BR102014021446A2

BR102014021446A2 - gerador de vapor ultra supercrítico avançado

Info

Publication number: BR102014021446A2
Application number: BR102014021446A
Authority: BR
Inventors: Paul S Weitzel
Original assignee: Babcock & Wilcox Power Generat
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2015-09-22
Also published as: US20150096507A1; CN104515125B; TWI615542B; CL2014002508A1; CN104515125A; NZ629103A; ES2632435T3; AU2014213495A1; CA2865665A1; EP2857746A1; EP2857746B1; TW201529956A; HUE035813T2; US9874346B2; PL2857746T3; AU2014213495B2

Abstract

gerador de vapor ultra supercrítico avançado. um gerador de vapor supercrítico inclui um recinto de forno de aspiração descendente, um túnel de tremonha, e um recinto de passagem de convecção, com o túnel de tremonha unindo o recinto de forno de aspiração descendente e o recinto de passagem de convecção. o gás de combustão passa para baixo através do recinto de forno de aspiração descendente através do túnel de tremonha e para cima através do recinto de passagem de convecção. esta estrutura permite que os terminais de vapor de saída, que fornecem acesso ao vapor supercrítico e/ou vapor de reaquecimento resultante, sejam localizados em uma base do gerador de vapor em vez de no topo do gerador de vapor como com caldeiras convencionais. isto reduz o comprimento das ligações de vapor do gerador de vapor para a turbina de vapor que produz eletricidade usando o vapor supercrítico.

Description

“GERADOR DE VAPOR ULTRA SUPERCRÍTICO AVANÇADO” ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [001 ]A presente descrição se refere a sistemas de geração de vapor que podem ser usados em combinação com a tecnologia de captura e fixação de carbono (CCS) para uso em geração de energia a carvão. [002] Durante a combustão, a energia química em um combustível é convertida em calor dentro do forno de uma caldeira. O calor é capturado através de superfícies de absorção de calor na caldeira para produzir vapor. Os combustíveis usados no forno incluem uma ampla faixa de substâncias sólidas, líquidas e gasosas, incluindo carvão, gás natural, e óleo diesel. A combustão transforma o combustível em um grande número de compostos químicos. Água e dióxido de carbono (C02) são os produtos de combustão completa. As reações de combustão incompleta podem resultar em subprodutos indesejáveis que podem incluir particulados (por exemplo, cinza fina, resíduo), gases ácidos tais como SOx ou NOx, metais tais como mercúrio e arsênico, monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos (HC). [003] A Figura 1 ilustra o sistema de fluxo de vapor-água e o sistema de fluxo de gás para uma caldeira do estilo Carolina de duas passagens de passagem única convencional 10 com um forno 20 capaz de operar em pressão subcrítica a supercrítica. Como é conhecida, a caldeira 10 inclui paredes de recinto de tubo de membrana resfriada por fluido tipicamente feitas de tubos de condução de água/vapor 30 separados um do outro por uma membrana de aço (não visível) para obter um recinto à prova de gás. Os tubos 30 são referidos aqui como tubos de água por brevidade e simplicidade. [004] 0 gerador de vapor opera com um perfil de pressão variável versus carga (pressão subcrítica a supercrítica). A água entra no economizador através da entrada 141 e absorve calor, então se desloca da saída do economizador 142 para a entrada 143 na base do forno. Uma garrafa inferior (não mostrada) pode estar presente para distribuir esta água. A água então se desloca para cima através dos tubos de parede do forno 30. Quando a água se desloca através destes tubos de água 30, a água resfria os tubos expostos a gás de combustão de alta temperatura na câmara de combustão 60 e absorve energia do gás de combustão para se tornar uma mistura de vapor-água em pressão subcrítica (e permanece um fluido de fase única se em condições de pressão supercríticas). O fluido é descarregado nos separadores de vapor vertical 42, onde a mistura de vapor-água é separada, quando subcrítica, em vapor úmido (isto é, vapor saturado) e água. Qualquer água pode sair por meio de tubo de descida 50 e passa da saída 144 para a entrada do economizador 141. Quando o fluido é supercrítico, os separadores verticais atuam como tubos de condução com todo o vapor que entra saindo pelas saídas superiores. O vapor é usado para resfriar o gás de combustão na trajetória de passagem de convecção 70 do forno através de tubos de vapor ou tubos de teto 75 saindo do separador vertical. O vapor então passa da saída 149 para a entrada 145 e é alimentado através da superfície de aquecimento de superaquecedor 80, então enviado para a turbina de vapor de alta pressão (número de referência 146). O vapor que retorna da turbina de vapor de alta pressão (número de referência 147) passa através da superfície de aquecimento do reaquecedor 90 para absorver energia adicional do gás de combustão, e pode então ser enviado para uma segunda turbina de vapor de pressão intermediária ou baixa pressão (número de referência 148). O vapor enviado para as turbinas é em geral vapor seco (100% vapor, nenhuma água). O vapor do das superfícies de aquecimento do superaquecedor 80 pode ser enviado para uma turbina de alta pressão (HP), então da superfície de aquecimento do reaquecedor 90 para os estágios de turbina a vapor de pressão intermediária (IP) e baixa pressão (LP) (não mostrados). Água de alimentação conduzida através do economizador 100 pode também ser usada para absorver energia do gás de combustão antes que o gás de combustão deixe a caldeira; a água de alimentação aquecida é então enviada para os tubos de recinto de forno 30, ou pode ser enviada através do superaquecedor 80 e reaquecedor 90. [005] Referindo-se ao sistema de fluxo de gás, o ar para combustão pode ser suprido no forno 20 através de vários meios. Tipicamente, um ventilador 102 supre ar 104 para um aquecedor de ar regenerativo 106. O ar aquecido é então enviado como ar secundário 108 para caixas de vento para distribuição para queimadores individuais e como ar primário 110 para o pulverizador de carvão 112, onde o carvão é seco e pulverizado, o ar primário (agora carregando partículas de carvão) 116 é então enviado aos queimadores 120 e misturados com o ar secundário 108 para combustão e formação de gás de combustão 130 na câmara de combustão 60. O gás de combustão flui para cima através da câmara de combustão de forno 60 e então segue a trajetória de passagem de convecção 70 para a exaustão de gás de combustão 160 além do superaquecedor 80, reaquecedor 90, e economizador 100. O gás de combustão pode então passar através do aquecedor de ar regenerativo 106 (para aquecer o ar que entra 104) e equipamento de controle de poluição 114 e, se desejado, reciclado através do forno 20. O gás de combustão sai da caldeira 10 através da exaustão de gás de combustão 160. [006] A Figura 1 também ilustra o equipamento de partida do sistema de fluxo de vapor-água. Quando o vapor é supercrítico, um separador de vapor vertical 42 é usado em vez de um tambor de vapor horizontal convencional de uma caldeira de circulação natural subcrítica. Uma bomba de circulação e caldeira 44 e a válvula de interrupção 46 também estão presentes no tubo de descida 50 para aumentar o fluxo nas paredes de recinto de forno 30 e o economizador 100 durante a partida. A bomba de circulação da caldeira é parada na carga onde 100% do vapor seco está entrando no separador de vapor vertical a partir do recinto de forno. O separador de vapor vertical permanece em serviço, e uma coluna estática de água permanece no tubo de descida 50. [007] Como ilustrado aqui, os terminais de saída de vapor de uma caldeira do tipo Carolina estão localizados no topo da caldeira, em geral em uma elevação relativamente alta da grade de cerca de 61 m. O vapor é então carregado para uma turbina de vapor por meio de condutores de vapor (isto é, tubos). As entradas de vapor são feitas de uma liga de níquel para temperaturas de vapor de 700 °C, que é muito dispendioso. Devido à localização dos terminais de saída de vapor no topo da caldeira, o comprimento dos condutores de vapor pode ser muito grande. Seria desejável ser capaz de reduzir o comprimento dos condutores de vapor dos terminais de saída de vapor da caldeira para a turbina de vapor onde o vapor é usado para gerar eletricidade.

BREVE DESCRIÇÃO [008] A presente descrição se refere a um sistema de caldeira que pode ser usado em conjunto com uma turbina de vapor para gerar eletricidade. Os terminais de saída de vapor da caldeira estão localizados na base da caldeira, em vez de no topo da caldeira. Isto reduz o comprimento necessário das entradas de vapor, por sua vez reduzindo o custo e aperfeiçoando a economia do sistema total. [009] Um gerador de vapor é descrito em várias modalidades aqui, compreendendo: um recinto de forno de aspiração descendente formado a partir de paredes feitas de tubos resfriados de água ou vapor, e em que as paredes do forno definem uma extremidade de topo e uma saída de gás de fundo; um recinto de passagem de convecção incluindo uma entrada de gás de fundo e bancos de tubos horizontais localizados acima da entrada de gás de fundo; um túnel de tremonha conectando a saída de gás de fundo do recinto de forno de aspiração descendente para a entrada de gás de fundo do recinto de passagem de convecção; e um terminal de saída de vapor localizado na base do gerador de vedação. [010] A saída de gás de fundo do recinto de forno de aspiração descendente pode incluir uma garganta se estendendo para fora que se estende em uma abertura da entrada de gás de fundo do recinto de passagem de convecção. [011] A extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente pode incluir uma entrada de gás para receber o gás de combustão de um forno associado. [012] O gerador de vapor pode ainda compreender uma caixa de vento e queimadores na extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente para gerar gás de combustão. [013] O gás de combustão que sai do recinto de passagem de convecção pode ser recirculado para a extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente, para uma base do recinto de forno de aspiração descendente, e/ou para uma base do recinto de passagem de convecção. [014] 0 gás de combustão que sai do recinto de passagem de convecção pode passar através de um dispositivo de limpeza de particulado e então ser recirculado para a extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente, uma base do recinto de forno de aspiração descendente, ou uma base do recinto de passagem de convecção. [015] O túnel de tremonha pode ser alinhado com um material refratário. O túnel de tremonha pode incluir um transportador de corrente submerso para remover cinza e resíduo. O transportador de corrente submerso pode se deslocar em linha com o fluxo de gás de combustão, ou pode se deslocar transversal ao fluxo de gás de combustão. [016] Alternativamente, o túnel de tremonha pode ser formado a partir de painéis de tubo resfriado por água ou vapor. Vedações de calha de água podem estar presentes entre o recinto de forno de aspiração descendente, o túnel de tremonha, e o recinto de passagem de convecção. [017] O fluido nos tubos do recinto de forno de aspiração descendente pode fluir contra a corrente para o fluxo de gás de combustão. [018] O recinto de passagem de convecção algumas vezes é formado a partir de paredes de recinto feitas de tubos resfriados de vapor ou água, em que o fluido de resfriamento nos tubos do recinto de passagem de convecção flui co-corrente para o fluxo de gás de combustão. [019] Os bancos de tubo horizontal no recinto de passagem de convecção podem incluir superaquecedores, reaquecedores, e economizadores. [020] 0 gerador de vapor pode ainda compreender um recinto de passagem horizontal superior conectado a uma extremidade de topo do recinto de passagem de convecção e uma passagem de descarga, a passagem horizontal superior e a passagem de descarga contendo bancos de tubo adicionais. [021] Estas e outras características não limitantes são mais particularmente descritas abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [022] A seguir está uma breve descrição dos desenhos, que são apresentados para os propósitos de ilustrar as modalidades exemplares descritas aqui e não para os propósitos de limitar as mesmas. [023] A Figura 1 é um diagrama esquemático ilustrando gerador de vapor do tipo passagem única subcrítico ou supercrítico (estilo Carolina de Babcock e Wilcox) de duas passagens convencional. [024] A Figura 2 é uma vista em perspectiva lateral de uma primeira modalidade exemplar de um gerador de vapor de passagem única da presente invenção, em que o recinto de forno de aspiração descendente de torre invertida inclui queimadores que geral gás de combustão. [025] A Figura 3 é uma vista em seção transversal de um desenho possível para o túnel de tremonha, com transportadores se deslocando transversal ao fluxo de gás de combustão. O túnel de tremonha é arco de aço e concreto, revestido com refratário no solo para transferir o fluxo de gás de combustível. [026] A Figura 4 é outra modalidade do túnel de tremonha, sendo formado a partir de painéis de tubo refrigerado a vapor ou água. [027] A Figura 5 é uma vista em perspectiva mostrando uma variação do túnel de tremonha tendo uma parede vertical. [028] A Figura 6 é uma vista dianteira do túnel de tremonha da Figura 5. [029] A Figura 7 é uma vista lateral do túnel de tremonha da Figura 5. [030] A Figura 8 é uma vista lateral de outra modalidade exemplar de um gerador de vapor de torre invertida de aspiração descendente da presente descrição, mostrando a turbina de vapor em relação ao gerador de vapor. [031 ]A Figura 9 é uma vista em perspectiva de outra modalidade de um gerador de vapor de torre invertida de aspiração descendente e tubulação de turbina de vapor. [032] A Figura 10 é uma vista lateral (ao longo de um eixo-y imaginário) do gerador de vapor da Figura 9. [033] A Figura 11 é uma vista dianteira (ao longo de um eixo-x imaginário) do gerador de vapor da Figura 9. [034] A Figura 12 é uma vista plana (isto é, a partir do topo) do gerador de vapor da Figura 9. [035] A Figura 13 é uma vista lateral mostrando a turbina de vapor no mesmo grau que o gerador de vapor de torre modificada (isto em na posição relativa esperada convencionalmente). [036] A Figura 14 é uma vista plana (isto é a partir do topo) mostrando detalhes adicionais do gerador de vapor de torre modificada da Figura 13. [037] A Figura 15 é uma vista lateral de uma modalidade onde o gerador de vapor de torre modificada tem uma diferença de elevação de base comparada com a turbo de vapor. [038] A Figura 16 é uma vista lateral de uma modalidade onde o gerador de vapor de torre modificada tem a mesma elevação de base que a turbina de vapor. [039] A Figura 17 é uma vista lateral de outra modalidade exemplar de um gerador de vapor da presente invenção, em que a saída de gás de fundo do recinto de forno de aspiração descendente é formatada como uma garganta que entra em uma abertura da entrada de gás de fundo do recinto de passagem de convecção.

DESCRIÇÃO DETALHADA [040] Um entendimento mais completo dos componentes, processos, e aparelhos descritos aqui pode ser obtido por referência aos desenhos anexos. Estas figuras são representações meramente esquemáticas baseadas em conveniência e a facilidade de demonstrar a presente invenção, e, portanto, não são destinados a indicar tamanho relativo e dimensões dos dispositivos ou componentes da mesma e/ou definir ou limitar o escopo das modalidades exemplares. [041] Embora os termos específicos sejam usados na descrição seguinte em beneficio da clareza, estes termos são destinados para se referir somente à estrutura particular das modalidades selecionadas para ilustração nos desenhos, e não são destinados a definir ou limitar o escopo da descrição, Nos desenhos e descrição seguinte abaixo, deve ser entendido que designações numéricas iguais se referem a componentes de função igual. [042] As formas singulares “um”, “uma”, e “o”, “a” incluem referentes plurais a menos que o contexto indique claramente de outro modo. [043] Como usado no relatório e nas reivindicações, o termo “compreendendo” pode incluir as modalidades “consistindo de” e “consistindo essencialmente de”. [044] Valores numéricos devem ser entendidos por incluir valores numéricos que são os mesmos quando reduzido ao mesmo número de figuras significantes e valores numéricos que diferem do valor estabelecido por menos que o erro experimental de técnica de medição convencional do tipo descrito no presente pedido para determinar o valor. [045] Todas as faixas descritas aqui são inclusivas do parâmetro recitado, e independentemente combináveis (por exemplo, a faixa de “2 watts a 10 watts” é inclusiva dos parâmetros, 2 watts e 10 watts, e todos os valores intermediários). [046] Como usado aqui, linguagem de aproximação pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que pode variar sem resultar em uma mudança na função básica à qual é relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, tal como “cerca” e “substancialmente”, pode não ser limitado ao valor preciso especificado, em alguns casos. O modificador “cerca” deve também ser considerado como descrevendo uma faixa definida pelos valores absolutos dos dois parâmetros. Por exemplo, a expressão “de cerca de 2 a cerca de 4” também descreve a faixa de “2 a 4”. [047] Os termos “lado de água”, “resfriado por água”, “resfriado a vapor” ou “lado de fluido” se referem a qualquer área da caldeira que é exposta à água ou vapor. Em contraste, os termos “lado do ar”, “lado de gás” “lado de fogo” e se referem a uma área da caldeira que é exposta para direcionar calor do forno, ou em outras palavras o gás de combustão do forno. Onde o relatório se refere à água e/ou vapor, os estados líquido e/ou gasoso dos outros fluidos podem também ser usados nos métodos da presente invenção. [048] Deve ser notado que muitos dos termos usados aqui são termos relativos. Por exemplo, os termos “superior” e “inferior” são relativos um ao outro em localização, isto é, um componente superior é localizado em uma elevação maior que um componente inferior em uma dada orientação. Os termos “entrada” e “saída” são relativos a um fluido que flui através deles com respeito a uma dada estrutura, por exemplo, um fluido flui através da entrada na estrutura e flui através da saída para fora da estrutura. Os termos “à montante” e “à jusante” são relativos à direção em que um fluido flui através dos vários componentes, isto é, o fluido flui através de um componente á montante antes de fluir através do componente à jusante. [049] Os termos “horizontal” e “vertical” são usados para indicar a direção com relação a uma referência absoluta, isto é nível do solo. No entanto, estes termos não devem ser construídos para exigir que estruturas sejam absolutamente paralelas ou absolutamente perpendicular uma na outra. Por exemplo, uma primeira estrutura vertical e uma segunda estrutura vertical não são necessariamente paralelas uma a outra. Os termos “topo” e “fundo” ou base são usados para se referir a superfícies onde o topo é sempre maior que o fundo/base com relação a uma referência absoluta, isto é a superfície da terra. Os termos “acima” e “abaixo” são usados para se referir á localização das duas estruturas com relação a uma referência absoluta. Por exemplo, quando o primeiro componente está localizado acima de um segundo componente, isto significa que o primeiro componente sempre será maior que o segundo componentes com relação à superfície da terra. Os termos “para cima” e “para baixo” são também relativos a uma referência absoluta; um fluxo para cima é sempre contra a gravidade da terra. [050] Como usado aqui, o termo “supercrítico” se refere a um fluido que está a uma temperatura acima de sua temperatura crítica ou a uma pressão acima de sua pressão crítica ou ambos. Por exemplo, a temperatura crítica de água é 374,15°C, e a pressão crítica de água é 22,1 MPa (3200,1 psia). Um fluido a uma temperatura que está acima de seu ponto de ebulição em uma dada pressão, mas está abaixo de sua pressão crítica é considerado ser “superaquecido”, mas “subcrítico”. Um fluido superaquecido pode ser resfriado (isto é energia de transferência) sem mudar sua fase. Como usado aqui, o termo “vapor úmido” se refere a uma mistura de vapor/água saturada (isto é, vapor com pelo menos que 100% de qualidade onde a qualidade é o percentual de conteúdo de vapor por massa). Como usado aqui, o termo “vapor seco” se refere a um vapor tendo uma qualidade igual a maior que 100% (isto é, nenhuma água líquida está presente). Água ou vapor supercrítico não terá interface de bolha visível ou menisco formando durante um processo de aquecimento ou resfriamento devido à tensão de superfície zero ao atingir a temperatura de ponto crítico. O fluido continua a atuar como um fluxo de fase única enquanto converte de água para vapor ou de vapor para água, e está em uma condição termodinâmica de não equilíbrio onde mudanças rápidas em densidade, viscosidade e condutividade térmica podem ocorrer. [051 ]Na medida em que as explicações de certa tecnologia ou princípios de técnicas de receptor solar, caldeira e/ou gerador de vapor podem ser necessárias para entender a presente invenção, o leitor é referido a Steam/its generation and use, 40- Edição, Stultz e Kitto, Eds, Copyright 1992, The Bancock & Wilcox Company, e Steam/its generation and use, 41ã Edição, Kitto e Stultz, Eds, Copyright 2005, The Bancock & Wilcox Company, os textos dos quais são aqui incorporados pro referência como se completamente descrito aqui.

[052]Na caldeira convencional da Figura 1, os terminais de saída de vapor estão no centro superior da estrutura. O topo da estrutura é relativamente alto, cerca de 61 a 76,25 m. Tal altura é necessária para o forno ter um volume suficiente para que as partículas de carvão seja completamente submetido à combustão, para os tubos de água para absorver a energia térmica, e diminuir a temperatura do gás de combustão abaixo da temperatura de fusão de cinza (minimizando a formação de cinzas e incrustações nos vários bancos de tubo). É desejável também diminuir a altura dos terminais de saída de vapor, de modo a colocá-los mais perto da turbina de vapor e oferecer uma altura de configuração total mais curta. A presente descrição se refere a tal gerador de vapor. Em particular, o gerador de vapor da presente invenção é um gerador de vapor ultra supercrítico avançado, que pode produzir uma pressão de vapor de saída de 25 MPa (3625 psia) ou maior, incluindo 20 MPa (4200 psia) ou maior; e uma temperatura de vapor de saída de 570°C (1058°F) ou maior, incluindo 730° (1346°F) ou maior. Diferente da caldeira de tambor de circulação natural onde as paredes de recinto de forno operam em temperaturas quase uniformes perto da temperatura de saturação, o gerador de vapor de passagem única ultra supercrítico avançado da presente invenção não tem que ter temperatura de parede de recinto bastante uniforme perto de saturação. O gerador de vapor supercrítico de passagem única convencional deve ser cuidadosamente desenhado para ter diferenças bastante estreitas e geometria muito similar, características de fluxo termo-hidráulico e condições de absorção de calor em todos os tubos de parede de recinto soldados. O desenho presente assim permite a união de uma série de recintos separados ao longo da trajetória de fluxo de gás que pode operar em temperaturas de material diferentes. [053] Na caldeira Carolina (duas passagens) da Figura 1, o gás de combustão flui para cima, então horizontalmente e para baixo através dos bancos de tubo. Nos geradores de vapor da descrição presente, esta trajetória de fluxo de gás é invertida, o gás de combustão flui em primeiro lugar para baixo, então horizontalmente e então para cima através dos bancos de tubo que convertem a água em vapor superaquecido ou supercrítico. Esta disposição permite que os terminais de vapor estejam mais baixo (mais perto do chão) e mais perto da turbina de vapor. [054] A Figura 2 é uma vista em perspectiva lateral de uma primeira modalidade exemplar de um gerador de vapor 200 da presente invenção. O gerador de vapor em geral inclui três estruturas: um recinto de forno de aspiração descendente 210, um túnel de tremonha 270, e um recinto de passagem de convecção 230. O recinto de forno de aspiração descendente é mostrado aqui na esquerda. O recinto de forno de aspiração descendente 210 é formado das paredes 216 feita de tubos resfriados de água ou vapor, que podem ser dispostas vertical ou espiralmente. As paredes de recinto de forno 216 definem uma extremidade de topo 212 e uma extremidade de fundo 214. A extremidade de topo e a extremidade de fundo estão em extremidades opostas das paredes de forno. Como ilustrado aqui, uma caixa de vento 18 e queimadores 220 são localizados perto da extremidade de topo do forno. Os queimadores podem estar dispostos no teto (isto é na extremidade de topo) ou no topo das paredes de forno. Queimadores podem estar localizados em todas as quatro paredes, opostas em duas das paredes, ou perto dos cantos das quatro paredes. [055]Em uso, o ar e carvão são alimentados na extremidade de topo 212 a caixa de vento ou vestíbulo de teto 218, e sofrem combustão usando os queimadores 220 para gerar gás de combustão quente 202. A oxi-combustão (isto é usando gás recirculado enriquecido com oxigênio) ou queima de ar pode ser usado, A caixa de vento também gera um fluxo de ar que faz o gás de combustão fluir para baixo devido a ventiladores de tiragem mecânicos (em vez de subir como ocorrería naturalmente; a aspiração descendente é ajudada pela parede resfriando o gás de combustão). Uma saída de gás de fundo 222 está presente na extremidade de fundo 214, através da qual o gás de combustão quente sai do recinto do forno 210. O gás de combustão flui através de um túnel de tremonha 270 localizado na base do recinto de forno. O túnel de tremonha 270 conecta de modo fluido a saída de gás de fundo 222 do recinto de forno de aspiração descendente com uma entrada de gás de fundo 236 do recinto de passagem de convecção. O túnel de tremonha também veda de modo flexível a saída de gás de fundo e a entrada de gás de fundo, ao deixar o recinto de forno de aspiração descendente, o gás de combustão pode ter uma temperatura de cerca de 260°C a cerca de 1371 °C. O gás de combustão 202 então flui para cima através do recinto de passagem d convecção 230 além de bancos de tubo dispostos horizontalmente que atuam como superfícies de superaquecedor 240, reaquecedor 242, e/ou economizador 244. Estas superfícies capturam energia adicional do gás de combustão, ao sair do recinto de passagem de convecção, o gás de combustão pode ter uma temperatura de cerca de 115,55°C a cerca de 440,55°C. O recinto de passagem de convecção 230 propriamente dito tem uma extremidade de topo 232 e uma extremidade de fundo 234. [056] O gás de combustão pode passar através de um aquecedor de ar regenerativo para transferir alguma energia de calor restante para o ar que entra. O gás de combustão pode também ser enviado para unidades de controle de poluição para remover subprodutos indesejados. Por exemplo, o gás de combustão pode passar através de uma unidade de redução catalítica seletiva (SCR) para remover NOx, uma unidade de dessulfuração de gás de combustão (FGD) para remover SOx, e/ou um dispositivo de limpeza de particulado (por exemplo, um precipitador eletrostático ou filtro de ar). As unidades de controle de poluição e o aquecedor de ar regenerativo são colocados em uma ordem adequada para redução de poluição ótima. Por exemplo, em modalidades específicas, a unidade SCR é colocada à montante do aquecedor de ar regenerativo. Se desejado, o gás de combustão que saem do recinto de passagem de convecção pode ser recirculado para a caixa de vento ou vestíbulo 218 no topo do recinto de forno, uma prática em geral referida como recirculação de gás. Se desejado, o gás de combustão que sai do recinto de passagem de convecção pode também ser recirculado para a base 252 do recinto de forno de aspiração descendente para controle de temperatura de vapor e/ou a base 254 do recinto de passagem de convecção e usado para controlar a temperatura de gás de combustão, que é em geral referido como têmpera de gás. O gerador de vapor pode incluir qualquer uma estas trajetórias de recirculação, ou pode incluir todas as três trajetórias de recirculação. [057] Com relação ao fluxo de fluido no recinto de forno de aspiração descendente, água relativamente fria da saída do economizador entra no gerador de vapor na base das paredes de forno 216, e flui através dos tubos de água, se tornando uma mistura de vapor/água absorvendo a energia térmica no gás de combustão. Esta água flui contra-corrente para o fluxo de gás de combustão (isto é, a água flui para cima enquanto o gás de combustão flui para baixo). A mistura de vapor/água é coletada em coletores de saída e enviada para os separadores de vapor verticais 260 e separados em vapor úmido e água. O vapor é enviado para o recinto de passagem de convecção 230 através do superaquecedor 240 então para a turbina de vapor, e então retorna da turbina de vapor para passar através de bancos de tubo de reaquecedor 242 no recinto de passagem de convecção. Em algumas modalidades, o recinto de passagem de convecção é também formado das paredes de recinto feitas de tubos resfriados de água ou vapor, que podem também capturar energia. Em tais modalidades, o fluxo de fluido nas paredes de recinto do recinto de passagem de convecção é concorrente com o fluxo de gás de combustão (isto é, ambos fluem para cima). Em geral, o recinto de forno de aspiração descendente é aquecido com água em cargas inferiores e se torna vapor resfriado perto da saída em cargas maiores, enquanto o recinto de passagem de convecção é resfriado por vapor. [058] O vapor supercrítico e/ou vapor de reaquecimento sai em um ou mais terminais de saída de vapor localizados na base 264 do recinto de passagem de convecção, que é parte do gerador de vapor. O terminal de saída de vapor de reaquecimento é rotulado com numeral de referência 261, enquanto o terminal de saída de vapor supercrítico é rotulado com o número de referência 262, e cada um ou ambos estes terminais de saída podem estar presentes. O termo “base” se refere aqui ao um terço de fundo da altura do gerador de vapor, Por exemplo, se o gerador de vapor tem uma altura de cerca de 18,3 m, então o terminal(is) de saída de vapor está a uma altura de cerca de 6,1 m. Deve ser reconhecido que o recinto de forno e o recinto de passagem de convecção podem ser de alturas diferentes. [059] Neste aspecto, as ligações de vapor para tubulação de vapor principal e reaquecimento quente necessárias para operar um gerador de vapor ultra supercrítico avançado em 700°C (1292°F) são tanto quantos quatro(4) vezes o custo do matéria por massa para as ligações de vapor necessárias para operar o gerador de vapor em 600°C (1112°F). Assim pode ser vantajoso usar o desenho presente para abaixar o terminal de saída de vapor em vez de incorrer o custo de tal tubulação, [060] Os tanques de tubo no recinto de passagem de convecção devem ser drenáveis. Depósitos internos são em geral dispersados ao longo das fileiras de tubos, de modo a não concentrar nas curvas inferiores de seções pendentes. Na conexão nas paredes de recinto, vedações de água de expansão ou juntas de expansão á prova de gás (não mostradas) estão presentes entre as paredes de recinto e os bancos de tubo. [061] Retornando à Figura 2, o túnel de tremonha 270 conecta de modo flexível no recinto de forno de aspiração descendente 210 no recinto de passagem de convecção 230. O túnel de tremonha é desejavelmente adiabático. O túnel de tremonha 270 inclui uma ou mais saídas de cinza e resíduo conectadas no transportador(es) de corrente submersos 274. é considerado que cinza e resíduo caem no transportador(es) de corrente submerso e são descartados. O transportador de corrente pode tanto estar em linha com o fluxo de gás de combustão, ou pode ser transversal ao fluxo de gás de combustão. Como ilustrado aqui, o transportador de corrente está em linha. [062] A Figura 3 é uma modalidade alternativa do tubo de tremonha 270, em que os transportadores de corrente são transversais ao fluxo de gás de combustão 202. Dois transportadores de corrente submersos 474 são visíveis no túnel de tremonha 270 sob o recinto de forno de aspiração descendente 210 e o recinto de passagem de convecção 230. Como visto aqui, uma diferença é que a base 412 do recinto de forno de aspiração descendente e a base 432 do recinto de passagem de convecção são inclinadas para guiar a cinza/resíduo nos transportadores de corrente submersos. [063] A Figura 4 é outra modalidade do túnel de tremonha. Aqui, o túnel de tremonha é também formado de painéis de tubo resfriados por vapor ou água. Os painéis de tubo 500 formando os lados do túnel de tremonha são suportados no fundo, enquanto o teto 502 do túnel de tremonha é suportado no topo usando as paredes laterais do túnel de tremonha. Vedações de calha de água ou vedações não metálicas 504 podem ser feitas entre o túnel de tremonha 270, o recinto de forno de aspiração descendente 210, e o recinto de passagem de convecção 230. O transportador de corrente 274 é ilustrado como formando o fechamento do túnel de tremonha. [064] As Figuras 5-7 são várias vistas ilustrando outra variação possível na estrutura do túnel de tremonha 270. O recinto de forno de aspiração descendente 210 está na esquerda, e o recinto de passagem de convecção 230 está na direita. O fundo do túnel de tremonha contém dois transportadores de corrente submersos 474. A base 294 da parede vertical é inclinada lateralmente em ambas as direções para guiar a cinza/resíduo para os transportadores. Arcos 296 estão presentes no centro do túnel de tremonha, e podem ser usados para suportar os painéis de tubo de topo 502 do túnel de tremonha. A parede vertical pode ter qualquer comprimento desejado. As vedações de calha de água 504 entre o túnel de tremonha, o recinto de forno de aspiração descendente, e o recinto de passagem de convecção são também visíveis. É considerado que o nível de chão estaria no nível das vedações de calha de água. O túnel propriamente dito pode ser e concreto, refratário, e sujeira. Circuitos de tubo de resfriamento de água podem ser colocados nas paredes e/ou arcos do túnel. [065] Referindo-se especificamente à Figura 6, deve ser notado que a base 294 das paredes verticais é inclinada para criar um funil para cinza/resíduo, com a abertura resultante 480 tendo uma largura 482 que é menos que a largura 484 do transportador de corrente submersa 486. A posição de manutenção para o transportador é representada aqui 488. É considerado que quando necessário para manutenção ou outros propósitos, os transportadores podem ser comutada. [066] Porque o recinto de forno e o recinto de passagem de convecção são desenhados para operar em diferencial de alta temperatura, o túnel de tremonha 270 deve ser capaz de manipular a transferência de gás de combustão muito quente. O túnel de tremonha pode ser revestido com um material refratário 276, que é química e fisicamente estável em altas temperaturas. Materiais refratários exemplares incluem tijolo refratário contendo óxido de alumínio, sílica, ou óxido de magnésio, ou telhas de cerâmica. Tais materiais podem suportar temperaturas de 1537,77°C a 1648,88°C. Como ilustrado aqui, o túnel de tremonha tem uma largura 282, tijolo refratário 276 localizado em torno da periferia inteira do túnel, e isolamento 278 circundando o tijolo, e tendo as dimensões apropriadas. A parte superior do túnel de tremonha tem uma altura 284, e a parte inferior do túnel de tremonha tem uma altura 286. Presente na parte inferior está um sistema de transporte mecânico 280 (por exemplo, um transportador de corrente submerso) que move a cinza para fora do túnel de tremonha. [067] A Figura 8 é uma vista lateral de uma modalidade do gerador de vapor de torre invertida de aspiração descendente e turbina de vapor. O recinto de forno de aspiração descendente 1010 está na esquerda, e o recinto de passagem de convecção 1030 está na direita. A turbina de vapor 1100 está na extrema direita. As linhas sólidas 1122 representam as ligações de vapor que carregam o vapor supercrítico e/ou vapor de reaquecimento para a turbina de vapor. Os retângulos pontilhados 1128 representam reaquecedores/superaquecedores. Os retângulos 1156 representam economizadores. O retângulo 1134 representa um gerador de vapor de baixa pressão separado para produzir vapor auxiliar para propósitos de utilidade. O túnel de tremonha 270 é também mostrado aqui. Novamente, a base 412 é inclinada longitudinalmente para direcionar cinza/resíduo nos transportadores 474. [068] As Figuras 9-12 são vários desenhos mostrando outra modalidade de gerador de vapor. Esta modalidade contém o recinto de forno de aspiração descendente 1010, túnel de tremonha 1070, e recinto de passagem de convecção 1030, e também contém passagem de descarga adicional 1092. [069] A Figura 9 é uma vista em perspectiva do exterior do gerador de vapor. O recinto de forno de aspiração descendente 1010 está na extrema esquerda, e o recinto de passagem de convecção 1030 está no centro. O túnel de tremonha 1070 é a estrutura triangular ligando a base do recinto de passagem de convecção 1030 com a base do recinto de forno de aspiração descendente 1010. A passagem de descarga 1092 é a estrutura na extrema direita. O retângulo no fundo do túnel de tremonha representa o transportador de corrente 1074 que remove cinza/resíduo. As linhas sólidas 1122 representam a tubulação de saída de vapor. Os círculos 1126 representam aberturas de queimadores no topo do recinto de forno de aspiração descendente. O numeral de referência 1120 é a estrutura conectando o recinto de passagem de convecção 1030 com a passagem de descarga 1092. [070] A Figura 10 é uma vista lateral (ao longo de um eixo-y imaginário) do gerador de calor e a turbina de vapor. Os retângulos pontilhados 1128 representam os bancos de tubos horizontais que servem como reaquecedores/superaquecedores, e fornecem os terminais de vapor de saída perto da base do gerador de vapor/recinto de passagem de convecção. As linhas tracejadas 1122 representam as ligações de vapor que carregam vapor supercrítico e/ou vapor de reaquecimento para a turbina de vapor. A turbina de vapor 1100 está contida em um edifício marcado pelo numeral de referência 1130. Deve ser notado que a turbina de vapor está localizada em elevação 1132, com relação ao gerador de vapor. [071 ]A Figura 11 é uma vista dianteira (ao longo de um eixo-x imaginário) do gerador de vapor e a turbina de vapor. O recinto de passagem de convecção 1030 não é completamente visível aqui, porque está atrás do edifício contendo a turbina de vapor, a passagem de descarga adicional 1092 é vista na direita. Novamente, os retângulos pontilhados 1128 representam os reaquecedores/superaquecedores. Os retângulos pontilhados 1156 representam bancos de tubos horizontais que servem como economizadores, o retângulo preto sólido 1134 representa um gerador de vapor de baixa pressão separado para produzir vapor auxiliar para propósitos de utilidade tal como sopro de fuligem. Usando um refrigerante de temperatura menor ajuda a reduzir a temperatura de gás de combustão e não usa vapor de alta pressão, temperatura super-elevada para serviços de nível mais baixo. O retângulo pontilhado 1136 representa um espaço para superfícies de aquecimento futuro a ser instaladas (por exemplo, para modificações durante a vida útil do gerador de vapor). A turbina de vapor é marcada como o numeral de referência 1100. [072] A Figura 12 é uma vista plana (isto é, a partir do topo) do gerador de vapor 1000 e turbina de vapor 1100. Como visto aqui, as linhas 1122 ilustram as ligações de vapor que alimentam a turbina de vapor. As ligações de vapor se deslocam dos terminais de saída de vapor 1062 no recinto de passagem de convecção 1030 para múltiplas localizações na turbina de vapor. [073] A Figura 13 é uma vista lateral (ao longo de um eixo-x imaginário) de outra modalidade de um gerador de vapor de torre modificada e da turbina de vapor. Os retângulos pontilhados 1128 representam reaquecedores/superaquecedores. Os retângulos pontilhados 1156 economizadores. O retângulo preto sólido 1134 representa um gerador de vapor de baixa pressão separado para produzir vapor auxiliar para propósitos de utilidade, O retângulo pontilhado 1126 representa superfícies de aquecimento futuro. O conduto de ar secundário 1140 partindo do aquecedor de ar regenerativo 1142 é também mostrado aqui. As linhas tracejadas 1122 são as ligações de vapor que alimentam a turbina de vapor 1100 com vapor supercrítico e/ou vapor de reaquecimento. As linhas sólidas 1148 são linhas de vapor de reaquecimento frio e água de alimentação dos aquecedores de água de alimentação e a turbina de vapor. [074] A Figura 14 é uma vista plana (isto é, a partir do topo) mostrando detalhes adicionais do gerador de vapor de torre termomodificada. As linhas 1158 no meio representam a superfície de aquecimento de convecção. Os dois círculos 1144 no lado direito representam aquecedores de ar regenerativos. As nove estruturas em formato hexagonal 1152 representam pulverizadores de carvão. [075] A Figura 15 é uma vista lateral (ao longo de um eixo-x imaginário) do gerador de vapor de torre modificada tendo uma diferença de elevação de base comparada com a turbina de vapor 1100, que reduz o comprimento da linha de vapor. A estrutura 1154 no centro representa o recinto de forno. O recinto de passagem de convecção 1155 está acima do recinto de forno. O retângulo 1156 na direita representa a passagem de descarga adicional à jusante do recinto de passagem de convecção. As linhas 1122 são as ligações de vapor que alimentam a turbina de vapor 1100 com vapor supercrítico e/ou vapor de reaquecimento. As linhas pretas 1148 são linhas de vapor de reaquecimento frio e água de alimentação dos aquecedores de água de alimentação e turbina de vapor. Deve ser notado que as linhas pretas são deslocadas da turbina de vapor para o recinto de passagem de convecção horizontal, que não é completamente visível aqui. Novamente, note que a turbina de vapor está localizada na elevação 1132. A Figura 16 é similar à Figura 15, exceto que a turbina de vapor 1100 está localizada na mesma elevação 1133 que o gerador de vapor. [076] Nota-se que o recinto de passagem de convecção é representado nas várias figuras como tendo uma trajetória de gás única. Também é considerado que o recinto de passagem de convecção pode incluir trajetórias de gás paralelas, onde uma trajetória de gás pode ser usada para controlar a temperatura de vapor usando orientação de gás. [077]A Figura 17 é uma vista lateral mostrando outra modalidade do gerador de vapor de torre invertida de aspiração descendente. Esta modalidade também inclui um recinto de forno de aspiração descendente 1010, um recinto de passagem de convecção 1030, d um túnel de tremonha 1070. Como antes, uma saída de gás de fundo está presente na extremidade de fundo do recinto de forno de aspiração descendente, e uma entrada de gás de fundo está presente na extremidade de fundo do recinto de passagem de convecção. Aqui, a parte superior do túnel de tremonha é formada pelas extremidades de fundo do recinto de forno de aspiração descendente 1010 e o recinto de passagem de convecção 1030. A saída de gás de fundo 1022 do recinto de forno de aspiração descendente 1010 inclui um bocal se estendendo para fora que contrai em diâmetro quando se estende das paredes 1016 do túnel de combustão para formar uma garganta 1026. A entrada de gás de fundo 1036 do recinto de passagem de convecção 1030 inclui um furo de passagem voltado para dentro 1033. É considerado que a garganta 1026 da saída de gás de fundo se estende para dentro do furo de passagem 1038 da entrada de gás de fundo para formar uma passagem através da qual o gás de combustão (seta 1002) pode fluir do recinto de forno de aspiração descendente para o recinto de passagem de convecção. Deve ser notado que as paredes do túnel de combustão (1016) e do recinto de passagem de convecção (1035) não são soldadas juntas. No entanto, as faces verticais planas dos dois recintos são colocadas estreitamente juntas para permitir o uso de conexões de alternância de vedação à prova de gás, flexíveis. Em adição, reforço de pilar (não mostrado) pode ser usado para controlar o movimento relativo dos dois recintos que pode ocorrer. O recinto de forno de aspiração descendente 1010 e o recinto de passagem de convecção 1030 incluem uma abertura na parte inferior do túnel de tremonha, onde o transportador de corrente submerso 274 está localizado. Os vários bancos (reaquecimento, superaquecimento, economizador) no recinto de passagem de convecção 1030 não são ilustrados aqui. [078]A presente invenção foi descrita com referência às modalidades exemplares. Obviamente, modificações e alterações ocorrerão a outros na leitura e entendimento da descrição detalhada precedente. É pretendido que a presente invenção seja construída como incluindo todas as tais modificações e alterações na medida em que se encontram dentro do escopo das reivindicações anexas ou os equivalentes das mesmas.

Claims

1. Gerador de vapor, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um recinto de forno de aspiração descendente formado a partir de paredes feitas de tubos resfriados de água ou vapor, e em que as paredes do forno definem uma extremidade de topo e uma saída de gás de fundo; um recinto de passagem de convecção incluindo uma entrada de gás de fundo e bancos de tubos horizontais localizados acima da entrada de gás de fundo; um túnel de tremonha conectando a saída de gás de fundo do recinto de forno de aspiração descendente para a entrada de gás de fundo do recinto de passagem de convecção; e um terminal de saída de vapor localizado na base do gerador de vedação.

2. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente inclui uma entrada de gás para receber o gás de combustão de um forno associado.

3. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende uma caixa de vento e queimadores na extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente para gerar gás de combustão.

4. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás de combustão que sai do recinto de passagem de convecção é recirculado para a extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente.

5. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás de combustão que sai do recinto de passagem de convecção é recirculado para uma base do recinto de forno de aspiração descendente.

6. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás de combustão que sai do recinto de passagem de convecção é recirculado para uma base do recinto de passagem de convecção.

7. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás de combustão que sai do recinto de passagem de convecção passa através de um aquecedor de ar regenerativo para a extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente, uma base do recinto de forno de aspiração descendente, ou uma base do recinto de passagem de convecção.

8. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás de combustão que sai do recinto de passagem de convecção passa através de um dispositivo de limpeza de particulado e então é recirculado para a extremidade de topo do recinto de forno de aspiração descendente, uma base do recinto de forno de aspiração descendente, ou uma base do recinto de passagem de convecção.

9. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o túnel de tremonha é revestido com material refratário.

10. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que túnel de tremonha inclui um transportador de corrente submerso para remover cinza e resíduo.

11. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o transportador de corrente submerso se desloca em linha com o fluxo de gás de combustão.

12. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o transportador de corrente submerso se desloca transversal ao fluxo de gás de combustão.

13. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o túnel de tremonha é formado a partir de painéis de tubo resfriado por água ou vapor.

14. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que vedações de calha de água estão presentes entre o recinto de forno de aspiração descendente, o túnel de tremonha, e o recinto de passagem de convecção.

15. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluido nos tubos do recinto de forno de aspiração descendente flui contra a corrente para o fluxo de gás de combustão.

16. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o recinto de passagem de convecção é formado a partir de paredes de recinto feitas de tubos resfriados de vapor ou água, em que o fluido de resfriamento nos tubos do recinto de passagem de convecção flui com a corrente para o fluxo de gás de combustão.

17. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os bancos de tubo horizontal no recinto de passagem de convecção incluem superaquecedores, reaquecedores, e economizadores.

18. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gerador de vapor ainda compreende um recinto de passagem horizontal superior conectado a uma extremidade de topo do recinto de passagem de convecção e uma passagem de descarga, a passagem horizontal superior e a passagem de descarga contendo bancos de tubo adicionais.

19. Gerador de vapor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o túnel de tremonha é formado por uma garganta se estendendo para fora da saída de gás de fundo do recinto de forno de aspiração descendente que se estende em um furo de passagem da entrada de gás de fundo do recinto de passagem de convecção.