Mediante una disposición de este tipo puede conseguirse una
recuperación de calor especialmente alta del aire de extracción y,
de este modo, un grado de eficacia especialmente elevado de la
instalación de turbina de gas y vapor 1.
Entre el intercambiador de calor 172 y el
intercambiador de calor 190, según se mira en la dirección de
circulación de la corriente parcial T1, se deriva de la tubería de
aire de extracción 140 una tubería de aire de refrigeración 192, a
través de la cual puede alimentarse a la turbina de gas 2 una
cantidad parcial T' de la corriente parcial refrigerada T como aire
refrigerado para la refrigeración de paletas.
Para desconectar el sistema de combustible 129 es
necesario un lavado. Esto se produce de tal modo que, en uno o
varios pasos, se lava aparte con nitrógeno una primera y una segunda
región del sistema de gasificado de combustible 129. El sistema de
gasificado o la primera región y el sistema de combustible de
turbina de gas - o la segunda región, están separados con ello entre
sí mediante un cierre de gas 200 en la región 236. El sistema de
gasificado comprende con ello el dispositivo de gasificado 132 hasta
el cierre de gas 200 y el sistema de combustible de turbina de gas
comprende el cierre de gas 200 y los componentes postconectados
hasta la cámara de combustión 6 de la turbina de gas 2.
El cierre de gas 200 se ha representado en
detalle en la figura 2 (en una reproducción aumentada de la región
236) y se ha dispuesto en la tubería de gas 130, que puede verse en
la figura 1A. El cierre de gas 200 está dispuesto después del
intercambiador de calor 159 en la tubería de gas 130. El cierre de
gas comprende una grifería de cierre rápido 202 dispuesta en la
tubería de gas 130, a la que está postconectada directamente una
grifería de cierre de gas 204 ejecutada como grifo de macho
esférico. A través de la tubería de escape de gases 207, corriente
arriba de la grifería de cierre de gas 202, se evacua hasta un
quemador de gas sobrante el gas residual durante el lavado tras
desconectar el dispositivo de gasificado o durante el lavado el
saturador y con el intercambiador de calor postconectado. La tubería
de escape de gases 207 con grifería correspondiente sirve de sistema
de descarga de presión 26 del cierre de gas. A través del cierre de
gas 20 la tubería de gas 130 puede bloquearse de forma estanca a los
gases y, en caso necesario, puede cerrarse en un tiempo
especialmente corto a través de la grifería de cierre rápido
202.
Al cierre de gas 200 se ha postconectado
directamente una grifería de regulación 208 conectada a la tubería
de gas 130, a través de la cual puede regularse la corriente de
combustible hacia la turbina de gas en todos los casos de carga.
Para lavar el sistema de gasificado o la primera
región del sistema de combustible con nitrógeno N_{2}, es decir
desde el dispositivo de gasificado 132 hasta el cierre de gas 200,
se ha previsto nitrógeno puro R-N_{2} procedente
de la instalación de descomposición de aire 138. Para esto se evacua
el nitrógeno N_{2} como nitrógeno puro R-N_{2},
generado en la instalación de descomposición de aire 138 durante la
descomposición de la corriente de aire L adicionalmente al oxígeno
O_{2}, a través de una tubería de alimentación 210, desde la
instalación de descomposición de aire 138. De la primera tubería de
alimentación 210 se deriva una tubería de derivación 214 que puede
bloquearse con una válvula 212 que, para lavar la primera región del
sistema de combustible 129, desemboca en el dispositivo de
gasificado 132 para combustible fósil B.
Para lavar la segunda región o el sistema de
combustible de turbina de gas 129 con nitrógeno N_{2} como medio
de lavado se ha previsto igualmente nitrógeno puro
R-N_{2}. Para esto la tubería de alimentación 210
desemboca en un acumulador de nitrógeno 220. En la tubería de
alimentación 220 desemboca además una tubería de reserva 224 que
puede bloquearse con una válvula 222 que está conectada, por el lado
de entrada, a un sistema de llenado de emergencia 226 para nitrógeno
puro R-N_{2}. Por medio de que el acumulador de
nitrógeno 220 está conectado tanto a la instalación de
descomposición de aire 138 como al sistema de llenado de emergencia
226, puede alimentarse tanto con nitrógeno puro
R-N_{2} procedente de la instalación de
descomposición de aire 138 como con nitrógeno puro
R-N_{2} procedente del sistema de llenado de
emergencia 226. Por medio de esto se garantiza de forma
especialmente fiable un lavado del sistema de gasificado 129,
incluso en el caso de avería de la instalación de descomposición de
aire 138. El acumulador de nitrógeno 226 está con ello dimensionado
de tal modo que cubre la necesidad de nitrógeno puro
R-N_{2} para el proceso de lavado, incluyendo una
capacidad de reserva suficientemente elevada. El acumulador de
nitrógeno 226 está conectado por el lado de salida, a través de una
tubería de nitrógeno 226, a la tubería de gas 130. La embocadura de
la tubería de nitrógeno 228 en la tubería de gas 130 se produce
corriente debajo del gas de síntesis SG directamente después del
cierre de gas 200, es decir, después de la grifería de cierre de gas
204.
De la instalación de descomposición de aire 138
se deriva, para alimentar el nitrógeno impuro
U-N_{2} generado en la instalación de
descomposición de aire 138, una segunda tubería de alimentación 230
que desemboca en el dispositivo de mezclado 146. En el dispositivo
de mezclado 146 se añade mezclando el nitrógeno impuro
U-N_{2} al gas de síntesis SG para reducir las
emisiones de NO_{x} de la turbina de gas. El dispositivo de
mezclado 146 está configurado con ello para un mezclado
especialmente uniforme y sin madejas del nitrógeno N_{2} con el
gas de síntesis SG.
En cada cambio de carga de la turbina de gas 4 de
gas de síntesis SG a combustible secundario, lo que se corresponde
con un cambio del gas de combustión alimentado a la cámara de
combustión 6, se ha previsto un lavado del sistema de combustible de
turbina de gas 129 con nitrógeno. Mediante el proceso de lavado debe
desplazarse casi por completo, por motivos técnicos de seguridad, el
gas de síntesis SG situado en el sistema de combustible de turbina
de gas.
Para lavar la primera región del sistema de
combustible 129 o del sistema de gasificado con nitrógeno puro
R-N_{2} se alimenta nitrógeno puro
R-N_{2} en el dispositivo de gasificado, a través
de la tubería de alimentación 210 y la tubería de derivación 214.
Aquí se ha previsto normalmente un lavado hacia adelante de la
región entre el dispositivo de gasificado 132 y el cierre de gas
200, con cantidades suficientemente grandes de nitrógeno puro
R-N_{2} como medio de lavado y durante un periodo
de tiempo más largo, para garantizar un desplazamiento del gas de
síntesis SG desde esta región del sistema de combustible 129. El gas
de escape del proceso de lavado se evacua a través de la tubería de
escape de gases 207, corriente arriba del cierre de gas 200, desde
el sistema de gasificado 129.
El sistema de combustible entre el cierre de gas
200y la cámara de combustión 6 de la turbina de gas 2 se lava con
nitrógeno puro R-N_{2} en dirección hacia
adelante. Para esto se alimenta el nitrógeno puro
R-N_{2} generado en la instalación de
descomposición de aire 138, a través de la tubería de nitrógeno 228,
a la tubería de gas 130. A causa del reducido volumen de este
sistema es suficiente un lavado hacia adelante con nitrógeno puro
R-N_{2}.
Mediante la ejecución compacta del cierre de gas
200, que comprende una grifería de cierre rápido 202, un sistema de
despresurización 206 conectado a un quemador de gas sobrante y una
grifería de cierre de gas 204, así como la disposición del cierre de
gas 200 corriente abajo del gas de síntesis SG después del
intercambiador de calor 159, puede ejecutarse de forma especialmente
sencilla y en un tiempo especialmente corto el lavado del sistema de
combustible 129, necesario después del cambio de carga de la turbina
de gas 2 de gas de síntesis SG a combustible secundario. Esto se
consigue mediante una cantidad relativamente reducida y una
disposición especialmente favorable de los componentes, con lo que
el volumen a lavar resulta ser especialmente reducido. El lavado es
también necesario para arrancar la instalación de turbina de gas y
vapor 1. Aquí ha demostrado ser especialmente ventajoso que para
lavar esté previsto nitrógeno, ya que éste puede ponerse a
disposición con independencia del estado del generador de vapor de
escape 30. De este modo la instalación de turbina de gas y vapor 1
puede hacerse funcionar de forma especialmente fiable.
Claims (11)
1. Instalación de turbina de gas y vapor (1) con
un generador de vapor de escape (30) postconectado por el lado del
gas de humo a una turbina de gas (2), cuyas superficies de
calefacción en el circuito de agua-vapor (24) están
conectadas a una turbina de vapor (20), y con un sistema de
combustible (129) preconectado a la cámara de combustión (6) de la
turbina de gas (2), que comprende un dispositivo de gasificación
(132) para combustible fósil (B) y una tubería de gas (130) que se
deriva del dispositivo de gasificación (132) y desemboca en la
cámara de combustión (6) de la turbina de gas (2), estando conectado
corriente arriba de la cámara de combustión (6) en la tubería de gas
(130) un cierre de gas (200), que comprende una grifería de cierre
rápido (202), un sistema de despresurización o sobrepresión (206) y
una grifería de cierre de gas (204), desembocando corriente debajo
de la grifería de cierre de gas (204) una tubería de lavado (228)
para lavar en la tubería de gas (130) y utilizándose como medio de
lavado medio de lavado inerte y sin vapor.
2. Instalación de turbina de gas y vapor (1)
según la reivindicación 1, en la que se ha conectado un
intercambiador de calor (159) corriente arriba del cierre de gas
(200) en la tubería de gas (130).
3. Instalación de turbina de gas y vapor (1)
según la reivindicación 1 ó 2, en la que se ha conectado corriente
arriba del cierre de gas (200) un saturador (150) en la tubería de
gas (130).
4. Instalación de turbina de gas y vapor (1)
según la reivindicación 3, en la que el saturador (150) está
dispuesto corriente arriba del intercambiador de calor (159).
5. Instalación de turbina de gas y vapor (1)
según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la tubería
de lavado (228) está configurada unidireccionalmente.
6. Instalación de turbina de gas y vapor (1)
según la reivindicación 5, en la que la tubería de lavado (228) está
conectada a un acumulador intermedio (220).
7. Instalación de turbina de gas y vapor (1)
según la reivindicación 6, en la que el acumulador intermedio (220)
está conectado a una instalación de descomposición de aire (138) a
través de una tubería de alimentación (210).
8. Instalación de turbina de gas y vapor (1)
según la reivindicación 7, en la que en la tubería de alimentación
(210) desemboca una tubería de reserva (224), que está conectada por
el lado de entrada a un sistema de llenado de emergencia (226) para
nitrógeno (U-N_{2}, R-N_{2}), en
especial para nitrógeno puro (R-N_{2}).
9. Procedimiento para lavar un sistema de
combustible (129) de una instalación de turbina de gas y vapor (1)
según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el sistema de
combustible (129) se lava sin vapor con un medio de lavado inerte
(1) entre un cierre de gas (200) y una cámara de combustión (6) en
la dirección de la cámara de combustión (6).
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que el medio de lavado (1) se alimenta corriente abajo del cierre
de gas (200) entre la grifería de cierre de gas (204) y la grifería
de regulación (208).
11. Procedimiento según la reivindicación 9 ó 10,
en el que para lavar se extrae nitrógeno (U-N_{2},
R-N_{2}) de una instalación de descomposición de
aire
(138).
(138).
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