ES2296715T3 - Procedimiento y aparato de compresion de aire atmosferico e instalaciones de destilacion de aire y de turbina de gas correspondientes. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de compresión de aire atmosférico por medio de un compresor centrífugo o axial (1), estando este aire a una temperatura natural comprendida entre aproximadamente -20ºC y +5ºC, excepto en periodos de niebla con escarcha, de lluvia en sobrefusión o de nieve, del tipo en el que se separan eventualmente las gotitas contenidas en el aire, a continuación se somete el aire a una etapa (5) de filtración o a varias etapas (5, 6) de filtración sucesivas, caracterizado porque: - para la etapa o la primera etapa (5) de filtración, se utilizan elementos filtrantes (9) en bolsas cuyo medio (11) filtrante está compuesto por fibras sintéticas que presentan una densidad que aumenta en el sentido (F'') de circulación del aire a través de este medio; y - se introduce el aire dentro de dichos elementos filtrantes (9)en bolsas a su temperatura natural.
Description
Procedimiento y aparato de compresión de aire
atmosférico e instalaciones de destilación de aire y de turbina de
gas correspondientes.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de compresión de aire atmosférico por medio de un
compresor centrífugo o axial, estando este aire a una temperatura
natural comprendida entre aproximadamente -20ºC y +5ºC, excepto en
periodos de niebla con escarcha, de lluvia en sobrefusión o de
nieve, del tipo en el que se separan eventualmente las gotitas
contenidas en el aire, a continuación se somete el aire a una etapa
de filtración o a varias etapas de filtración sucesivas.
El aire comprimido de este modo puede destinarse
especialmente a alimentar un aparato de destilación de aire o una
turbina de gas de tipo industrial. Por "turbina de gas de tipo
industrial", se entienden las turbinas de gas denominadas
"heavy duty" ("de alta capacidad"), en oposición a las
turbinas denominadas "aeroderivadas".
Los compresores de aire atmosférico de las
instalaciones de destilación de aire y de las turbinas de gas
"industriales" aspiran aire húmedo cuyas condiciones de
temperatura y de humedad son tales que los filtros situados en la
aspiración de estas máquinas pueden estar sometidos a escarchado
cuando la temperatura ambiente es inferior a un determinado valor.
Un escarchado de este tipo, que corresponde generalmente sólo a la
primera fase de filtración si se utilizan varias fases, puede tener
efectos negativos muy importantes y comprometer el rendimiento
energético y la fiabilidad de la instalación. Así, según el diseño y
la estructura de un filtro dado, su modo de funcionamiento y su
ensuciamiento en un momento dado, los efectos del escarchado pueden
conducir a una elevación excesiva e inadmisible de la pérdida de
carga de los filtros de aspiración.
Los riesgos técnicos a los que se expone la
máquina de compresión situada aguas abajo y propios de esta
situación son elevados, y, por consiguiente, los constructores de
estas máquinas imponen o recomiendan frecuentemente que el aire
aspirado se caliente aguas arriba de los filtros de manera que se
eviten todos los riesgos relacionados con un escarchado eventual de
los filtros. En el caso particular de las turbinas de gas
"industriales", el calentamiento se impone cuando la
temperatura del aire exterior desciende por debajo de +5ºC o incluso
+8ºC, y/o según la humedad relativa del aire. En el caso de los
compresores de aire que va a destilarse, el umbral de calentamiento
recomendado es generalmente próximo a estos valores. Este
calentamiento se impone generalmente indistintamente del tipo de
filtro instalado en la aspiración de estas máquinas.
Ahora bien, el calentamiento del aire tiene como
resultado una reducción de la masa en volumen del aire, y por
consiguiente un descenso de los rendimientos de compresión o de la
instalación. Esta caída de rendimiento relacionada con el
calentamiento puede alcanzar del 3 al 7%, y esto durante un periodo
de varios meses al año, lo que es extremadamente costoso para el
explotador de la máquina de compresión.
El documento WO 98/32970 da a conocer un
procedimiento y una instalación de compresión de aire atmosférico
que permite evitar la formación de hielo o escarcha sobre el filtro
situado aguas arriba del compresor irradiando el aire con una
radiación de tipo infrarroja o de microondas.
La invención tiene como objetivo permitir la
eliminación del calentamiento del aire relacionado con los problemas
de escarchado de los filtros asegurando una protección eficaz de la
máquina de compresión contra el ensuciamiento.
Con este fin, la invención tiene como objetivo
un procedimiento de compresión de aire atmosférico del tipo
anteriormente citado, caracterizado porque:
- -
- para la etapa o la primera etapa de filtración, se utilizan elementos filtrantes en bolsas cuyo medio filtrante está compuesto por fibras sintéticas que presentan una densidad que aumenta en el sentido de circulación del aire a través de este medio; y
- -
- se introduce el aire dentro de dichos elementos filtrantes en bolsas a su temperatura natural.
La invención tiene como objetivo también
- -
- un aparato de compresión de aire atmosférico, del tipo que comprende un compresor centrífugo o axial, eventualmente un separador de gotitas y un conjunto de filtración que comprende al menos una fase de filtración,
caracterizado porque la fase o la primera fase
de filtración comprende elementos filtrantes en bolsas cuyo medio
filtrante está compuesto por fibras sintéticas que presentan una
densidad que aumenta en el sentido de circulación del aire a través
de este medio;
- -
- una instalación de destilación de aire,
caracterizada porque comprende un aparato de
compresión de aire atmosférico tal como el definido anteriormente,
que alimenta un aparato de destilación de aire; y
- -
- una instalación de turbina de gas, caracterizada porque comprende un aparato de compresión de aire atmosférico tal como el definido anteriormente, que alimenta una turbina de gas de tipo industrial.
Ejemplos de puesta en práctica de la invención
van a describirse ahora con respecto al dibujo adjunto, en el
que:
- la figura 1 representa esquemáticamente una
instalación de compresión de aire según la invención;
- la figura 2 representa esquemáticamente el
lado de entrada del filtro aguas arriba de esta instalación;
- la figura 3 es una vista esquemática en
perspectiva del lado de entrada de un elemento filtrante del filtro
de la figura 2;
- la figura 4 es una vista esquemática parcial
tomada en corte según la línea IV-IV de la figura 3;
y
- la figura 5 representa a mayor escala y en
corte el detalle V de la figura 4.
La instalación de compresión representada en la
figura 1 comprende un compresor 1 de aire cuya aspiración está
conectada con una línea 2 de alimentación. Esta última presenta una
entrada abierta a la atmósfera y comprende, de aguas arriba a aguas
abajo, un calentador R, un separador 3 de gotitas y un conjunto 4 de
filtración.
El conjunto 4 de filtración comprende una
primera fase de filtración o fase 5 de filtración aguas arriba,
seguida de una o varias otras fases de filtración tales como 6. Cada
fase está adaptada para la filtración de determinados tipos de
partículas contenidas en el aire atmosférico, teniendo estas
partículas dimensiones que se espacian normalmente de 0,01 \mum a
10 \mum aproximadamente.
La descarga del compresor 1 está conectada con
un conducto 7 de descarga que conduce en 8 a la cámara de combustión
de una turbina de gas "industrial" o bien a un aparato de una
instalación de destilación de aire, especialmente un aparato de
desecación-descarbonatación del aire por
adsorción.
La fase de filtración aguas arriba o filtro 5
aguas arriba está representado esquemáticamente en la figura 2. Está
constituido por una yuxtaposición de un gran número de elementos 9
todos idénticos, montados en un bastidor 10 de montaje. Uno de estos
elementos filtrantes está representado en las figuras 3 a 5.
El elemento filtrante 9 comprende una unión en
configuración plisada de hojas 11 de medio filtrante, termosellada
sobre cada borde en 12, de manera que se forman varias bolsas 13
yuxtapuestas, en un número de seis a doce. El borde de entrada del
conjunto de bolsas está fijado por sobremoldeo o por fijación
mecánica a un marco 14 de entrada de forma cuadrada, que mantiene
abierta la entrada del elemento 9.
Además, cada bolsa 13 contiene generalmente
varias mangas 15 de estabilización y de distribución del flujo de
aire contenidas en su plano general central, con el fin de impedir
que la bolsa se arrugue y garantizar la utilización efectiva de toda
la superficie filtrante. Cada manga 15 está constituida por un
tronco de pirámide de material relativamente rígido, por ejemplo de
material plástico, abierto por sus dos extremos y cuyo eje es
paralelo a la dirección general F de salida del aire que va a
filtrarse. Las mangas 15 se mantienen en su sitio mediante
termosellado o fijación mecánica sobre las hojas 11 (figura 4).
El elemento 9 es un filtro de bolsas de formato
estándar de 24'', es decir cuyo marco 14 tiene por dimensiones 592 x
592 mm. La profundidad del elemento filtrante puede ascender hasta
600 mm. El medio 11, denominado de estructura progresiva, está
compuesto por fibras sintéticas, por ejemplo de polipropileno o de
policarbonato, dispuestas en varias capas cuya densidad crece de
aguas arriba a aguas abajo en la dirección general de salida F' del
aire a través del medio, tal como se representa en la figura 5. Un
medio de este tipo es insensible a la humedad y permite una
filtración en profundidad. El elemento 9 presenta una estructura
abierta con una gran superficie de filtración sobre toda su
profundidad y una distribución muy buena del flujo de aire.
Se escoge el número de elementos 9 en función
del caudal total de aire que va a comprimirse, de manera que el
caudal que atraviesa cada elemento 9 sea inferior o igual al 80% del
caudal nominal, y normalmente inferior o igual a 3000 m^{3}/h, con
una velocidad media de filtración (relación del caudal de aire
respecto a la superficie desarrollada del medio 11) comprendida
entre 0,1 y 0,4 m/s y preferiblemente inferior o igual a 0,2
m/s.
De manera sorprendente, se ha comprobado que con
elementos filtrantes de este tipo funcionando en tales condiciones,
para que el aire a una temperatura que puede descender hasta -20ºC
(excepto en periodos de niebla con escarcha, de lluvia en
sobrefusión o de nieve), se eliminan sensiblemente de manera total
los efectos negativos relacionados con el escarchado, de modo que la
pérdida de carga en el paso de la fase 5 de filtración se mantiene
inferior a su límite superior nominal, es decir 250 Pa o 450 Pa
según la clase de eficacia de los elementos s 9. La fase 5 de
filtración conserva una gran capacidad de retención que limita o
elimina los efectos de colmatación en presencia de agua o de
humedad, conservando una pérdida de carga extremadamente débil tal
como se indicó anteriormente, una eficacia gravimétrica superior al
99%, así como una eficacia opacimétrica que puede alcanzar el 95%,
según las normas ASHRAE 52.1 ó 52.2 y EN 779.
Ejemplos de elementos 9 que hayan resultado
satisfactorios son el filtro de bolsas PEL F6 de la sociedad
holandesa FILTRAIR, o incluso el filtro de bolsas T60 de la sociedad
alemana FREUDENBERG. Cada uno de estos filtros presenta un caudal
nominal superior al valor de 3000 m^{3}/h indicado
anteriormente.
La invención permite prescindir durante una
fracción importante del año de un calentamiento de aire aguas arriba
del compresor de aire, lo que evita una caída de rendimiento de este
último debido al fenómeno de escarchado. El calentador R sólo se
utiliza durante un periodo de niebla con escarcha, de lluvia en
subfusión o de nieve. Los ahorros de energía así realizados durante
el tiempo frío son considerables para las instalaciones de gran
tamaño.
Como se comprenderá, la invención también se
aplica a instalaciones con una sola fase 5 de filtración.
Como variante, puede utilizarse también el
procedimiento de la invención para alimentar turbinas de gas de tipo
aeroderivado, o para suministrar a emplazamientos industriales aire
comprimido que sirve de fluido "utilitario", es decir de fluido
de accionamiento, de control u otro.
Por otro lado, cada lado de cada elemento
filtrante puede tener una dimensión de 24'', tal como se indicó
anteriormente, o un múltiplo o un submúltiplo de este valor. Pueden
utilizarse por tanto elementos filtrantes de 24'' x 24'', 12''
x
24'', 24'' x 48'', etc.
24'', 24'' x 48'', etc.
Claims (19)
1. Procedimiento de compresión de aire
atmosférico por medio de un compresor centrífugo o axial (1),
estando este aire a una temperatura natural comprendida entre
aproximadamente -20ºC y +5ºC, excepto en periodos de niebla con
escarcha, de lluvia en sobrefusión o de nieve, del tipo en el que se
separan eventualmente las gotitas contenidas en el aire, a
continuación se somete el aire a una etapa (5) de filtración o a
varias etapas (5, 6) de filtración sucesivas, caracterizado
porque:
- -
- para la etapa o la primera etapa (5) de filtración, se utilizan elementos filtrantes (9) en bolsas cuyo medio (11) filtrante está compuesto por fibras sintéticas que presentan una densidad que aumenta en el sentido (F') de circulación del aire a través de este medio; y
- -
- se introduce el aire dentro de dichos elementos filtrantes (9)en bolsas a su temperatura natural.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se establece el caudal de aire que
atraviesa cada elemento filtrante (9) en un valor que corresponde a
una velocidad media de filtración a través del medio (11)
comprendida entre 0,1 y 0,4 m/s.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la velocidad media de filtración a
través del medio (11) está comprendida entre 0,1 y 0,2 m/s.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque cada elemento
filtrante (9) es un elemento filtrante de formato estándar cuya cara
frontal tiene una dimensión de 592 x 592 mm.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque cada lado de la cara frontal de cada
elemento filtrante tiene una dimensión de 592 mm o un múltiplo o un
submúltiplo de este valor.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque el medio filtrante (11) es un polímero
sintético, por ejemplo de tipo polipropileno o policarbonato.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el caudal de
aire está limitado al 80% del caudal nominal para cada elemento
filtrante (9).
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la filtración
(5, 6) tiene lugar antes de la etapa de compresión.
9. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el compresor
está destinado a alimentar un aparato de destilación de aire o una
turbina de gas de tipo industrial.
10. Aparato de compresión de aire atmosférico,
del tipo que comprende un compresor centrífugo o axial,
eventualmente un separador (3) de gotitas y un conjunto (7) de
filtración que comprende al menos una fase (5, 6) de filtración,
caracterizado porque la fase o la primera fase (5) de
filtración comprende elementos filtrantes (9) en bolsas cuyo medio
(11) filtrante está compuesto por fibras sintéticas que presentan
una densidad que aumenta en el sentido (F') de circulación del aire
a través de este medio.
11. Aparato según la reivindicación 10,
caracterizado porque el caudal de aire que atraviesa cada
elemento filtrante (9) está establecido en un valor que corresponde
a una velocidad media de filtración a través del medio (11)
comprendida entre 0,1 y 0,4 m/s.
12. Aparato según la reivindicación 11,
caracterizado porque la velocidad media de filtración a
través del medio (11) está comprendida entre 0,1 y 0,2 m/s.
13. Aparato según la reivindicación 11 ó 12,
caracterizado porque cada elemento filtrante (9) es un
elemento filtrante de formato estándar cuya cara frontal tiene una
dimensión de 592 x 592 mm.
14. Aparato según la reivindicación 13,
caracterizado porque cada lado de la cara frontal de cada
elemento filtrante tiene una dimensión de 592 mm o un múltiplo o un
submúltiplo de este valor.
15. Aparato según la reivindicación 13 ó 14,
caracterizado porque el medio filtrante (11) es un polímero
sintético, por ejemplo de tipo polipropileno o policarbonato.
16. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque el caudal de
aire está limitado al 80% del caudal nominal para cada elemento
filtrante (9).
17. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque el conjunto
(4) de filtración está dispuesto aguas arriba del compresor (1).
18. Instalación de destilación de aire,
caracterizada porque comprende un aparato de compresión de
aire atmosférico según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a
17, que alimenta un aparato de destilación de aire.
19. Instalación de turbina de gas,
caracterizada porque comprende un aparato de compresión de
aire atmosférico según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a
17, que alimenta una turbina de gas de tipo industrial.
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