ES2265545T3 - Sistema evaporador. - Google Patents

Abstract

Sistema evaporador para una caldera industrial, que contiene un sistema de transferencia de calor para la generación de una mezcla de agua-vapor, medios para la separación del agua y el vapor de la mezcla de agua-vapor y medios para el secado del vapor húmedo separado, con por lo menos una vasija horizontal (1) conteniendo una cantidad mínima requerida de agua, un volumen relativamente pequeño de vapor y elementos interiores para la separación primaria del agua y el vapor y por lo menos una vasija vertical (2) conteniendo elementos interiores para el secado del vapor húmedo hasta valores previamente determinados y conteniendo un nivel de agua (WL) en una cierta gama lo suficientemente elevada como para crear la presión necesaria para forzar al agua separada a fluir de vuelta desde la vasija vertical (2) hasta el sistema evaporador y en el que la vasija horizontal (1) y la vasija vertical (2) están conectadas entre sí mediante una tubería (6) a través de la cual el vapor húmedo separado es transportado desde la vasija (1) hasta la vasija (2) y en el que la vasija horizontal (1) tiene una conexión a una tubería (4) para transportar agua a la vasija horizontal (1) y en el que la vasija vertical (2) tiene una conexión a una tubería (8) para la extracción del vapor seco desde la vasija vertical (2).

Description

Sistema evaporador.

La presente invención se refiere a un sistema evaporador para una caldera industrial de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1.

En su forma más fundamental un sistema evaporador de este tipo consiste en un tambor de agua-vapor, una sección de transferencia de calor y tuberías de conexión. El agua del tambor es transportada a la sección de transferencia de calor en la que se evapora parcialmente. La mezcla de agua-vapor generada de ese modo se transporta de vuelta al tambor, en donde el vapor se separa del agua y el vapor separado se seca. Otras conexiones del sistema evaporador son para el suministro del agua de alimentación y la extracción del vapor.

Convencionalmente el tambor de agua-vapor es una vasija con un diámetro relativamente grande debido a las funciones que tiene que cumplir. Está diseñado para contener la cantidad mínima de agua requerida entre otras cosas para garantizar la generación de vapor de la caldera cuando el suministro del agua de alimentación al tambor se interrumpe momentáneamente. Está diseñado para contener el mínimo volumen de vapor requerido entre otras cosas para tener espacio para un separador de agua-vapor y un secador de vapor para conseguir una pureza garantizada del vapor en la extracción del vapor y tener espacio para un nivel de agua que cambia para compensar la cantidad fluctuante de agua contenida en la sección de transferencia de calor durante el arranque y el paro y otros cambios en la carga de la caldera.

El diámetro relativamente grande en combinación con las presiones de vapor relativamente elevadas conducen a un grosor de la pared relativamente grande, lo cual limita los transitorios de temperatura permisibles relacionados con los cambios en la carga de la caldera.

El documento GB 523 544 describe un evaporador con una vasija horizontal y una vertical unidas juntas, dichas vasijas siendo un tambor de separación de vapor y un tambor de agua, respectivamente.

Adicionalmente, a partir del documento EP-B-0 158 891 se conoce un proceso en el cual, aguas abajo de la turbina de vapor de alta presión, un separador previo de agua-vapor, un segundo separador de agua-vapor y un recalentador están conectados en serie. El vapor saturado descargado de la turbina de vapor de alta presión fluye primero a través del separador previo, entonces a través del segundo separador y finalmente a través del recalentador. El agua separada es conducida desde ambos separadores al precalentador de agua.

Es el objeto de la invención diseñar medios de separación y secado del sistema evaporador conocido de tal modo que se reduzcan los grosores de la pared y como resultado de ello se permitan cambios de carga más rápidos del sistema evaporador.

Empezando a partir de un sistema evaporador de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1 el objeto se consigue mediante las características de la parte caracterizante de la reivindicación 1.

La invención se basa en la división y la asignación de las funciones de la separación del agua y el vapor y de secado del vapor separado a diversas vasijas con diámetros relativamente pequeños, en combinación con una sección de transferencia de calor optimizada con respecto a un volumen de agua-vapor mínimo. Una o más vasijas horizontales conectadas en paralelo en un plano horizontal contienen la cantidad mínima requerida de agua y un volumen de vapor relativamente pequeño. La mezcla de agua-vapor generada en la sección de transferencia de calor es transportada primero a estas vasijas horizontales en las que se realiza la separación primaria del agua y del vapor. A continuación, el vapor húmedo separado es transportado a una o más vasijas verticales conectadas en paralelo en las que tiene lugar el secado final del vapor. El nivel de agua en las vasijas verticales es lo suficientemente alto como para crear la presión necesaria para forzar que el agua separada fluya de vuelta al sistema evaporador o fluya a otro sistema adecuado. El vapor secado es extraído por ejemplo a un súper calentador.

Debido al grosor pequeño de la pared de las vasijas, el sistema es adecuado para transitorios de temperatura elevada y por lo tanto para cambios rápidos de carga de la caldera.

Además del grosor relativamente pequeño de la pared de las vasijas, se deben mencionar otras ventajas. El número de vasijas horizontales y verticales se puede escoger independientemente, de forma que las vasijas se pueden diseñar de forma óptima para sus funciones. Como un diseño posible el agua extraída de las vasijas verticales puede ser transportada de vuelta al sistema evaporador, mientras la presión requerida se puede obtener mediante una diferencia en el nivel de agua entre las vasijas verticales y horizontales. En ese caso, debido a sus diámetros, las vasijas verticales contribuyen sólo ligeramente en el contenido de agua del sistema, incluso aunque su número sea grande comparado con el número de vasijas horizontales. Como resultado el nivel de agua en las vasijas verticales se adapta bastante rápido a los cambios en la carga de la caldera, mientras tienen sólo un pequeño efecto secundario en el nivel de agua de las vasijas horizontales.

Una forma de realización de la invención se representa en el dibujo y se explicará en detalle en lo que sigue a continuación. El dibujo muestra esquemáticamente un separador de agua-vapor.

Un sistema evaporador de una caldera industrial con un sistema de transferencia de calor, no representado, para la generación de una mezcla de agua-vapor está provisto de un separador de agua-vapor. El separador de agua-vapor comprende una vasija vertical 1 que contiene el volumen mínimo requerido de agua y elementos interiores que realizan una primera separación del agua y del vapor. Estos elementos interiores no están representados puesto que son convencionales. Los elementos interiores fuerzan a la mezcla de agua-vapor que entra en la vasija 1 a reducir la velocidad y dar una o más vueltas, por lo que la mezcla se separa en agua y vapor húmedo. En lugar de una vasija 1 pueden estar dispuestas diversas vasijas, de diseño similar a la vasija 1, en un plano horizontal y conectadas en paralelo. Un nivel de agua se introduce en la vasija 1 en algún un lugar entre un nivel bajo LL y un nivel alto HL dependiendo del modo de funcionamiento de la caldera tal como por ejemplo el arranque o el funcionamiento normal.

Las tuberías 3, 4, 5 están conectadas a la vasija 1. La tubería 3 transporta agua desde la vasija 1 hasta la sección de transferencia de calor, la tubería 4 transporta la mezcla de agua-vapor desde la sección de transferencia de calor de vuelta a la vasija 1 y a través de la tubería 5 el agua de alimentación es suministrada a la vasija 1.

El separador de agua-vapor adicionalmente comprende una vasija vertical 2 (dispuesta separadamente de la vasija horizontal 1), en la cual tiene lugar el secado final del vapor. Esto se lleva a cabo forzando al vapor húmedo a seguir una trayectoria en espiral hacia abajo introduciéndolo tangencialmente dentro de la vasija 2. El lugar, o además, de tales medios de ciclón, puede estar instalado un separador de particulares sólidas o líquidas en el interior de la vasija 2. La pieza superior de la vasija 1 está conectada a la vasija 2 mediante una tubería 6, a través de la cual el vapor húmedo separado en la vasija 1 es transportado a la vasija 2. Las piezas inferiores de la vasija 1 y la vasija 2 están conectadas entre sí mediante una tubería 7, a través de la cual el agua separada en la vasija 2 es transportada de vuelta a la vasija 1. Una tubería 8 está conectada a la pieza superior de la vasija 2, tubería a través de la cual es extraído el vapor seco de la vasija 2. En lugar de una vasija 2 pueden estar dispuestas diversas vasijas, de diseño similar a la vasija 2, en un plano horizontal y conectadas en paralelo.

Un nivel de agua WL puede estar introducido en la vasija 2 por encima del nivel de agua actual en la vasija 1 (de la cual el último nivel está controlado de algún modo entre los niveles LL y HL, dependiendo del modo de funcionamiento de la caldera), creando de ese modo suficiente presión para forzar al agua separada a fluir de vuelta al sistema evaporador directamente desde la vasija 2 hasta la vasija 1 a través de la tubería 7. Cuando cambia a la caída de presión en la tubería 6 que transporta el vapor húmedo, por ejemplo como resultado de cambios en la carga de la caldera, el nivel de agua WL en la vasija 2 se adaptará rápidamente sin tener mucho efecto secundario en el nivel de agua actual en la vasija 1.

Claims (4)

1. Sistema evaporador para una caldera industrial, que contiene un sistema de transferencia de calor para la generación de una mezcla de agua-vapor, medios para la separación del agua y el vapor de la mezcla de agua-vapor y medios para el secado del vapor húmedo separado, con por lo menos una vasija horizontal (1) conteniendo una cantidad mínima requerida de agua, un volumen relativamente pequeño de vapor y elementos interiores para la separación primaria del agua y el vapor y por lo menos una vasija vertical (2) conteniendo elementos interiores para el secado del vapor húmedo hasta valores previamente determinados y conteniendo un nivel de agua (WL) en una cierta gama lo suficientemente elevada como para crear la presión necesaria para forzar al agua separada a fluir de vuelta desde la vasija vertical (2) hasta el sistema evaporador y en el que la vasija horizontal (1) y la vasija vertical (2) están conectadas entre sí mediante una tubería (6) a través de la cual el vapor húmedo separado es transportado desde la vasija (1) hasta la vasija (2) y en el que la vasija horizontal (1) tiene una conexión a una tubería (4) para transportar agua a la vasija horizontal (1) y en el que la vasija vertical (2) tiene una conexión a una tubería (8) para la extracción del vapor seco desde la vasija vertical (2).

2. Sistema evaporador de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por diversas vasijas horizontales (1) conectadas en paralelo y diversas vasijas verticales (2) conectadas en paralelo.

3. Sistema evaporador de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque el nivel de agua (WL) en la vasija vertical (2) está más alto que el nivel de agua en la vasija horizontal (1).

4. Sistema evaporador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque por lo menos una de las vasijas horizontales (1) tiene por lo menos una conexión a una tubería (3) a través de la cual el agua es transportada desde la vasija horizontal (1) hasta la sección de transferencia de calor del sistema evaporador y tiene por lo menos una conexión a una tubería (4) a través de la cual la mezcla de agua-vapor es transportada desde la sección de transferencia de calor del sistema evaporador de vuelta a aquella vasija horizontal (1).