BR102014023072B1 - sistema de condensação à vácuo utilizando condensador evaporativo e sistema de remoção de ar acoplado as turbinas de condensação em termoelétricas - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDO CONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS.preferencialmente fabricado em aço inoxidável, ligas metálicas ou outros materiais. Esse sistema de condensação é basicamente composto por um condensador evaporativo (03), sistema de remoção de ar com ejetores (15, 16, 17) e condensadores, sistema coletor de vapor de escape da turbina com dutos e sistema de coleta e retorno de condensado para a caldeira. O vapor de escape gerado na turbina é direcionado pelo sistema coletor de vapor, condensado no condensador evaporativo, o ar é retirado do sistema pela remoção de ar (ejetores) e o condensado é devolvido para a caldeira pelo sistema de condensado.

Description

1.CAMPO DA INVENÇÃO

2.O presente documento de patente de invenção refere-se a um sistemaautomatizado e eficiente resultante da combinação de um coletor de vapor de escape, dutos de vapor, condensador ou condensadores evaporativos autossuficientes com baixo consumo energético e ejetores para remover o ar do equipamento. Essa combinação de equipamentos interconectados promove a condensação à vácuo do vapor de escape das turbinas com baixo consumo energético, mais especificamente, têm como efeito técnico a aplicação do vácuo (baixa pressão), criando mais um efeito nos rotores das turbinas em usinas termoelétricas como forma de melhorar a eficiência térmica aproveitando a energia do vapor com baixa temperatura e pressão até a condensação.

3.FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

4.Atualmente a cogeração de energia em termoelétricas de usinassucoenergéticas tem ganhado bastante credibilidade, uma vez que a biomassa é queimada em caldeiras produtoras de vapor, substituindo combustíveis de fontes não renováveis, como gás natural e carvão. O processo de cogeração de energia elétrica através da queima da biomassa tem sido um dos grandes produtos das usinas sucoenergéticas, porém a eficiência (relação kg- vapor/MW) dos sistemas é o principal objetivo do processo. Os processos convencionais de condensação do vapor de escape de turbinas apresentarem um consumo energético relativamente alto quando comparado com o sistema requerido como privilégio inventivo neste documento, podendo ser atribuído ao fato dos sistemas modernos serem compostos basicamente por um condensador casco/tubo refrigerado por água recirculada em uma torre de resfriamento.

5.A cogeração de energia, além de suprir o abastecimento de energia daprópria usina, gera excedentes que são comercializados, tornando um produto rentável para as usinas sucoenergéticas. Esse processo inicia-se com a queima da biomassa em caldeiras geradoras de vapor de alta pressão que é direcionado para as turbinas, esse vapor movimenta os rotores solidários ao eixo e na extremidade do eixo há um gerador que converte energia mecânica em energia elétrica. O vapor que sai da caldeira e é injetado na turbina possui alta pressão em condições de superaquecimento, nesse contexto o vapor movimenta um conjunto de rotores em série, tendo sua pressão e temperatura reduzida até o escape da turbina. Idealmente para aproveitar a energia de pressão do vapor integralmente na turbina é necessário reduzir a pressão até o vácuo absoluto conseguindo assim o máximo de rendimento do processo. Isso só é possível com o uso de condensadores no vapor de escape da turbina e sistema de ejetores.

6.Uma necessidade do ciclo de vapor está na recuperação de águatratada (condensado de vapor) esse processo gera um custo e um tempo operacional elevado para as termoelétricas. Devido esses fatores há uma necessidade de condensar os vapores para realimentar com água tratada as caldeiras produtoras de vapor motriz (vapor de alta pressão). O sistema requerido integra esse reaproveitamento de água condensada no condensador evaporativo com a alimentação de água na caldeira, mantendo o principio de aproveitamento da água tratada.

7.O consumo energético dos sistemas convencionais de condensação dovapor de escape que utilizam um condensador casco/tubo e torres de resfriamento ultrapassa em 70% o sistema requerido neste documento. Como nesse processo há uma necessidade de condensar esse vapor, no Brasil e outros Países tem se desenvolvido torre de resfriamento associada a um condensador casco-tubo, porém esse processo gera um consumo elevado de energia para movimentação da água de resfriamento do condensador casco/tubo e da torre de resfriamento.

8.Em países de baixa temperatura é utilizado os condensadores à seco(“air coolers”) composto por um condensador casco/tubo associado com torre de resfriamento a seco para condensar o vapor de escape de turbina, nesse caso a potência utilizada na condensação está diretamente ligada ao consumo de energia pelo exaustor de calor. Embora essa tecnologia de refrigeração aparentemente demande um consumo energético baixo o mesmo é provido de uma estrutura física maior e impossibilita a instalação desses sistemas em países tropicais quando comparado com o sistema requerido como privilégio.

9.O condensador evaporativo utilizado para condensar o vapor e gerarvácuo na turbina requerido, aproveita o calor latente da evaporação da água no meio ambiente e através da movimentação do ar sobre os feixes tubulares molhados promovem o efeito de “temperatura de bulbo úmido” resfriando os feixes tubulares do condensador. A temperatura de bulbo úmido é a temperatura mais baixa que pode ser alcançada apenas pela evaporação da água no ambiente. É a temperatura que se sente quando a pele está molhada e está exposta a movimentação de ar.

10.ESTADO DA TÉCNICA

11.A busca realizada no banco de patentes destinou apresentar documentos patenteáveis de diferentes sistemas de arrefecimento do vapor de escape de turbinas de condensação de termoelétricas.

12.O documento de patente norte americano US 3831667 intitulado como COMBINATION WET AND DRY COOLING SYSTEM FOR A STEAM TURBINE revela um sistema de arrefecimento que combina ação molhada e seca para uma turbina de vapor de fluxo axial, com uma porção do vapor de escape da turbina sendo condensado pela água de refrigeração que circula através de um condensador casco/tubo refrigerado por uma torre de resfriamento; e tendo outra porção do vapor de exaustão condensado por líquido refrigerante circulado em um permutador de calor de tubos com aletas, no qual o calor a partir do fluido de arrefecimento líquido é transferido para o ar, e o líquido refrigerante é passado através dos tubos que se prolongam através do condensador, ou o líquido de arrefecimento é pulverizado diretamente para o condensador para fornecer a mistura de condensação, proporcionando, assim, um sistema de refrigeração provido de torres de resfriamento de água menor do que torres de resfriamento secas.

13.Outro documento de patente norte americano US 4156349 A intituladocomo DRY COOLING POWER PLANT SYSTEM revela um sistema para usinas termoelétricas que combinam a ação de um condensador ou resfriamento torre de refrigerado a ar (seca). Embora esse sistema seja utilizado para condensar o vapor de escape de turbinas termoelétricas a mesma apresenta um conceito inventivo totalmente distinto do sistema requerido como privilégio neste documento.

14.O documento de patente norte americano US 3881548 A intitulado como MULTI-TEMPERATURE CIRCULATING WATER SYSTEM FOR A STEAM TURBINE revela um sistema de condensação que utiliza uma torre de arrefecimento em várias fases para proporcionar multi-temperatura da água de circulação para um ou mais condensadores, e assim permitir uma maior transferência de calor na torre de arrefecimento para condensação do vapor de escape.

15.O documento de patente chinesa CN203177688 (U) intitulada como EFFICIENT WATER RING VACUUM PUMP SYSTEM FOR CONDENSING STEAM TURBINE UNIT revela um modelo de utilidade de um sistema de condensação a vácuo com objetivo de melhorar a eficiência mecânica da turbina a vapor. O sistema de condensação à vácuo compreende de uma caldeira, uma turbina de condensação de vapor, um gerador, um condensador de vapor, uma bomba de calor de absorção melhorada, uma torre de resfriamento, um dispositivo de aquecimento de baixa temperatura, um coletor de calor de escape e uma bomba de vácuo. Embora essa invenção apresente uma condensação a vácuo através do posicionamento de equipamentos sem série e sequencia como novidade, a potência utilizada para alimentar as torres de resfriamento, bomba de vácuo e todo o sistema revelado é significantemente maior que a potência consumida pelo sistema requerido.

16.O documento de patente chinesa CN202250270 (U) intitulada como STEAM TURBINE CONDENSING SYSTEM revela um modelo de utilidade de um sistema para condensação do vapor de escape de uma turbina de condensação, que compreende um compressor, um aquecedor, um alívio de expansão, um condensador de vapor.

17.O documento de patente WO 2011067619 intitulado como HYBRID COOLING SYSTEM revela um sistema híbrido de arrefecimento para condensar o vapor de escape de uma turbina a vapor, que compreende um sistema de refrigeração do circuito de refrigeração a seco, uma unidade de refrigeração por ar seco que realiza a dissipação do calor da água de arrefecimento. De acordo com a invenção, a água de arrefecimento que circula no circuito de refrigeração a seco está separada da água de arrefecimento que circula no circuito de refrigeração úmida, e os circuitos de arrefecimento seco e molhado estão ligados a um comum condensador.

18.O documento de patente norte americano US 6233941 intitulado como CONDENSATION SYSTEM revela um sistema de condensação para a condensação do vapor de escape da turbina que utiliza em conjunto um condensador de superfície e um condensador de contato direto. O sistema combina uma torre de arrefecimento híbrido que combina a ação molhado- seco. De acordo com a invenção tem as vantagens de que os custos de fabricação do condensador de instalação ser reduzida por redução da superfície de aquecimento do tubo, a potência da turbina é aumentada através da redução da pressão do condensador causada pela torre de refrigeração híbrida.

19.O documento de patente Coreano KR20100057573 intitulado como THE CONDENSING SYSTEM FOR STEAM TURBINE USING REFRIGERANT EVAPORATION HEAT revela um sistema para condensar o vapor de escape de turbinas que compreende um condensador de vapor no qual circula o fluido de arrefecimento, um condensador que condensa o refrigerante de gás gerado no condensador de vapor, um tanque de fluido de arrefecimento, o refrigerante líquido condensado no condensador e uma bomba. Um circuito de arrefecimento do refrigerante é formado pelo condensador de vapor, um tanque de fluido de arrefecimento e bombas de abastecimento de fluido ligado através de tubos dentro de um circuito fechado.

20.Outro documento de patente norte americano US2014034273 intitulado como EVAPORATIVE CONDENSER RADIATING MODULE FOR STEAM EXHAUST OF A STEAM TURBINE revela um condensador evaporativo condensando o vapor de escape de turbinas que compreende um feixe de tubos e câmaras de vapor.

21.Conforme apresentado neste documento as tecnologias de condensação do vapor de escape e aplicação do vácuo nos rotores das turbinas em usinas termoelétricas apresenta um desenvolvimento crescente, porém a eficiência desses equipamentos de condensação a vácuo é questionável. Visando desenvolver um sistema de condensação a vácuo mais eficiente os inventores desenvolveram esta invenção especialmente para aplicação de usinas termoelétricas a qual sana alguns inconvenientes oferecidos pelos sistemas disponíveis atualmente.

22.OBJETIVO DA INVENÇÃO

23.Com intuito de melhorar a eficiência das usinas termoelétricas foi desenvolvido esse sistema de condensação a vácuo acoplado as turbinas, que utiliza a condensação para reduzir a pressão aumentando os efeitos da turbina (eficiência). Esse sistema é acoplado na turbina com objetivo de condensar o vapor e gerar vácuo nos rotores ao longo das turbinas. A eficiência desse sistema está no baixo consumo energético utilizado para o funcionamento desse sistema, aumentando assim a energia liquida da cogeração e consequentemente maior rentabilidade.

24.As características positivas desse sistema quando comparado com os atuais encontrados no mercado está no baixo consumo energético, baixos custos operacionais e de manutenção, maior potencia liquida na geração, pode ser produzido em módulos, dispensa o uso de torres de resfriamento, instalação compacta e Baixa reposição de água.

25.SUMÁRIO DA INVENÇÃO

26.Em sumária descrição o SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDO CONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS é resultante da combinação de coletor de vapor, duto de vapor, tanque de condensado, condensador evaporativo com exaustor, sistema de recirculação, ejetores e condensador de ejetores. Esses equipamentos posicionados em serie e sequencia tem como efeito técnico a condensação do vapor de escape à vácuo nos rotores ao longo da turbina (sentido contrário ao fluxo de vapor). Tal sistema se diferencia na eficiência energética do condensador evaporativo que realiza a condensação de todo o vapor de escape em uma estrutura simples; composta por um exaustor para circular o ar através de um feixe tubular molhado, aproveitando-se para realizar a condensação. O sistema de pulverização e recirculação de água realiza o molhamento dos feixes de tubos e sistema de ejetores para remover o ar do sistema.

27.BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

28.FIGURA 1a - CORRESPONDE A UMA VISTA ISOMÉTRICA DOSISTEMA DE CONDENSAÇÃO A VÁCUO.

29.FIGURA 1b - FIGURA 3 - CORRESPONDE A UMA VISTAISOMÉTRICA DO DUTO DE VAPOR QUE INTEGRA A TURBINA NO CONDENSADOR EVAPORATIVO.

30.FIGURA 2- CORRESPONDE A UMA VISTA EM PLANTA DOSISTEMA DE COGERAÇÃO DE ENERGIA UTILIZANDO O SISTEMA DE CONDENSAÇÃO A VÁCUO PARA CONDENSAR O VAPOR DE ESCAPE.

31.FIGURA 3 - CORRESPONDE UMA VISTA LATERAL DO SISTEMA DE CONDENSAÇÃO A VÁCUO DEMONSTRANDO OS COMPONENTES DA CAPTAÇÃO DO CONDENSADO DE VAPOR DE ESCAPE.

32.FIGURA 4 - CORRESPONDE A UMA VISTA LATERAL DO SISTEMA DE CONDENSAÇÃO A VÁCUO DEMONSTRANDO OS COMPONENTES DO SISTEMA DE RECIRCULAÇÃO DE ÁGUA.

33.FIGURA 5 - CORRESPONDE A UMA VISTA ISOMÉTRICA COM CORTE DO CONDENSADOR EVAPORATIVO DEMONSTRANDO OS BAFLES.

34.FIGURA 6a - CORRESPONDE A UMVA VISTA ISOMETRICA DO CONDENSADOR EVAPORATIVO DEMONSTRANDO A ENTRADA DE VAPOR E A SAÍDA DE CONDENSADO, BEM COMO UMA INDICAÇÃO DO FLUXO DE VAPOR (26).

35.FIGURA 6b - CORRESPONDE A UMA VISTA ISOMÉTRICA DO TUBO REPRESENTANDO A CONDENSAÇÃO QUE OCORRE NOS TUBOS DO FEIXE TUBULAR (41) DO CONDENSADOR EVAPORATIVO.

36.FIGURA 7- CORRESPONDE A UMA VISTA EM PLANTA DOSISTEMA TANQUE DE CONDENSADO E BOMBAS DE CONDENSADO.

37.FIGURA 8a - CORRESPONDE A UMA VISTA LATERAL DO DUTO DE VAPOR REPRESENTANDO OS SENSORES DE NÍVEL.

38.FIGURA 8b - CORRESPONDE A UMA VISTA FRONTAL EM CORTEDO DUTO DE VAPOR REPRESENTANDO O TRANSMISSOR DE NÍVEL.

39.FIGURA 8c - CORRESPONDE A UMA VISTA FRONTAL EM CORTEDO DUTO DE VAPOR REPRESENTANDO OS SENSORES DE NÍVEL.

40.FIGURA 9- CORRESPONDE A UMA VISTA DETALHADADEMONSTRANDO OS EJETORES DE PARTIDA DO SISTEMA.

41.FIGURA 10 - CORRESPONDE A UMA VISTA DETALAHDA DOSISTEMA DE REMOÇÃO DE AR DEMONSTRANDO OS EJETORES DE PRIMEIRO E SEGUNDO ESTÁGIO.

42.DESCRIÇÃO DETALHADA

43.Conforme se infere dos desenhos que acompanham e fazem parte integrante desse relatório descritivo de patente de invenção é revelado nesse documento um SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDO CONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS preferencialmente fabricado em aço inoxidável, ligas metálicas ou outros materiais. Esse sistema de condensação é basicamente composto por um coletor de vapor de escape (02), duto de vapor (01), um condensador evaporativo (03) e ejetores (15, 16, 17) com condensadores de ejetores (13, 14). O funcionamento do sistema para cogeração de energia inicia-se com a queima do bagaço da cana-de-açúcar em caldeiras produtoras de vapor de alta pressão. Esse vapor é injetado na turbina para movimentar os rotores e produzir energia elétrica. O vapor de escape que sai da turbina é coletado pelo coletor de vapor e é encaminhado para o condensador evaporativo para a condensação e o condensado formado é bombeado para alimentar a caldeira conforme apresentado na figura 2.

44.O vapor produzido nas caldeiras de alta pressão é encaminhado para as turbinas movimentando os rotores presos ao eixo que gera energia mecânica. No eixo da turbina há um gerador que converte a energia mecânica em energia elétrica. Como os rotores estão posicionados em funcionamento sequencial na turbina do primeiro (entrada do vapor de alta pressão) para ultimo (saída do vapor para o sistema de condensação) o vácuo criado pelo sistema segue em sentido a favor do fluxo de vapor, garantindo assim menor pressão nos últimos rotores. Nesse ultimo estágio os rotores de uma turbina de condensação são projetados para funcionar com vapor de baixa pressão. Para melhor descrição o sistema faz com que a pressão no interior da turbina mude de positivo para negativo no ultimo estágio de condensação da turbina. A temperatura de condensação à pressão atmosférica é 100°C enquanto que a temperatura de condensação num vácuo de 0,11 bar (ou menor) é a 48°C.

45.O duto de vapor (01) suspenso por suportes (22) coleta o vapor de escape da turbina de condensação através do coletor de vapor (02) utilizando o segundo princípio da termodinâmica: Para que a o vapor produza trabalho, é necessário haver um diferencial de temperatura e pressão. O vapor de escape já com baixa pressão é conduzido ao condensador evaporativo (03), onde ocorre a transformação do vapor em água condensada que novamente é feita com o auxilio da recirculação de água. O vapor de escape da turbina passa pelo duto (01) e é distribuído por dutos de distribuição (04) nas câmaras de entrada de vapor (05), distribuído nos feixes tubulares (41) e drenado na base das câmaras de saída de vapor (08) do condensador evaporativo (03).

46.O condensado desse vapor é drenado na base (24) das câmaras desaída (08) do condensador evaporativo (03) e armazenado no tanque de condensado (27). O tanque de condensado (27) serve como um reservatório de água condensada que é bombeada por bombas (31) para o ciclo da turbina. O tanque de condensado (27) fica suspenso em uma base (29) e recebe a água condensada de todo o sistema de condensação a vácuo pela tubulação (28). Mais especificamente recebe água condensada de vapor de escape do duto (01), condensado do condensador evaporativo (03), condensado de vapor do condensador intermediário (13) e condensado do purgador (67) do separador de vapor (47).

47.O sistema é provido de tubulações (71, 72, 73, 74) que descarta o condensado do condensador evaporativo (03), condensador intermediário (13), separador de vapor (47) e duto de vapor (01) no tanque (27). Essa tubulação de descarte de condensado deve ficar submersa no tanque, ou seja, é necessário ter um nível mínimo de água no tanque de condensado para manter essa tubulação imersa e não quebrar o vácuo.

48.A água do tanque (27) de condensado pode ser retirada por duas bombas de condensado (31) conectadas por tubulação (30), durante a operação uma bomba fica ligada e a outra fica de reserva. O nível de condensado no tanque é controlado por um transmissor de nível instalado na parte inferior do tanque (27) e por uma válvula de controle na linha de saída. Quando o nível de condensado atinge o ponto mais baixo, a válvula fecha e quando o nível de condensado começa a atingir um ponto mais alto, a válvula abre. Quando o nível atinge a extremidade superior aciona a chave de nível. Para ajudar baixar o nível do tanque, a bomba de condensado (31), que estava parada, é ligada, e esse status é mantido até baixar o nível. As bombas de condensado (31) são seladas com água externa, por segurança uma válvula atuada é colocada na entrada de água garantindo que nenhuma bomba ligue quando a válvula estiver fechada. Na entrada de água de selo de cada bomba tem uma válvula manual, está deve permanecer aberta.

49.Todo o condensado de vapor do duto (01) deve ser retirado garantindo que não retorne para a turbina. O condensado é retirado por drenos (33) na parte mais baixa do duto (01), neste tem um ponto de monitoração do nível e para segurança mais dois pontos (34, 35) de monitoração são instalados no duto (01). A redundância do sistema com a instalação de três instrumentos de nível serve para assegurar que o operador seja informado e que as ações sejam tomadas

50.O sistema é provido de um controle de segurança que impede a operação da turbina com o nível alto de condensado no duto, impedindo assim a chegada de liquido nos rotores da turbina. Esse sistema é composto por um transmissor de nível (36) e chave de nível que monitoram o nível no interior do duto. Caso esse atinja o nível da primeira chave ( nível alto de atenção), o operador será avisado, a fim de se verificar o funcionamento do sistema de drenagem no duto (bombas). Se o nível continuar a subir e atingir a segunda chave (nível de emergência operacional) o operador será avisado que o suprimento de vapor da turbina será fechado em “X” segundos e todo sistema será paralisado a fim de proteger o retorno de condensado para a turbina. O sistema ficara parado até que todo o condensado seja removido do duto e o sistema de drenagem verificado.

51.O componente principal do sistema é o condensador evaporativo (03), um equipamento que utiliza de princípios termodinâmicos para realizar a condensação dos vapores de escape da turbina e gerar vácuo nos rotores no ultimo estágio da turbina. Os principais componentes do Condensador Evaporativo são o exaustor ar aquecido (10), câmaras de vapor (05, 08), feixe de tubos (41), tanque de condensado (27), filtro (44), bombas de recirculação (46), bicos pulverizadores (40) de água, calhas (76), grade para eliminação de gotas (92), bafles (06), suporte (09) e plataforma de acesso (68).

52.Esse condensador (03) apresenta um aperfeiçoamento construtivo e operacional. Construtivamente esse equipamento foi aperfeiçoado para condensar à vácuo o vapor de escape da turbina através de um sistema de feixes tubulares (41) resfriado pela ação conjunta da corrente de ar produzida pelo exaustor (10) e a pulverização de água pelos bicos pulverizadores (40) formando o efeito físico de temperatura de bulbo úmido. O vapor de escape da Turbina é conduzido pelo duto de vapor e distribuído pelos dutos distribuidores nas câmaras de entrada de vapor (05) e distribuído nos feixes tubulares (41) do condensador evaporativo (03). Sobre os feixes (41) há um conjunto de bicos sprays (40) que pulverizam água na superfície externa dos tubos (90), através da cortina de água onde há um fluxo de ar movimentado pelo exaustor (10) que resfria a água até a temperatura de bulbo úmido. O vapor em contato com a parede resfriada dos tubos sofre condensação, e esse condensado movimenta- se para as câmaras de saída de vapor que na base há um dreno que retira esse condensado e encaminha para um reservatório (27) de água condensada. É válido ressaltar que o vapor de escape da turbina que é condensado no interior dos feixes tubulares circula somente no interior dos feixes e a água de refrigeração responsável por resfriar os tubos não tem contato direto com o vapor a ser condensado. Esse condensador evaporativo é simetricamente igual, provido de dois feixes tubulares (41), dois sistemas de pulverização (40), calhas triangulares (91), calha ou reservatório de água de arrefecimento (76) posicionado em laterais opostas.

53.O condensador (03) é provido de um exaustor (10) movimentado por um motor (12) elétrico que impulsiona a hélice (18) e movimenta o ar formando uma corrente de ar no centro do condensador evaporativo (03) que exausta o calor para fora do equipamento. Essa movimentação do ar juntamente com a pulverização de água sobre os feixes tubulares (41) promove o efeito de condensação utilizando a temperatura de bulbo úmido. Para que essa exaustão não arraste água o condensador evaporativo é provido de uma tela que elimina o arraste de gotas.

54.O sistema de recirculação molha os feixes tubulares (41) do condensador e os ejetores retiram os incondensáveis (ar), mantendo assim o vácuo no sistema que se propaga até os rotores à vácuo das turbinas de condensação. Nessa disposição do sistema de condensação os ejetores (15, 16, 17) são posicionados na parte superior do condensador evaporativo. Eles retiram o ar como uma forma de tornar a troca de calor mais eficiente, uma vez que o os gases do ar são incondensáveis.

55.O sistema de bicos pulverizadores (40) (sprays) recebe água da bomba (46) de recirculação armazenada em uma calha (76) e drenada por tubulação (78) posicionada na base do condensador (03). Essa água da calha do condensador evaporativo é constantemente recirculada para manter molhada a parede externa dos tubos (93). A recirculação é feita com o bombeamento de água até os bicos pulverizadores (40) sobre os feixes tubulares. A bomba de recirculação recebe a água que sai das calhas (76, 75) caminha no interior da tubulação (45) que passam no interior do condensador intermediário (13) e final (14), desses a água sai e vai para o conjunto de bicos sprays (40) formando uma cortina de água sobre os tubos. Essa recirculação de água é aproveitada para arrefecer o interior do condensador intermediário (13) e final (14) para condensar o vapor motriz dos ejetores está junto com o ar e é descartado pelos Ejetores (15, 16, 17).

56.Essa água pulverizada sobre os tubos (93) quentes juntamente com a movimentação do ar promove uma evaporação de parte dessa água de arrefecimento, que é constantemente reposta de acordo com o nível de água da calha (76). Esse controle de água é realizado por um transmissor de nível (43) que detecta o nível na calha (76) e através da modulação da válvula de controle de entrada (42) de água de reposição para manter o nível de água acordo com o desejado. Essa reposição de água é calculada de acordo com a quantidade evaporada sendo 1:1, ou seja, para cada 75 t/h de vapor condensado é necessário repor 75 t/h de água.Comparando com os sistemas convencionais de condensação é necessário repor menor quantidade de água.

57.Para evitar que detritos sejam jogados nos bicos sprays (40) causando o entupimento é instalado um filtro (44) na sucção da bomba de recirculação (46). Recomenda-se abrir a válvula do filtro da bomba (46) de recirculação pelo menos uma vez ao dia, por um curto período de tempo, para eliminar a sujeira que se encontra no interior do filtro (44). Se necessário substituir a água do condensador (03) é aberto o dreno localizado na parte inferior da calha (76) ou pela válvula do filtro (44) da bomba de recirculação (46) eliminam toda a água.

58.Outro diferencial desse sistema é o fato da remoção de ar ser realizada com ejetores (15,16,17) causando uma economia de energia quandocomparado com os sistemas que utilizam bomba de vácuo, pois os ejetores operam com vapor de alta pressão e as bombas operam consumindo energia elétrica. O Condensador Intermediário (13) e o Condensador Final (14) são essenciais para o sistema de remoção de ar do sistema, pois com dois ejetores trabalhando na sequência para atingir o vácuo de operação é necessário colocar entre os ejetores um condensador (13); que tem como função condensar o vapor que é descartado do ejetor do 1° (16) estágio, para então o ejetor do 2° (17) estágio succionar apenas ar. O vapor condensado no condensador intermediário (13) é descartado no tanque de condensado (27) e do condensador final (14) é descartado na calha (76) do condensador evaporativo (03).

59.Os ejetores (15,16,17) têm como função remover os gasesincondensáveis (ar) do sistema, fazendo isso através da passagem de vapor de alta pressão pelo bico que causa a diminuição da pressão estática, arrastando assim o ar para fora do equipamento. O sistema requerido como privilégio é composto por um Ejetor de Partida (15), um Ejetor 1° Estágio (16) e um Ejetor 2° Estágio (17) podendo ou não ter ejetores reservas (50, 52). Conforme são representados nas figuras os ejetores são providos de uma entrada de vapor, uma entrada de ar, uma saída de ar e vapor e um bico que operam para remover o ar do sistema.

60.O Ejetor de 1° estágio (16),2° estágio (17) e Partida (15) têmcaracterísticas diferentes, conforme segue abaixo: i.Ejetor de Partida (15): tem como característica uma vazão maior de ar, porém não consegue atingir o vácuo de operação, por isso é utilizado apenas na partida do condensador e depois é fechado. ii.Ejetor 1° Estágio (16): com uma vazão menor de ar, porém com capacidade de atingir o vácuo de operação em conjunto com o ejetor 2° estágio, o ejetor do 1° estágio é responsável por retirar todo o ar da câmara do Condensador Evaporativo e descartar no condensador intermediário. iii.Ejetor 2° Estágio (17): com uma vazão menor de ar, porém com capacidade de atingir o vácuo operação, puxa apenas o ar descartado pelo ejetor do 1° estágio e descarta no condensador final (atmosfera).

61.O sistema ainda é composto por um separador de vapor (47) que separa o vapor do condensado previamente a alimentação nos ejetores (15, 16, 17). O separador (47) de vapor é composto pelos seguintes itens: Corpo do Separador de Vapor é utilizado para separar detritos que estejam na tubulação e o condensado do vapor; Entrada de Vapor; Saída de Vapor para os Ejetores; Saída de Condensado para o tanque de condensado; Válvula de Dreno; Válvula de bloqueio do Transmissor de Pressão; Tanque selo do Transmissor de Pressão; Transmissor de Pressão utilizado para monitorar a pressão de vapor na linha de entrada; Válvula de bloqueio da saída de condensado; Filtro Y usado para proteger o purgador de sujeiras do sistema e purgador.

62.A alimentação de vapor nos ejetores (15, 16, 17) é direcionada pelo separador (47) e por tubulações (54) até os ejetores. O vapor segue por dois caminhos, um dos caminhos alimenta os Ejetores de Partida (15) e o outro alimenta os Ejetores de 1° Estágio (16) e 2° Estágio (17).

63.Conforme representado nas figuras essa disposição construtiva dos ejetores (15, 16, 17) é provida de um sistema de entrada de vapor de forma autônoma quando acionado para realizar vácuo durante a partida libera vapor para os Ejetores de Partida (15), 1° Estágio (16) e 2°Estágio (17) e quando atinge o vácuo de partida (próximo o de operação) bloqueia a entrada de vapor para os Ejetores de Partida (15).

64.Cada ejetor (15, 16, 17) dispõe de uma válvula manual na entrada devapor, utilizada para a manutenção do sistema.

65.Para retirada de ar do sistema no inicio do processo é utilizado osEjetores de Partida (15) provido de uma vazão maior de ar.

66.A sucção do ejetor do 1° estágio (16) fica ligada nas câmaras de saída de vapor do condensador evaporativo para retirar o ar do sistema e descarta no condensador intermediário (13), o ejetor do 2° (17) estágio é responsável por retirar apenas o ar do condensador intermediário (13) e descartar no condensador final (14) e todo o ar do condensador final (14) sai para atmosfera através do silenciador (19).

67.Conforme representado o sistema de condensação a vácuo a remoção do ar e a pressão de cada condensador evaporativo (03) é monitorada e controlada com auxílio de um vacuômetro e um transmissor de pressão absoluto.

68.Por tudo apresentado este documento de patente de invenção se refere a um sistema de condensação a vácuo que pode ser projetado e fabricado em diferentes tamanhos e capacidades.

Claims (8)

1.SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDOCONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS é caracterizado por ser um sistema de condensação à vácuo preferencialmente fabricado em aço inoxidável composto por um coletor de vapor de escape (02), duto de vapor (01), um condensador evaporativo (03), ejetores (15, 16, 17) e condensadores de ejetores (13,14); o duto de vapor (01) suspenso por suportes (22) coleta o vapor de escape da turbina de condensação através do coletor de vapor (02); o vapor de escape já com baixa pressão é conduzido ao condensador evaporativo (03), onde ocorre a transformação do vapor em água condensada que é feita com o auxílio da recirculação de água; O vapor de escape da turbina passa pelo duto (01) e é distribuído por dutos (04) nas câmaras de entrada de vapor (05), distribuído nos feixes tubulares (41) e drenado na base das câmaras de saída de vapor (08) do condensador evaporativo (03); o condensado desse vapor é drenado na base (24) das câmaras de saída (08) do condensador evaporativo e armazenado no tanque de condensado (27); o tanque de condensado (27) serve como um reservatório de água condensada que é bombeada por bombas (31) para o ciclo da turbina; o tanque de condensado (27) fica suspenso em uma base (29) e recebe a água condensada de todo o sistema de condensação a vácuo; mais especificamente recebe água condensada de vapor de escape do duto (01), condensado do condensador evaporativo (03), condensado de vapor do condensador intermediário (13) e condensado do purgador (67) do separador de vapor (47); o sistema ainda é provido de tubulações (71, 72, 73, 74) que descarta o condensado do condensador evaporativo (03), condensador intermediário (13), separador de vapor (47) e duto de vapor (01) no tanque (27); a água do tanque (27) de condensado pode ser retirada por duas bombas de condensado (31) conectadas por tubulação (30); todo o condensado de vapor do duto é retirado por drenos (33) na parte mais baixa do duto (01), neste tem um ponto demonitoração do nível e para segurança mais dois pontos (34, 35) demonitoração são instalados no duto (01).

2.SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDOCONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ser provido de um condensador evaporativo (03); tal equipamento é composto por um exaustor ar aquecido (10), câmaras de vapor (05, 08), feixe de tubos (41), tanque de condensado (27), filtro (44), bombas de recirculação (46), bicos pulverizadores (40) de água, calhas (76), grade para eliminação de gotas (92), bafles (06), suporte (09) e plataforma de acesso (68); o condensador (03) é provido de um exaustor (10) movimentado por um motor (12) elétrico que impulsiona a hélice (18) e movimenta o ar formando uma corrente de ar no centro do condensador evaporativo (03) que exausta o calor para fora do equipamento.

3.SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDOCONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ser provido de um sistema de recirculação que molha os feixes tubulares (41) do condensador e os ejetores retiram os incondensáveis (ar), mantendo assim o vácuo no sistema que se propaga até os rotores à vácuo das turbinas de condensação.

4.SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDOCONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ser provido de bicos pulverizadores (40) (sprays) recebe água da bomba (46) de recirculação armazenada em uma calha (76) posicionada na base do condensador (03); a recirculação é feita com o bombeamento de água até os bicos pulverizadores (40) sobre os feixes tubulares; a bomba de recirculação recebe a água que sai das calhas (76) caminha no interior da tubulação que passam no interior do condensador intermediário (13) e final (14), desses a água sai e vai para o conjunto de bicos sprays (40) formando uma cortina de água sobre os tubos; essa recirculação de água é aproveitada para arrefecer o interior do condensador intermediário (13) e final (14) para condensar o vapor motriz dos ejetores está junto com o ar e é descartado pelos Ejetores (15, 16, 17).

5.SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDOCONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ser provido de filtros que evitam que detritos cheguem aos bicos sprays (40) causando o entupimento na sucção da bomba de recirculação (46).

6.SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDOCONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ser provido um sistema de ejetores (15, 16, 17) à vapor que removem o ar.

7.SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDOCONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ser provido de um condensador intermediário (13) e o condensador final (14).

8.SISTEMA DE CONDENSAÇÃO À VÁCUO UTILIZANDOCONDENSADOR EVAPORATIVO E SISTEMA DE REMOÇÃO DE AR ACOPLADO AS TURBINAS DE CONDENSAÇÃO EM TERMOELÉTRICAS de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ser provido de um separador de vapor (47) que separa o vapor do condensado previamente a alimentação nos ejetores (15, 16, 17).

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