ES2311728T3 - Generador de vapor de recuperacion de calor. - Google Patents
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Abstract
Generador de vapor de recuperación de calor (1) de una central eléctrica de gas y vapor, que comprende una caldera de recuperación de calor (3), a la que es alimentable gas de escape (7) de una turbina de gas (5), y que comprende además una pluralidad de evaporadores dispuestos en la caldera de recuperación de calor (3), asignados respectivamente a diferentes etapas de presión (11, 13, 15) para la generación de vapor de operación para una turbina de vapor, siendo alimentable a la caldera de recuperación de calor (3) gas de combustión (9) de una instalación de horno (43), estando previsto para la recirculación de gas de combustión (9) un conducto de recirculación (44), que forma un circuito de circulación (50) con un tramo de calentamiento (52, 53) de la caldera de recuperación de calor (3), y al menos una parte de gas de combustión (9) es extraíble en al menos un punto de la caldera de recuperación de calor (3), y recirculable a un orificio de entrada (4) de la caldera de recuperación de calor (3), siendo extraíble al menos una parte del gas de combustión (9) de la caldera de recuperación de calor (3) en el sentido de circulación del gas de combustión (9), tras cuyo orificio de salida (45) es extraíble, caracterizado porque la instalación de horno (43) está conectada al circuito de circulación (50).
Description
Generador de vapor de recuperación de calor.
La invención se refiere a un generador de vapor
de recuperación de calor según la parte introductoria de la
reivindicación 1. Tal generador de vapor de recuperación de calor es
ya conocido por el documento US-A-3
204 407.
Muchas centrales eléctricas modernas, que están
equipadas con turbinas de gas para la generación de energía
eléctrica, comprenden además una o varias calderas de recuperación
de calor, para emplear el gas de escape caliente de turbinas de gas,
que posee aún un potencial energético elevado tras la expulsión de
la turbina de gas, para una transformación adicional en energía
útil. En este caso se utiliza, a modo de ejemplo, la generación de
vapor de la caldera de recuperación de calor para el funcionamiento
de al menos una turbina de vapor, de modo que el grado de acción de
tal central eléctrica de gas y vapor (central eléctrica GUD) es
elevado en comparación con una central eléctrica de turbina de gas
pura.
Además de la turbina de vapor, en actuales
centrales eléctrica GUD para los más diversos consumidores
adicionales (por ejemplo desgasificadores de corriente secundaria,
calefacción de edificios, etc.) se requiere vapor auxiliar. Este
vapor auxiliar se requiere en especial en el reposo de instalaciones
y en la puesta en funcionamiento/desconexión de juegos de turbinas,
pero también en funcionamiento normal, a modo de ejemplo con carga
nominal, que requiere la central eléctrica. Durante un reposo de la
instalación, la turbina de gas no expulsa gas de escape caliente, de
modo que por medio de la caldera de recuperación de calor, en este
caso de funcionamiento no se puede poner a disposición vapor de
operación, ni tampoco vapor auxiliar para la turbina de vapor, así
como para otros consumidores de vapor adicionales, citados a modo de
ejemplo con anterioridad.
Para abastecer de vapor auxiliar tales
consumidores de vapor, en centrales eléctricas conocidas se emplea
casi siempre un generador de vapor auxiliar calentado, completamente
separado e independiente del generador de vapor de recuperación de
calor.
En tales generadores de vapor auxiliar, en el
reposo de la instalación y en la puesta en
funcionamiento/desconexión se genera vapor saturado, en caso dado
sobrecalentado, y se alimenta a los consumidores de vapor citados
anteriormente.
En el funcionamiento normal de la instalación,
el vapor auxiliar requerido se genera, a modo de ejemplo, en una
pieza de baja presión del generador de vapor de recuperación de
calor, no requiriéndose necesariamente generadores de vapor auxiliar
estructurados por separado del generador de vapor de recuperación de
calor durante el funcionamiento normal, ya que el vapor auxiliar se
puede generar en el propio generador de vapor de recuperación de
calor por medio del gas de escape caliente introducido en el
mismo.
Una supresión del generador de vapor auxiliar en
una central eléctrica conocida es posible frecuentemente sólo en
caso excepcionales (por ejemplo en centrales eléctricas de carga
básica puras, que funcionan de manera prácticamente ininterrumpida,
y por lo tanto se dispone permanentemente de gas de escape caliente
para la generación de vapor auxiliar), y conduce a limitaciones
considerables de flexibilidad de la instalación, ya que, a modo de
ejemplo, un reposo de la instalación completo, o un funcionamiento
con carga muy reducida, conduce a la pérdida de la generación de
vapor auxiliar.
Otros requisitos en centrales eléctricas
comprenden el calentamiento y el mantenimiento de calor y presión de
la caldera de recuperación de calor y de los conductos de vapor
fresco, así como el calentamiento y mantenimiento de calor de la
turbina de vapor a un nivel de temperatura, o bien presión lo más
elevado posible; los citados requisitos se cumplirán también en el
reposo de la instalación y en la puesta en funcionamiento o
desconexión de las turbinas.
A modo de ejemplo, el tiempo de puesta en
funcionamiento de una central eléctrica conocida es dependiente de
la presión y de la temperatura del vapor auxiliar.
El generador de vapor de recuperación de calor
de una central eléctrica de gas y vapor puede comprender en este
caso una caldera de recuperación de calor, a la que se puede
alimentar el gas de escape de una turbina de gas, y puede comprender
además al menos un evaporador dispuesto en la caldera de
recuperación de calor para la generación de vapor de operación para
una turbina de vapor, pudiéndose alimentar a la caldera de
recuperación de calor gas de combustión a partir de una instalación
de horno, y pudiéndose extraer y recircular al orificio de entrada
de la caldera de recuperación de calor al menos una parte de gas de
combustión en al menos un punto de la caldera de recuperación de
calor.
En tal generador de vapor de recuperación de
calor, por consiguiente, al menos una parte de gas de combustión,
que abandona la caldera de recuperación de calor y/o que se extrae
de la caldera de agitación en al menos un punto antes de su orificio
de salida, se conduce en un circuito de gas de combustión. La
instalación de horno, comprende, a modo de ejemplo, un quemador, al
que se alimenta combustible y aire de combustión, así como la parte
de gas de combustión como medio a calentar. El gas de combustión
calentado por medio de la instalación de horno se introduce entonces
(de nuevo) en la caldera de recuperación de calor, donde emite
energía al evaporador por medio de intercambio de calor, de modo que
este último es apto para la generación de vapor auxiliar. El vapor
auxiliar se puede extraer entonces, a modo de ejemplo, de un tambor
de vapor del evaporador, y alimentar a consumidores de vapor
auxiliar, así como conductos de vapor fresco y/o a las turbinas de
vapor.
El gas de combustión que se enfría durante su
paso a través de la caldera de recuperación de calor se conduce de
nuevo al orificio de salida de la caldera de recuperación de calor
tras extracción de al menos una parte, calentándose el mismo por
medio de la instalación de horno.
En este caso, la instalación de horno puede
estar diseñada para cargas de vapor que corresponden a una carga de
vapor auxiliar requerida y/o a una cantidad de calor requerida para
el calentamiento de conductos de vapor fresco y/o de la turbina de
vapor.
En tal generador de vapor de recuperación de
calor, en especial en caso de funcionamiento en los que no se
dispone, o se dispone a penas de poco gas de escape caliente (por
ejemplo parada, puesta en funcionamiento/desconexión, etc.), se
asegura el abastecimiento con vapor auxiliar. Además, se evita un
diseño innecesariamente elevado de la instalación de horno, ya que
por medio del mismo no se debe poder generar el vapor de operación
de la turbina de vapor.
Por lo demás, el funcionamiento normal de la
central eléctrica, el vapor auxiliar requerido se puede generar
alternativamente, o en complemento a la instalación de horno por
medio del gas de escape.
El gas de combustión excedente se puede
introducir, por ejemplo en una chimenea, después de abandonar la
caldera de recuperación de calor.
El generador de vapor de recuperación de calor
puede comprender al menos dos evaporadores.
La calderas de recuperación de calor equipadas
de tal manera, con evaporadores dispuestos a diferentes niveles de
temperatura, son conocidas en una pluralidad de centrales
eléctricas.
En este caso, al menos una parte de gas de
combustión puede ser extraíble de la caldera de recuperación de
calor en sentido de circulación del gas de combustión antes de al
menos uno de los evaporadores.
En tal punto de extracción, el contenido en
energía del gas de combustión no se ha reducido aún en gran
medida.
Alternativamente, al menos una parte del gas de
combustión puede ser extraíble de la caldera de recuperación de
calor o en sentido de circulación del gas de combustión tras su
orificio de salida.
En este caso, el gas de combustión ha atravesado
completamente la caldera de recuperación de calor, antes de
recirculares al menos una parte a la instalación de horno.
Por lo tanto, se asegura que prácticamente la
cantidad total de gas de combustión, introducida en la caldera de
agitación, puede efectuar un intercambio de calor con el evaporador,
del que se extrae el vapor auxiliar. Son conocidos generadores de
vapor de tipo similar, a modo de ejemplo, por la US 3,204,407 y la
GB 1 553 867.
La invención toma ahora como base la tarea de
indicar un generador de vapor de recuperación de calor que
posibilite un funcionamiento flexible de la central eléctrica.
Según la invención, este problema se soluciona
mediante las características significativas de la reivindicación
1.
En este caso, la invención parte de la
consideración de que, en el caso de una instalación de horno
conectada a la recirculación, incluso en el caso de averías
temporales de la instalación de horno, se puede mantener el circuito
de recirculación -incluso con contenido en energía del gas de
combustión reducido bajo ciertas circunstancias-. Por lo demás, en
esta disposición, la corriente volumétrica del gas de combustión en
el conducto de recirculación no es perturbada por un componente
conectado como intermedio, lo que fomenta un funcionamiento
uniforme; en la forma de ejecución según la figura 1, el circuito de
recirculación se puede mantener igualmente en el caso de una avería
de la instalación de horno, y no se produce un cierre involuntario
del conducto de recirculación debido a la avería.
Para la regulación de la generación de vapor
auxiliar, la instalación de horno comprende ventajosamente al menos
una instalación de control para el ajuste de la temperatura y/o
cantidad de gas de combustión.
En esta forma de ejecución, en cualquier
situación de funcionamiento de la central eléctrica, la cantidad y
el contenido energético del vapor auxiliar requeridos en cada caso
se pueden generar selectivamente.
En este caso, la cantidad de vapor auxiliar
generada por medio del generador de vapor de recuperación de calor
se determina controlándose la cantidad de gas de combustión que se
introduce en la caldera de recuperación de calor, a modo de ejemplo
por medio de una válvula de regulación, que está dispuesta en
sentido de circulación del gas de combustión antes y/o después de un
quemador de la instalación de horno.
La temperatura del gas de combustión del
generador de vapor de recuperación de calor se ajusta en especial
mediante la cantidad de combustible que se alimenta a la instalación
de horno. En este caso, un aumento de la alimentación de combustible
ocasiona un aumento de la temperatura de combustión, y con ello un
aumento de la temperatura de calefacción para el gas de
combustión.
La cantidad de aire de combustión, que se
requiere por la instalación de horno de un generador de vapor de
recuperación de calor según la invención, se regula, a modo de
ejemplo, por medio de otra válvula de regulación, que está conectada
a una línea de alimentación de aire de la instalación de horno.
El vapor auxiliar requerido se puede extraer
entonces del evaporador, que está dispuesto al nivel de temperatura
apropiado para el fin de generación de vapor auxiliar, a modo de
ejemplo aquel evaporador que genera el vapor de operación para una
etapa de baja presión de la turbina de vapor en el funcionamiento de
la central eléctrica.
Formas adicionales de ejecución de la invención
se refieren al papel del vapor auxiliar como vapor de trabajo, o
bien calentamiento, pudiéndose extraer el vapor auxiliar
preferentemente en cualquier situación de funcionamiento, en
especial también durante una parada de la instalación, y durante la
puesta en funcionamiento y desconexión de la instalación.
La invención se explicará más detalladamente por
medio de un dibujo. En el mismo muestran:
la figura 1 una representación esquemática de un
generador de vapor de recuperación de calor según el estado de la
técnica con una instalación de horno conectada en un circuito de
circulación, y
la figura 2 una forma de ejecución de la
invención con una instalación de horno conectada a un circuito de
circulación.
En la figura 1 se representa esquemáticamente la
disposición de un generador de vapor de recuperación de calor 1.
Para la mejor visibilidad, en este caso el
generador de vapor de recuperación de calor 1 se representa en una
posición horizontal. Naturalmente, en una realización física, el
generador de vapor de recuperación de calor 1 puede estar dispuesto
verticalmente, es decir, presentar una extensión esencialmente
vertical.
El generador de vapor de recuperación de calor 1
comprende una caldera de recuperación de calor 3, en la que se
introduce gas de escape 7 de una turbina de gas 5 a través de un
orificio de entrada 4 de la caldera de recuperación de calor 3.
En el presente ejemplo de ejecución, en la
caldera de recuperación de calor 3 están dispuestas superficies de
intercambio de calor de 3 evaporadores, esto es, un evaporador de
alta presión 15, un evaporador de presión media 13, así como un
evaporador de baja presión 11.
Los citados evaporadores 15, 13, 11 comprenden
respectivamente un tambor de alta presión 31, un tambor de presión
media 29, o bien un tambor de baja presión 27.
A los tambores 31, 29, 27, se conduce en este
caso agua de alimentación 17, en cada caso a través de un conducto
no representado más detalladamente.
Casi en paralelo a la caldera de recuperación de
calor 3, en un conducto de recirculación 44 está dispuesta una
instalación de horno 43, que comprende un quemador 33 accionado por
medio de combustible 35, un soplador 39, así como válvulas de
regulación 37, 41. De este modo, mediante un tramo de calentamiento
52, 53 de la caldera de recuperación de calor 3 y el conducto de
recirculación 44, se forma un circuito de circulación 50.
Por medio del quemador 33 se genera mediante
calentamiento gas de combustión 9, que se introduce en la caldera de
recuperación de calor 3. El gas de combustión 9 recorre la caldera
de recuperación de calor 3 a lo largo del tramo de calentamiento 52,
53, y en este caso entra en contacto con la superficies de
calefacción de los evaporadores 15, 13, 11.
En el espacio interno de las superficies de
calefacción del evaporador 15, 13, 11 se introduce agua de
alimentación 17 por medio del respectivo tambor de vapor 31, 29, o
bien 27, de modo que es generable vapor por medio de intercambio de
calor. De este modo se puede extraer vapor de alta presión 25 del
evaporador de alta presión 15, vapor de presión media 23 del
evaporador de presión media 13, así como vapor de baja presión 21
del evaporador de baja presión 11. Este vapor 25, 23, o bien 21
generado por medio del evaporador 15, 13, 11, se puede alimentar
después a la respectivas etapas de presión de una turbina de vapor,
de modo no representado más detalladamente.
Del evaporador de baja presión 11, en especial
su tambor de baja presión 27, se puede extraer además vapor auxiliar
19, a modo de ejemplo para consumo de vapor auxiliar de la central
eléctrica, o para el calentamiento de componentes de instalación,
como por ejemplo conductos de vapor fresco.
La extracción de vapor auxiliar 19 es posible
también en situaciones de operación en las que no se dispone, o se
dispone apenas de poco gas de escape 7 de la turbina de gas 5. A
modo de ejemplo en reposo o durante la puesta en funcionamiento o
desconexión de la turbina de gas 5. La energía requerida para la
generación de vapor auxiliar 19 se pone a disposición en especial en
tales casos de operación mediante el gas de combustión 9, que se
genera por medio del dispositivo de horno 43, y se conduce a través
de la caldera de recuperación de calor 3.
Una vez el gas de combustión 9 abandona la
caldera de recuperación de calor 3 a través de su orificio de salida
45, se devuelve al menos una parte del mismo por medio del conducto
de recirculación 44 al orificio de entrada 4 de la caldera de
recuperación de calor 3; en un generador de vapor de recuperación de
calor según la invención se forma, por lo tanto, un circuito de gas
de combustión. De este modo es especialmente bueno en especial el
aprovechamiento energético de la energía que se encuentra en el gas
de combustión 9.
Alternativamente o en combinación se puede
extraer de la caldera de recuperación de calor 3 al menos una parte
de gas de combustión 9, también en un punto diferente al orificio de
salida 45, y devolver a la instalación de horno 43. En este caso, un
punto apropiado es, a modo de ejemplo, un lugar en el sentido de
circulación del gas de combustión 9 antes del evaporador de presión
media 13, donde el gas de combustión 9 aún no se ha enfriado tan
fuertemente; esta posibilidad para la recirculación alternativa o
adicional de gas de combustión 9 se representa en la figura a
trazos.
trazos.
La temperatura del vapor auxiliar generado 19 se
puede ajustar por medio de una variación de la cantidad de
combustible 35, que se alimenta al quemador 33; la cantidad de aire
de combustión 47, que se requiere para el funcionamiento del
quemador 33, se regula ventajosamente por medio de una válvula de
regulación 41, que está conectada con el quemador en un conducto de
abastecimiento de aire.
Además, la cantidad del vapor auxiliar a generar
19 es ajustable por medio de otra válvula de regulación 37, que está
preconectada al quemador en el sentido de circulación del gas de
combustión 9, para ajustar la cantidad de gas de combustión 9
alimentado al quemador; el gas de combustión 9 se puede alimentar al
quemador 33 por medio de un soplador 39.
La figura 1 muestra esquemáticamente el
desarrollo del procedimiento de generación de vapor auxiliar de un
generador de vapor de recuperación de calor 1 en el ejemplo de un
generador de vapor de recuperación de calor 1 para un proceso de
presión triple GUD con sobrecalentamiento intermedio. El desarrollo
del procedimiento es empleable también para otros procesos (por
ejemplo proceso de presión doble con sobrecalentamiento intermedio,
etc.).
En el caso de un modo de operación del generador
de vapor de calor de recuperación 1, los distribuidores conectados
en conductos de abastecimiento del evaporador de alta presión y de
presión media pueden estar cerrados, de modo que en estas etapas de
presión no se genera vapor. El gas de combustión refrigerado se
recoge en el orificio de salida 45, y se devuelve al menos una parte
del gas de combustión 9 al orificio de entrada 4. El gas de
combustión excedente se emite a través de una chimenea presente, o
bien a través de una chimenea separada con tiro de chimenea.
A través del quemador 33, el gas de combustión 9
se calienta a la temperatura necesaria en la salida del generador de
vapor de recuperación de calor 1 mediante combustión, por ejemplo,
de gas natural; el aire de combustión necesario 47 se alimenta, a
modo de ejemplo, a través de un soplador de aire de combustión.
La cantidad de vapor auxiliar se regula mediante
variación de la cantidad de gas de combustión que circula a través
del generador de vapor de calor de recuperación, a modo de ejemplo
por medio de la válvula de regulación 37.
La temperatura del gas de combustión se regula
mediante variación de la cantidad de combustible.
Para la regulación de la cantidad de aire de
combustión necesaria sirve, a modo de ejemplo, la válvula de
regulación adicional 41.
Si se emplea una chimenea separada con tiro de
chimenea, la presión del lado de gas de combustión en el sistema se
puede regular, a modo de ejemplo, mediante una válvula de regulación
adicional.
En un modo de operación alternativo del
generador de vapor de recuperación de calor 1, los distribuidores
citados anteriormente están abiertos, de modo que en todas las
etapas de presión se genera vapor. El vapor del evaporador de alta
presión 15 y/o evaporador de presión media 13 del generador de vapor
de calor de recuperación 1 se puede utilizar, por ejemplo, para el
mantenimiento de calor/calentamiento de un conducto de vapor fresco
de la turbina de vapor de la central eléctrica.
La figura 2 muestra un ejemplo de ejecución de
un generador de vapor de calor de recuperación 1 según la invención,
no estando conectada la instalación de horno 43 en, sino al conducto
de recirculación 44, a diferencia de la figura 1.
Las investigaciones han dado por resultado que
tal disposición de la instalación de horno 43 trae ventajas, ya que,
a modo de ejemplo, incluso en el caso de averías temporales de la
instalación de horno 43 se puede mantener el circuito de
recirculación -incluso con contenido energético del gas de
combustión 9 reducido bajo ciertas circunstancias-. Por lo demás, en
esta disposición, la corriente volumétrica del gas de combustión 9
en el conducto de recirculación 44 no es interferida por un
componente conectada de manera intermedia, lo que fomenta un
funcionamiento uniforme; en la forma de ejecución según la figura 1,
el circuito de recirculación se puede mantener igualmente en el caso
de una avería de la instalación de horno 43, si a consecuencia de la
avería no se produce un cierre involuntario del conducto de
recirculación 44.
El soplador 39 está conectado en el conducto de
recirculación 44, y adopta la función de un soplador de
recirculación.
En el conducto de recirculación 44 se pueden
conectar además instalaciones de control para el ajuste de la
cantidad de gas de combustión recirculado 9.
Mediante un generador de vapor de recuperación
de calor según la invención resultan, entre otras, las siguientes
ventajas:
- -
- se puede suprimir un generador de vapor auxiliar separado,
- -
- el generador de vapor de recuperación de calor se puede mantener caliente también durante un reposo de la instalación, de modo que se pueden suprimir medidas de protección frente a heladas necesarias eventualmente,
- -
- el generador de vapor de recuperación de calor se puede mantener a presión relativamente elevada durante una parada, de modo que se pueden reducir claramente las cargas por tensión de componentes de pared gruesa mediante modificaciones de temperatura (en el caso de calentamiento y enfriamiento) en el caso de puestas en funcionamiento frecuentes,
- -
- el conducto de vapor fresco de la turbina de vapor, así como la turbina de vapor en sí misma, se pueden mantener calientes y/o calentar, de modo que son posibles acortamientos claros de los tiempos de puesta en funcionamiento de la instalación total, lo que conduce, entre otras cosas, a una reducción considerable de emisiones de gas de escape, e
- -
- incluso en el caso de averías temporales de la instalación de horno se puede mantener el circuito de recirculación.
Claims (4)
1. Generador de vapor de recuperación de calor
(1) de una central eléctrica de gas y vapor, que comprende una
caldera de recuperación de calor (3), a la que es alimentable gas de
escape (7) de una turbina de gas (5), y que comprende además una
pluralidad de evaporadores dispuestos en la caldera de recuperación
de calor (3), asignados respectivamente a diferentes etapas de
presión (11, 13, 15) para la generación de vapor de operación para
una turbina de vapor, siendo alimentable a la caldera de
recuperación de calor (3) gas de combustión (9) de una instalación
de horno (43), estando previsto para la recirculación de gas de
combustión (9) un conducto de recirculación (44), que forma un
circuito de circulación (50) con un tramo de calentamiento (52, 53)
de la caldera de recuperación de calor (3), y al menos una parte de
gas de combustión (9) es extraíble en al menos un punto de la
caldera de recuperación de calor (3), y recirculable a un orificio
de entrada (4) de la caldera de recuperación de calor (3), siendo
extraíble al menos una parte del gas de combustión (9) de la caldera
de recuperación de calor (3) en el sentido de circulación del gas de
combustión (9), tras cuyo orificio de salida (45) es extraíble,
caracterizado porque la instalación de horno (43) está
conectada al circuito de circulación (50).
2. Generador de vapor de recuperación de calor
(1) según la reivindicación 1, caracterizado porque la
instalación de horno (43) comprende al menos una instalación de
control (37, 39, 41) para el ajuste de la temperatura y/o cantidad
de gas de combustión (9).
3. Generador de vapor de recuperación de calor
(1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque al
menos de un evaporador (11, 13, 15) es extraíble vapor auxiliar (19)
para el funcionamiento de al menos un consumidor de vapor de la
central eléctrica de gas y vapor.
4. Generador de vapor de recuperación de calor
(1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque al menos de un evaporador (11, 13, 15) es extraíble vapor
auxiliar (19) para el calentamiento y/o mantenimiento de calor y/o
mantenimiento de presión de la caldera de desprendimiento de calor
(3) y/o de conductos de vapor fresco y/o de la turbina de vapor de
la central eléctrica de gas y vapor.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10228335A DE10228335B3 (de) | 2002-06-25 | 2002-06-25 | Abhitzedampferzeuger mit Hilfsdampferzeugung |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2311728T3 true ES2311728T3 (es) | 2009-02-16 |
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ID=29795876
Family Applications (1)
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