ES2324798T3 - Procedimiento de condensacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de condensación, en el que se aporta agua a un evaporador conectado delante de una turbina (1) de una central energética de condensación, aportándose la corriente (2) de vapor de escape de la turbina, para la condensación, a un condensador (3, 9) enfriado por aire, verificándose que la corriente de material condensado (K), obtenida en el condensador (3, 9), antes de su introducción en un depósito colector de material condensado, es calentada en un escalón (6) de calentamiento de material condensado por medio de la corriente (2) de vapor de escape de la turbina, y verificándose que una corriente parcial de vapor (T, T1), que sale desde el condensador (3, 9), es aportada a un desgasificador (8), caracterizado porque la corriente (2) de vapor de escape de la turbina, que se ha de aportar al condensador (3, 9) enfriado por aire, para el calentamiento de la corriente de material condensado (K), se conduce primeramente a través del escalón (6) de calentamiento de material condensado, y verificándose que un agua de alimentación adicional más fría (W) existente en el desgasificador, es calentada por medio de la corriente parcial de vapor (T, T1).
Description
Procedimiento de condensación.
El invento se refiere a un procedimiento de
condensación con las características presentadas en el prefacio de
la reivindicación 1. Así, un procedimiento se conoce a partir del
documento de solicitud de patente internacional WO 90/07633.
El grado de eficiencia de una central energética
es un factor, que tiene una influencia decisiva sobre la
rentabilidad, en particular en el caso de la planificación nueva de
centrales energéticas. Por lo tanto, existen numerosos y variados
esfuerzos de optimizar los procesos de fuerza a vapor en las
centrales térmicas. En este contexto, se presta una atención
especial también al sistema de condensación. En particular, todavía
no se ha aprovechado óptimamente el potencial en lo que respecta al
grado de eficiencia de una central energética, cuando se utilizan
unos condensadores enfriados por aire, tales como los que se
utilizan frecuentemente en el caso de una carencia de agua en el
emplazamiento de la central energética. Los condensadores enfriados
por aire tienen la desventaja, debida al principio, de que sólo se
puede aprovechar la temperatura del aire seco. A esto se agrega el
hecho de que, al realizar el funcionamiento con unas presiones del
vapor de escape particularmente pequeñas, también el
subenfriamiento de material condensado es mayor que en el caso de
los condensadores superficiales enfriados por agua.
En el caso de los condensadores enfriados por
aire existen por regla general dos escalones de condensación. En un
primer escalón de condensación se condensa aproximadamente un
80-90% del vapor de escape de una turbina.
Prácticamente no es posible realizar una condensación al 100% en el
primer escalón de condensación debido a los parámetros
condicionados por el proceso, tales como p.ej. las fluctuantes
temperaturas externas, de tal manera que en cualquier caso es
necesario un segundo escalón de condensación para la condensación
del vapor restante. Por este motivo, frecuentemente se combinan
entre sí unos condensadores enfriados por aire, que están
conectados de una manera condensadora y desflemadora, estando
prevista la condensación desflemadora para la condensación del
vapor restante, es decir para el segundo escalón de
condensación.
Usualmente, el material condensado obtenido se
aporta directamente a un depósito colector de material condensado.
A continuación, el material condensado es aportado a un
desgasificador, en el que se añade a la mezcla un agua adicional
tratada como reemplazo de las pérdidas por falta de estanqueidad,
para aportarlo después de esto, a través de una bomba de
alimentación, de nuevo a un evaporador dispuesto delante de la
turbina. Puesto que, para la desgasificación, el material
condensado existente en el desgasificador se tiene que llevar de
nuevo hasta la temperatura de ebullición, es desventajoso para el
balance energético el hecho de que el material condensado se había
subenfriado previamente en un grado demasiado alto, puesto que se
tiene que realizar finalmente una elevada aportación de energía
mediante el empleo de combustibles primarios. Por lo tanto, se
pretende mantener el subenfriamiento de material condensado en un
nivel lo más pequeño que sea posible, con el fin de minimizar el
empleo de combustibles primarios. Simultáneamente, se pretende
mantener la cantidad de energía, que se ha de emplear para la
condensación del vapor de escape de la turbina, asimismo a un nivel
lo más pequeño que sea posible.
A partir del documento WO 90/07633 A se conoce
un procedimiento de condensación, en el que una pequeña proporción
de la corriente de vapor de escape de la turbina se introduce en un
depósito colector de material condensado, a fin de calentar el
material condensado. De esta manera se debe de evitar un
subenfriamiento de material condensado. El orden de magnitud de la
corriente de vapor de escape de la turbina, que se debe de utilizar
para el calentamiento de material condensado, se sitúa
aproximadamente en un 1% de la cantidad de vapor, que se ha
conducido a través de la conducción principal de vapor de
escape.
A partir del documento de solicitud de patente
alemana DE 22.57.369 A1, como segundo escalón de un dispositivo de
condensación, en lugar de un desflemador, está previsto un
condensador por inyección. El material condensado obtenido a partir
del proceso de condensación se atomiza dentro del condensador por
inyección. Con el fin de aumentar la eficiencia del condensador por
inyección, se bombea el material condensado dentro de unos elementos
de intercambio de calor, a fin de enfriarlo todavía adicionalmente.
De esta manera, en el proceso en circuito se pierde mucha energía,
lo que repercute negativamente sobre el grado de eficiencia de la
central energética.
El invento está basado en la misión de mostrar
un procedimiento de condensación, en el que se pueda minimizar el
subenfriamiento de material condensado y simultáneamente se mejore
de una manera adicional el grado de eficiencia de la central
energética.
El problema planteado por esta misión se
resuelve en el caso de un procedimiento de condensación con las
características de la reivindicación 1.
En el caso del procedimiento conforme al invento
es esencial el hecho de que la corriente de material condensado,
obtenida en el condensador, es calentada en un escalón de
calentamiento de material condensado, previsto propiamente para
ello, antes de su introducción en un depósito colector de material
condensado. El calentamiento de la corriente de material condensado
se efectúa dentro del escalón de calentamiento de material
condensado por medio de la corriente de vapor de escape de la
turbina. Simultáneamente, la corriente parcial de vapor, que sale
desde el condensador, es aportada a un desgasificador, en el que la
corriente parcial de vapor calienta a un agua de alimentación
adicional, que está más fría, y condensa totalmente a la misma.
Un escalón de calentamiento de material
condensado, que está previsto adicionalmente a un desgasificador,
hace posible en el modo de conexión conforme al invento minimizar
decisivamente el subenfriamiento de material condensado y reducir
de esta manera el empleo de combustibles primarios. Unos cálculos
con modelos han confirmado que un subenfriamiento de material
condensado, que se puede comprobar en el caso de los condensadores
enfriados por aire de un tipo constructivo habitual, se puede
reducir en un intervalo de aproximadamente 1 - 6 K hasta
aproximadamente 0,5 K con respecto a la temperatura en el estado de
saturación detrás de la turbina. El grado de eficiencia de la
central energética aumenta en dependencia de la reducción del
subenfriamiento. En el caso de una central energética de 600 MW, se
puede mejorar el grado de eficiencia térmica en hasta
aproximadamente un 0,25%, lo que, tomando en cuenta las dimensiones
de la central energética, se ha de valorar como una magnitud que no
se puede despreciar.
En el caso del procedimiento conforme al invento
se aprovecha de una manera esencialmente más eficaz la energía
térmica de la corriente de vapor de escape de la turbina, puesto que
ella no es entregada por los condensadores al medio ambiente, sino
que afluye en una gran parte dentro de material condensado, y, por
lo tanto, se conserva amplísimamente para el circuito de calor. Las
disminuidas pérdidas de energía conducen al pretendido mejoramiento
del grado de eficiencia de la central energética. Mediante el
calentamiento de material condensado subenfriado se consigue
simultáneamente una condensación de una parte de la corriente de
vapor de escape de la turbina, de tal manera que penetra una
cantidad menor del vapor de escape en el condensador. Los
condensadores se pueden estructurar de esta manera, en determinadas
circunstancias, con un tamaño más pequeño.
Unas ejecuciones ventajosas del concepto del
invento son objeto de las reivindicaciones subordinadas.
En el caso del procedimiento conforme al invento
es suficiente que el primer escalón de condensación, es decir el
condensador enfriado por aire, esté conectado exclusivamente de una
manera desflemadora, puesto que un desgasificador, que es necesario
de todas formas en los casos de procesos que trabajan con fuerza a
vapor, se puede aprovechar como segundo escalón de condensación
para la condensación del vapor en exceso. De esta manera se
simplifica la estructura del condensador enfriado por aire. Por
supuesto que el procedimiento conforme al invento se puede aplicar
también en el caso de unos condensadores, que tienen unos elementos
de intercambio de calor conectados tanto de una manera condensadora
como también de una manera desflemadora.
En el caso de unos condensadores conectados de
una manera totalmente desflemadora, ya se condensa una alta
proporción del vapor de escape de la turbina. No obstante, la
corriente parcial de vapor que sale del condensador, se ajusta
autónomamente, por motivos termodinámicos, de una manera tal que en
el desgasificador esté a disposición una suficiente corriente
volumétrica. En el caso de la conexión de manera desflemadora de los
condensadores, la corriente de vapor de escape de la turbina se
hace pasar en cierto modo a través del condensador hacia el
desgasificador, y sale como una corriente parcial de vapor. Si la
corriente parcial de vapor, que sale del condensador, no fuera
suficiente en determinadas circunstancias para calentar
suficientemente al agua de alimentación adicional, que está más
fría, es posible aportar una adicional corriente parcial de vapor
de la corriente de vapor de escape de la turbina de manera directa,
es decir, sin pasar por el camino que lleva a través del
condensador. Un consumo de calor aumentado dentro del desgasificador
se presenta en particular cuando se introducen en el circuito de
materiales unas cantidades más grandes de agua de alimentación
adicional tratada. Puesto que el agua de alimentación adicional
posee regularmente una temperatura manifiestamente más baja que la
de material condensado, en este caso también repercute
ventajosamente sobre el balance energético de una central
energética de condensación, cuando la corriente parcial de vapor de
escape procedente del condensador se aprovecha para desgasificar el
agua de alimentación adicional, o, por lo menos, para contribuir
térmicamente a la desgasificación.
La desgasificación del agua de alimentación
adicional se efectúa en primerísima línea, de manera preferida
exclusivamente, en el desgasificador previsto para ella. Debido al
calentamiento de la corriente de material condensado en el escalón
de calentamiento de material condensado, pueden escaparse aquí
también gases de una manera condicionada por el proceso, pero, no
obstante, el material condensado calentado es muy pobre en gases
inertes, de tal manera que dentro del escalón de calentamiento de
material condensado resultan sólo unas pequeñas cantidades de
gases. Los gases se pueden eliminar mediante una aspiración al igual
que en el caso de un desflemador y como en un desgasificador.
Si se comprobase que, mediante la aspiración del
aire desde el desgasificador, se aspirase todavía vapor en exceso,
en un ventajoso perfeccionamiento del invento es posible condensar
este vapor en exceso asimismo mediante una adición de agua. También
de esta manera es calentada el agua adicional.
El agua de alimentación adicional calentada,
procedente del desgasificador, se aporta de manera preferida
asimismo al escalón de calentamiento de material condensado, de tal
manera que el agua de alimentación adicional se calienta en dos
escalones. La corriente de material condensado procedente del
condensador es ciertamente suficiente como para condensar a una
parte de la corriente de vapor de escape de la turbina, pero una
condensación completa de la corriente parcial de vapor, que sale
del condensador, prácticamente no es posible por motivos del
balance energético. Una condensación de la corriente parcial de
vapor se puede asegurar en cualquier caso mediante una suficiente
cantidad del agua de alimentación adicional, que está más fría.
A fin de mejorar la transmisión de calor dentro
del escalón de calentamiento de material condensado, está previsto
poner en contacto el material condensado en forma de gotas con la
corriente de vapor de escape de la turbina. Esto se puede realizar
conduciendo el material condensado a través de unos cuerpos
moldeados y poniéndolo en contacto según un procedimiento en
contracorriente con la corriente de vapor de escape de la turbina.
Para ello, los cuerpos moldeados pueden estar dispuestos en forma de
cascada. Fundamentalmente también es concebible una disposición en
forma de cascada de unas chapas sin la utilización de cuerpos
moldeados. Es decisiva la optimización de la transmisión de calor
desde la corriente de vapor de escape de la turbina al material
condensado enfriado. En este contexto, se considera como
especialmente conveniente atomizar el material condensado para
realizar la formación de gotas. El material condensado se puede
introducir por lo tanto mediante unas boquillas en el escalón de
calentamiento de material condensado. Las gotas de material
condensado subenfriado forman dentro del escalón de calentamiento de
material condensado unos núcleos de condensación con una baja
temperatura, con lo que se acelera la condensación de la corriente
de vapor de escape de la turbina, mientras que, al mismo tiempo, se
eleva de una manera energéticamente favorable la temperatura de
material condensado.
El invento se ilustra a continuación más
detalladamente con ayuda de los Ejemplos de realización
representados esquemáticamente en las Figuras.
La Figura 1 muestra un proceso, grandemente
simplificado, que trabaja con fuerza a vapor de una central térmica,
en el que, desde una turbina 1, a través de una conducción, se
aporta una corriente 2 de vapor de escape de la turbina a un
condensador 3. En el caso del condensador 3 se trata de un
condensador enfriado por aire con unos elementos 4 de intercambio
de calor, que están conectados de una manera condensadora, así como
también con unos elementos 5 de intercambio de calor, que están
conectados de una manera desflemadora. Una gran parte de la
corriente de vapor de escape de la turbina se condensa dentro del
condensador 3.
El material condensado K obtenido se aporta,
saliendo desde el condensador 3, a un escalón 6 de calentamiento de
material condensado, dentro del cual el material condensado
subenfriado K entra en contacto con la corriente 2 de vapor de
escape de la turbina. El material condensado K es calentado, de tal
manera que ya antes de la entrada de la corriente 2 de vapor de
escape de la turbina en el condensador 3, a través de la conducción
7 se condensa una corriente parcial de vapor de la corriente 2 de
vapor de escape de la turbina, y se retorna directamente al
circuito de materiales como una parte de material condensado K3.
Por lo demás, está previsto un desgasificador 8,
al que se aporta una corriente parcial de vapor T que sale desde el
condensador 3. La corriente parcial de vapor T es condensada por
medio de una aportación del agua de alimentación adicional W, que
está más fría. En este caso, el agua de alimentación adicional W se
calienta y se desgasifica simultáneamente. El desgasificador 8
sirve en cierto modo como un segundo escalón de condensación, que
está dispuesto detrás. El material condensado K1 procedente del
desgasificador 8 se aporta al escalón 6 de calentamiento de
material condensado, en el que se aprovecha el subenfriamiento de
los materiales condensados K, K1 para la condensación de una parte
de la corriente 2 de vapor de escape de la turbina.
El ejemplo de realización de la Figura 2 se
diferencia del de la Figura 1 primordialmente en el hecho de que el
condensador 9 está conectado exclusivamente de una manera
desflemadora. Esto se puede reconocer por la entrada de vapor junto
a la zona de borde inferior del condensador 9.
Una diferencia adicional consiste en que, junto
al desgasificador 8, está previsto también, como segundo escalón de
condensación, un condensador 11 de vapor en exceso. El condensador
11 de vapor en exceso sirve para condensar totalmente el vapor en
exceso T2, que ya está grandemente enriquecido con gases inertes
procedentes del condensador 9, y ciertamente por medio de un agua
de alimentación adicional W. Esto tiene el efecto de que el agua de
alimentación adicional W se calienta y se mezcla con el material
condensado procedente del vapor en exceso. La mezcla se aporta como
una corriente de material condensado K2 al escalón 6 de
calentamiento de material condensado.
En los dos ejemplos de realización está previsto
una disposición 10 de aspiración de aire, para eliminar gases desde
la corriente de materiales. La disposición 10 de aspiración de aire
está conectada tanto con el condensador 9, que está conectado de
una manera exclusivamente desflemadora, o respectivamente con los
elementos 5 de intercambio de calor, que están conectados de una
manera desflemadora, como también con el escalón 6 de calentamiento
de material condensado y con el desgasificador 8, o respectivamente
con el condensador 11 de vapor en exceso. El material condensado
total K3 se aporta a un depósito colector de material condensado, de
una manera no representada más detalladamente.
La Figura 3 muestra la modificación calculada
del grado de eficiencia térmica del proceso (en %), registrado a
través del subenfriamiento de material condensado (en K). El
fundamento de los valores indicados en este diagrama es un cálculo
según la fórmula \etath= P/(Qin+\DeltaQin), designándose con
\etath el grado de eficiencia, con P el rendimiento de la
turbina, con Qin la alimentación de calor y con \DeltaQin el
calor adicional para el calentamiento de material condensado. En el
caso de una central energética de 600 MW resultan los siguientes
valores:
Los siguientes parámetros son constantes en el
caso de este cálculo: la potencia de la turbina de 600 MW, el
caudal másico del vapor de escape de 369 kg/s, la entalpía del vapor
de escape de 2.330 kJ/kg, la presión del vapor de escape de 7 kPa,
la temperatura del vapor saturado de 39ºC y la alimentación de calor
de 1.400,26 MW. La ventaja del procedimiento conforme al invento
pasa a expresarse a través del hecho de que el subenfriamiento de
material condensado se puede reducir grandemente, lo que da lugar a
un mejoramiento del grado de eficiencia.
- 1-
- turbina
- 2-
- corriente de vapor de escape de la turbina
- 3-
- condensador
- 4-
- elemento de intercambio de calor conectado de una manera condensadora
- 5-
- elemento de intercambio de calor conectado de una manera desflemadora
- 6-
- escalón de calentamiento de material condensado
- 7-
- conducción
- 8-
- desgasificador
- 9-
- condensador
- 10-
- disposición de aspiración de aire
- 11-
- condensador del vapor en exceso
\vskip1.000000\baselineskip
- K-
- material condensado
- K1-
- material condensado
- K2-
- material condensado
- K3-
- material condensado
- T-
- corriente parcial de vapor
- T1-
- corriente parcial de vapor
- T2-
- vapor en exceso
- W-
- agua de alimentación adicional
Claims (7)
1. Procedimiento de condensación, en el que se
aporta agua a un evaporador conectado delante de una turbina (1) de
una central energética de condensación, aportándose la corriente (2)
de vapor de escape de la turbina, para la condensación, a un
condensador (3, 9) enfriado por aire, verificándose que la corriente
de material condensado (K), obtenida en el condensador (3, 9),
antes de su introducción en un depósito colector de material
condensado, es calentada en un escalón (6) de calentamiento de
material condensado por medio de la corriente (2) de vapor de
escape de la turbina, y verificándose que una corriente parcial de
vapor (T, T1), que sale desde el condensador (3, 9), es aportada a
un desgasificador (8), caracterizado porque la corriente (2)
de vapor de escape de la turbina, que se ha de aportar al
condensador (3, 9) enfriado por aire, para el calentamiento de la
corriente de material condensado (K), se conduce primeramente a
través del escalón (6) de calentamiento de material condensado, y
verificándose que un agua de alimentación adicional más fría (W)
existente en el desgasificador, es calentada por medio de la
corriente parcial de vapor (T, T1).
2. Procedimiento de condensación de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque el condensador
(9), enfriado por aire, está conectado de una manera
desflemadora.
3. Procedimiento de condensación de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque el condensador (3),
enfriado por aire, contiene unos elementos (4, 5) de intercambio de
calor, que están conectados de una manera tanto condensadora como
también desflemadora.
4. Procedimiento de condensación de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el
material condensado (K, K1) se pone en contacto, en el escalón (5)
de calentamiento previo de material condensado, en forma de gotas,
con la corriente (2) de vapor de escape de la turbina.
5. Procedimiento de condensación de acuerdo con
la reivindicación 4, caracterizado porque el material
condensado (K, K1) es conducido a través de unos cuerpos moldeados
para realizar la formación de gotas.
6. Procedimiento de condensación de acuerdo con
la reivindicación 5, caracterizado porque los cuerpos
moldeados están dispuestos en forma de cascada.
7. Procedimiento de condensación de acuerdo con
la reivindicación 4, caracterizado porque el material
condensado (K, K1) es atomizado para realizar la formación de
gotas.
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