BR102016003366A2 - sistemas e método - Google Patents

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Abstract

a presente invenção se refere a um sistema que inclui um motor e um trocador de calor acoplado ao motor. o motor inclui um fluido de motor e pelo menos uma seção de compressor configurada para comprimir um gás, uma trajetória de lubrificante configurada para circular um lubrificante ou uma trajetória de refrigerante configurada para circular um refrigerante. o fluido de motor compreende pelo menos um dentre o gás, o lubrificante ou o refrigerante e o fluido de motor é uma fonte de calor derivada de uma ou mais operações do motor. o trocador de calor é configurado para receber o fluido de motor do motor e trocar calor entre o fluido de motor e um fluido de trabalho para produzir um fluido de trabalho aquecido e um fluido de motor resfriado e o trocador de calor é configurado para exportar o fluido de trabalho aquecido para um sistema de vapor.

Description

“SISTEMAS E MÉTODO” Antecedentes da Invenção [001] A matéria revelada no presente documento refere-se a sistemas de vapor, e mais especificamente, a sistemas e métodos para geração de vapor e recuperação de calor.
[002] Um sistema de vapor pode incluir uma unidade de geração de vapor para gerar vapor, a qual pode ser usada em uma variedade de equipamentos tais como uma turbina a vapor ou para uso em processo de fábrica ou ambos. A unidade de geração de vapor pode usar água a partir de uma variedade de fontes, sendo uma delas água de reposição de fora do ciclo de vapor. Infelizmente, a água de reposição bruta pode incluir várias substâncias corrosivas e/ou gases dissolvidos, os quais podem impactar a longevidade e o desempenho do sistema de vapor. A água de reposição pode estar também em uma temperatura relativamente baixa (por exemplo, temperatura ambiente), o que exige uma quantidade substancial de calor para facilitar a liberação da água dos gases dissolvidos. Tal calor é tipicamente abastecido de vapor extraído de uma turbina a vapor ou desviado de uso em processo de fábrica.
[003] Um motor, tal como um motor de turbina a gás, pode gerar uma quantidade considerável de calor residual. Por exemplo, o motor de turbina a gás pode gerar calor residual no gás de exaustão, lubrificantes, refrigerantes e/ou gás comprimido, tal como um oxidante comprimido (por exemplo, ar). Infelizmente, grande parte do calor associado com esses fluidos é desperdiçada (por exemplo, descarregados na atmosfera), o que reduz a eficiência do motor de turbina a gás.
Breve Descrição [004] As determinadas realizações compatíveis, em escopo, à invenção originalmente reivindicada são resumidas abaixo. Essas realizações não são destinadas a limitar o escopo da invenção reivindicada, mas, ao contrário, essas realizações são destinadas apenas a fornecer um breve resumo das possíveis formas da invenção. De fato, a invenção pode abranger uma variedade de formas que podem ser similares ou diferentes das realizações estabelecidas abaixo.
[005] Em uma primeira realização, um sistema é fornecido. O sistema inclui um motor e um trocador de calor acoplado ao motor. O motor inclui pelo menos uma de uma seção de compressor configurado para comprimir um gás, uma trajetória de lubrificante configurada para circular um lubrificante ou uma trajetória de refrigerante configurada para circular um refrigerante. O fluido de motor compreende pelo menos um dentre o gás, o lubrificante ou o refrigerante. O fluido de motor é uma fonte de calor derivada de uma ou mais operações do motor. O trocador de calor é configurado para receber o fluido de motor do motor e trocar calor entre o fluido de motor e um fluido de trabalho para produzir um fluido de trabalho aquecido e um fluido de motor resfriado e o trocador de calor é configurado para exportar o fluido de trabalho aquecido para um sistema de vapor.
[006] Em uma segunda realização, um desaerador de um sistema de vapor é fornecido. O desaerador é configurado para receber um fluido de trabalho aquecido exportado de um trocador de calor acoplado a pelo menos uma dentre uma seção de compressor, uma trajetória de lubrificante ou uma trajetória de refrigerante de um motor. O desaerador é configurado para remover uma ou mais substâncias corrosivas e/ou gases dissolvidos do fluido de trabalho aquecido para produzir um fluido de trabalho aquecido desaerado antes de gerar vapor no sistema de vapor.
[007] Em uma terceira realização, um método é fornecido. O método inclui fluir um fluido de trabalho através de um trocador de calor. O método inclui também trocar calor entre o fluido de trabalho e um fluido de motor de pelo menos uma dentre uma seção de compressor, uma trajetória de lubrificante ou uma trajetória de refrigerante de um motor para gerar um fluido de trabalho aquecido e um fluido de motor resfriado. O método inclui também exportar o fluido de trabalho aquecido do trocador de calor para um sistema de vapor e produzir, através do sistema de vapor, um abastecimento de vapor através da utilização de pelo menos uma porção do fluido de trabalho aquecido.
Breve Descrição das Figuras [008] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem entendidas quando as seguintes descrições detalhadas forem lidas com referência aos desenhos anexos, nos quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo dos desenhos, em que: A Figura 1 é um diagrama de bloco esquemático que ilustra um sistema de ciclo combinado que tem um sistema de ciclo de vapor, um motor e um trocador de calor intermediário configurado para utilizar um abastecimento de fluido de trabalho, de acordo com realizações da presente revelação; A Figura 2 é um diagrama de bloco esquemático que ilustra uma realização do motor e o trocador de calor intermediário da Figura 1, em conformidade com uma realização da presente revelação; A Figura 3 é um diagrama de bloco esquemático que ilustra uma realização do sistema de ciclo de vapor da Figura 1, em conformidade com uma realização da presente revelação; e A Figura 4 é um diagrama de bloco esquemático que ilustra uma realização do trocador de calor intermediário que exporta um fluido de trabalho aquecido no sistema de ciclo de vapor da Figura 1, em conformidade com realizações da presente revelação.
Descrição Detalhada [009] Uma ou mais realizações específicas da presente invenção serão descritas abaixo. Em um esforço para fornecer uma descrição concisa dessas realizações, todos os recursos de uma implantação real não podem ser descritos no relatório descritivo. Deve-se observar que no desenvolvimento de qualquer tal implantação real, como em qualquer projeto de engenharia ou desenho, inúmeras decisões específicas de implantação precisam ser tomadas para alcançar as metas específicas dos desenvolvedores, tais como, conformidade com as restrições relacionadas ao sistema e relacionadas ao negócio, que podem variar de uma implantação para outra. Além do mais, deve-se observar que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, seria, contudo, uma tarefa rotineira de desenho, fabricação e produção para aqueles de habilidade comum que têm o benefício desta revelação.
[010] Ao introduzir os elementos de várias realizações da presente invenção, os artigos “um”, “uma”, “o”, "a", “dito” e "dita" são destinados a significar que existem um ou mais dentre os elementos. Os termos “que compreende”, “que inclui” e “que tem” são destinados a serem inclusivos e significam que podem existir elementos adicionais, além dos elementos listados.
[011] A presente revelação se direciona a um sistema de ciclo combinado que tem um sistema de ciclo de vapor, um motor e um trocador de calor de motor (por exemplo, trocador de calor intermediário) para vários fluidos de motor (por exemplo, gás comprimido, refrigerante ou lubrificante). Especificamente, a presente revelação inclui um motor integrado a um trocador de calor (por exemplo, trocador de calor intermediário), onde um fluido de trabalho do trocador de calor intermediário é aquecido com calor residual gerado pelo motor (por exemplo, um ou mais fluidos de motor). Adicionalmente, o fluido de trabalho aquecido é fornecido pelo trocador de calor (por exemplo, trocador de calor intermediário) ao sistema de ciclo de vapor e é utilizado pelo sistema de ciclo de vapor para facilitar a desaeração e a geração de vapor. As realizações da presente revelação são discutidas no contexto de um motor de turbina a gás e um trocador de calor intermediário do mesmo, apesar de que se deve observar que, em outras realizações de acordo com a presente revelação, um tipo diferente de motor com um trocador de calor intermediário anexo pode ser integrado ao sistema de ciclo de vapor.
[012] As realizações reveladas podem empregar um ou mais trocadores de calor de motor (por exemplo, trocadores de calor intermediários) para transferir calor para resfriar um ou mais fluidos de motor (por exemplo, gás comprimido, refrigerante ou lubrificante) enquanto aquece um ou mais fluidos de trabalho (por exemplo, água de alimentação). Apesar de a discussão a seguir focar principalmente no gás comprimido (por exemplo, oxidante comprimido) e na seção de compressor do motor como um exemplo de fonte de calor residual, outras fontes de calor residual são contempladas também pela presente revelação conforme observado e discutido em detalhes adicionais abaixo. As realizações presentes da revelação incluem um motor de turbina a gás que inclui um compressor configurado para comprimir oxidante (por exemplo, ar) para uso em um combustor (por exemplo, uma câmara de combustão) do motor de turbina a gás. O oxidante comprimido pode ser aquecido devido à compressão mecânica no compressor. Contudo, a eficiência do motor de turbina é geralmente aprimorada pelo resfriamento do oxidante comprimido a uma temperatura que pode ser controlada antes da entrega aos estágios subsequentes do processo de compressão antes de ser entregue finalmente ao combustor para combustão. Desse modo, um trocador de calor intermediário pode ser usado como um trocador de calor para o oxidante comprimido. O oxidante comprimido pode ser encaminhado para o trocador de calor intermediário, onde um fluido de trabalho (por exemplo, água, água de reposição, refrigerante, etc.) é encaminhado através de bobinas ou tubos no trocador de calor intermediário e pode extrair calor do oxidante comprimido. O oxidante comprimido resfriado é devolvido ao compressor (por exemplo, estágios subsequentes do compressor) em uma temperatura que pode ser controlada e adicionalmente comprimido e aquecido conforme o mesmo é entregue ao combustor do motor de turbina e o fluido de trabalho aquecido pode ser encaminhado do trocador de calor intermediário para um sistema de ciclo de vapor, onde o fluido de trabalho aquecido é usado para produzir vapor. Desse modo, calor extraído do oxidante comprimido é reciclado para uso no sistema de ciclo de vapor no lugar de ser descartado em um tanque de calor e, de outro modo, desperdiçado, isto é, calor residual. Novamente, as realizações reveladas podem também empregar calor residual de outros fluidos de motor, tal como um lubrificante de motor e/ou refrigerante de motor. Desse modo, o calor residual recuperado pelo motor e usado no ciclo de vapor para aquecer fluido de trabalho que é adicionado como água de reposição ao sistema de vapor substitui vapor do ciclo de vapor que é tipicamente usado para aquecer a água dentro do sistema de vapor.
[013] Retornando agora às figuras, a Figura 1 é um diagrama de bloco que ilustra uma realização de um sistema de ciclo combinado 1 que compreende um motor 2, um trocador de calor intermediário 3 (por exemplo, um trocador de calor), um sistema de ciclo de vapor 4 e um controlador 5 (por exemplo, um controlador eletrônico ou baseado em processador). O motor 2 pode ser qualquer tipo de motor que gere um fluido quente, o qual pode ser resfriado para aprimorar a eficiência do motor 2. Por exemplo, o motor 2 pode ser um motor de turbina a gás, um motor de combustão interna ou qualquer tipo de motor de aquecimento. O motor de turbina a gás 2 pode incluir um ou mais compressores ou estágios de compressão, um ou mais combustores ou estágios de combustão e um ou mais turbinas ou estágios de turbina. Por exemplo, o motor de turbina a gás 2 pode ser um motor de turbina a gás industrial ou um motor de turbina a gás aeroderivativo. O motor de combustão interna 2 pode incluir um motor reciprocante que pode incluir um ou mais pistões que reciprocam dentre de um cilindro respectivo (por exemplo, de 1 a 24 pistões em cilindros). O motor 2 pode ser também acoplado a uma carga, tal como um gerador elétrico em uma usina ou instalação industrial.
[014] Na realização ilustrada, o motor 2 pode ser acoplado ao trocador de calor intermediário 3 (por exemplo, trocador de calor) para aumentar a eficiência do motor 2. Por exemplo, o trocador de calor intermediário 3 pode ser configurado para resfriar um fluido quente (por exemplo, gás, líquido ou ambos) do motor 2 através da transferência de calor do fluido quente para um fluido de trabalho 8 encaminhado de um abastecimento de fluido de trabalho 6. O fluido quente pode incluir um gás comprimido (por exemplo, oxidante comprimido, tal como ar, oxigênio, ar enriquecido com oxigênio ou ar com oxigênio reduzido), um lubrificante (por exemplo, óleo), um fluido de refrigerante ou qualquer combinação dos mesmos. Em certas realizações, o gás comprimido pode incluir gás de recirculação de gás de exaustão (EGR). Contudo, em algumas realizações, o fluido quente inclui ou exclui gás de exaustão, tal como saída de gás de exaustão através de uma seção de exaustão do motor 2 e/ou gás de EGR. O fluido de trabalho pode incluir um líquido, um gás ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, o fluido de trabalho 8 pode incluir água, uma mistura química de água, água fresca, água de processo de várias fontes em uma fábrica industrial tal como uma usina ou qualquer combinação dos mesmos.
[015] O trocador de calor intermediário 3 pode ser um trocador de calor indireto, tal como um trocador de calor de invólucro e tubo, um trocador de calor de placa e invólucro ou qualquer arranjo de passagens ou condutos de fluido que permite o fluxo do fluido quente em estreita proximidade com o fluxo de fluido de trabalho 8, o que promove a troca de calor entre o fluido quente e o fluido de trabalho 8. Por exemplo, em certas realizações, o fluido quente com a temperatura mais alta pode ser direcionado do motor 2 para um invólucro externo do trocador de calor intermediário 3. Adicionalmente, o fluido quente encaminhado para o invólucro externo do trocador de calor intermediário 3 pode trocar calor com o fluido de trabalho 8 direcionado para um tubo interno refrigerador do trocador de calor intermediário 3. Desse modo, o fluido quente pode ser resfriado e reencaminhado para o motor 2, enquanto o fluido de trabalho 8 é aquecido e exportado do trocador de calor intermediário 3. Em certas realizações, o fluido de trabalho aquecido 9 pode ser encaminhado do trocador de calor intermediário 3 para um abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7.
[016] Os abastecimentos de fluido de trabalho 6 e 7 podem incluir uma variedade de componentes para controle de fluxo, distribuição de fluxo e tratamento de fluido. O abastecimento de fluido de trabalho 6 pode incluir um tanque de armazenamento, um conduto, uma fonte de água fresca (por exemplo, um lago ou rio), um componente de fábrica (por exemplo, equipamento em uma usina que fornece um fluido de processo), uma bomba, uma válvula, um coletor de distribuição, um sistema de tratamento de fluido (por exemplo, filtro, separador de sólido e líquido, separador de gás e líquido e/ou absorvedor químico) ou qualquer combinação dos mesmos. Do mesmo modo, o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 pode incluir um tanque de armazenamento, um conduto, uma bomba, uma válvula, um coletor de distribuição, um sistema de tratamento de fluido (por exemplo, filtro, separador de sólido e líquido, separador de gás e líquido e/ou absorvedor químico) ou qualquer combinação dos mesmos.
[017] Em certas realizações, o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 pode encaminhar o fluido de trabalho aquecido 9 (por exemplo, água aquecida) ao sistema de ciclo de vapor 4, onde o fluido de trabalho aquecido 9 é utilizado pelo sistema de ciclo de vapor 4 para produzir vapor. Desse modo, calor extraído do fluido quente dentro do motor 2 é reciclado para uso no sistema de ciclo de vapor 4 no lugar de ser rejeitado para um tanque de calor e, de outro modo, desperdiçado, isto é, calor residual. No sistema de ciclo de vapor 4, o fluido de trabalho aquecido 9 (por exemplo, água aquecida) pode ajudar a reduzir a exigência de calor para certos processos e/ou equipamentos, tal como um ou mais desaeradores configurados para remover oxigênio e outros gases dissolvidos do fluido de trabalho aquecido 9 antes do uso no sistema de ciclo de vapor 4. Por exemplo, sem as realizações reveladas, uma fonte de calor (por exemplo, um calor não residual tal como vapor vivo) pode ser exigida para pré-aquecer água antes ou durante a desaeração por um ou mais desaeradores, o que reduz a eficiência do sistema de ciclo de vapor 4. As realizações reveladas usam calor residual do motor 2 (por exemplo, calor residual de fluido aquecido no lugar do gás de exaustão) para ajudar a pré-aquecer o fluido de trabalho 9 (por exemplo, água aquecida) e, assim, usa calor que seria, de outro modo, desperdiçado para aumentar a eficiência do sistema de ciclo de vapor 4.
[018] Desse modo, em certas realizações, o abastecimento de fluido de trabalho 6 encaminhado para o trocador de calor intermediário 3 pode incluir tipos de fluidos que são adequados para o uso em sistemas de ciclo de vapor 4 durante o processo de produção de vapor. Por exemplo, o sistema de ciclo de vapor 4 pode compensar as perdas de água que ocorrem naturalmente dentro do sistema de ciclo de vapor 4 com água de reposição. Em certas situações, a água de reposição é fornecida para o sistema de ciclo de vapor 4 como água de substituição que é combinada com a água de alimentação para continuar os processos de produção de vapor do sistema de ciclo de vapor 4. Sem as realizações reveladas, a água de reposição pode ser encaminhada ao sistema de ciclo de vapor 4 aproximadamente em temperaturas ambiente e o sistema de ciclo de vapor 4 pode pré-aquecer (por exemplo, com uma fonte de calor não residual tal como vapor) e/ou pré-condicionar a água de reposição antes de a mesma ser usada no processo de produção de vapor. Por exemplo, sem as realizações reveladas, o sistema de ciclo de vapor 4 pode consumir uma porção do vapor produzida pelo sistema 4 para aquecer a água de reposição antes de a mesma poder ser utilizada no processo de produção de vapor. Contudo, através da utilização vapor produzido pelo sistema de ciclo de vapor 4 (e/ou outro calor dentro do o sistema de ciclo de vapor 4) pode reduzir a eficiência geral do sistema de ciclo de vapor 4. De fato, de acordo com as realizações reveladas no presente documento, pode ser benéfico fornecer o sistema de ciclo de vapor 4 com uma fonte de água de reposição externa que é pré-aquecida nas temperaturas desejadas, o que aprimora a eficiência do sistema de ciclo de vapor 4 através da redução da necessidade de utilizar vapor produzido pelo sistema de ciclo de vapor 4 para aquecer a água de reposição. Desse modo, as realizações da presente revelação incluem encaminhar um abastecimento de água de reposição (por exemplo, abastecimento de fluido de trabalho 6) para o trocador de calor intermediário 3 e aquecer a água de reposição com calor residual extraído do fluido quente dentro do motor 2. Adicionalmente, as realizações da presente revelação incluem exportar a água de reposição aquecida (por exemplo, fluido de trabalho aquecido 9) ao sistema de ciclo de vapor 4, sendo que a água de reposição aquecida é combinada com a água de alimentação e depois utilizada pelo sistema de ciclo de vapor 4 para produzir vapor.
[019] Em certas realizações, o sistema de ciclo combinado 1 inclui o controlador 5 configurado para regular e monitorar as operações do sistema de ciclo combinado 1. Especificamente, o controlador 5 pode ser configurado para monitorar e controlar um ou mais parâmetros (por exemplo, taxa de fluxo e/ou temperatura) do fluido de trabalho 8 que flui do abastecimento de fluido de trabalho 6 para o trocador de calor intermediário 3, um ou mais parâmetros (por exemplo, taxa de fluxo e/ou temperatura) do fluido de trabalho aquecido 9 que flui para fora do trocador de calor intermediário 3 e para o sistema de ciclo de vapor 4, características da troca de calor dentro do trocador de calor intermediário 3 entre o fluido de trabalho 8 e o fluido quente do motor 2, operações do sistema de ciclo de vapor 4 (por exemplo, temperaturas, taxas de fluxo e pressões de água e vapor), operações do motor 2 e assim por diante. Por exemplo, o controlador 5 pode monitorar e controlar a taxa de fluxo e a temperatura de fluido de trabalho aquecido 9 (por exemplo, água aquecida) abastecido ao sistema de ciclo de vapor 4 baseado em um ou mais limiares, tal como limiares superior e inferior para taxa de fluxo, temperatura, pressão ou qualquer combinação para vários processos e equipamentos (por exemplo, desaeradores). Desse modo, o controlador 5 pode ser configurado para regular as várias características do fluido de trabalho aquecido 9 fornecido ao sistema de ciclo de vapor 4, o que regular o processo de produção de vapor do sistema de ciclo de vapor 4. Do mesmo modo, o controlador 5 pode ser configurado para regular a quantidade de troca de calor entre o fluido quente do motor 2 e o fluido de trabalho 8 através da regulagem das taxas de fluxo desses fluidos para o trocador de calor intermediário 3.
[020] Especificamente, conforme mostrado esquematicamente na Figura 1, o sistema 1 inclui vários dispositivos de controle de fluxo (por exemplo, válvulas ajustáveis, placas de orifício, etc.) e sensores 58 (por exemplo, sensores de fluxo, sensores de temperatura, sensores de pressão, etc.) distribuídos ao longo do sistema e acoplados ao controlador 5. Por exemplo, o sistema 1 pode incluir um ou mais sensores 58 e válvulas acoplados a, dispostos em, dispostos a montante de ou dispostos a jusante do abastecimento de fluido de trabalho 6, a trajetória de fluxo (por exemplo, conduto) de fluido de trabalho 8, o trocador de calor intermediário 3, as trajetórias de fluxo (por exemplo, condutos) entre o motor 2 e o trocador de calor intermediário 3, a trajetória de fluxo (por exemplo, conduto) entre o trocador de calor intermediário 3 e o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7, o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7, o sistema de ciclo de vapor 4, a trajetória de fluxo (por exemplo, conduto) entre o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 e o sistema de ciclo de vapor 4, uma trajetória de retorno (por exemplo, conduto) do abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 para o abastecimento de fluido de trabalho 6, uma trajetória de saída (por exemplo, conduto) que leva ao abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 para outro destino fora do sistema 1 ou qualquer combinação dos mesmos.
[021] Por exemplo, o controlador 5 pode monitorar várias retroalimentações de sensor e controlar as válvulas para fornecer certa taxa de fluxo e temperatura de fluido de trabalho aquecido 9 ao sistema de ciclo de vapor 4, enquanto também reciclar uma porção do fluido de trabalho aquecido 9 de volta para o abastecimento de fluido de trabalho 6 e/ou descarrega uma porção do fluido de trabalho aquecido para o outro destino. O fluido de trabalho aquecido 9 reciclado e/ou descarregado pode ajudar a regular a temperatura e a taxa de fluxo de fluido de trabalho aquecido 9 usadas pelo sistema de ciclo de vapor 4. Em certas realizações, cada componente ilustrado pode representar 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou mais componentes ilustrados, por exemplo, o motor 2, o trocador de calor intermediário 3, o sistema de ciclo de vapor 4, o abastecimento de fluido de trabalho 6, o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 ou qualquer combinação dos mesmos. Além disso, em certas realizações, cada um dos componentes ilustrados pode servir ou funcionar com um ou mais dos outros componentes ilustrados. Por exemplo, o motor 2, o trocador de calor intermediário 3, o abastecimento de fluido de trabalho 6 e o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 podem ser controlados pelo controlador 5 para fornecer fluido de trabalho aquecido 9 para 1, 2, 3, 4, 5 ou mais sistemas de ciclo de vapor 4. Como exemplo adicional, uma pluralidade de motores 2, uma pluralidade de trocadores de calor intermediários 3, uma pluralidade de abastecimentos de fluido de trabalho 6 e/ou uma pluralidade de abastecimentos de fluido de trabalho aquecido 7 podem ser controlados pelo controlador 5 para fornecer fluido de trabalho aquecido 9 ao sistema de ciclo de vapor 4. Em algumas realizações, o sistema 1 pode incluir uma pluralidade de cadeias de abastecimentos de fluido de trabalho 6, trocadores de calor intermediários 3 e aquecer abastecimentos de reposição de fluido de trabalho 7 com o mesmo ou diferentes fluidos de trabalho, tal como água, um lubrificante tal como óleo, um líquido refrigerante ou qualquer combinação dos mesmos. Apesar de as realizações reveladas poderem incluir qualquer número e configuração dos componentes ilustrados, com o propósito de simplicidade na discussão a seguir, a referência pode ser feita somente a um fluido de trabalho (por exemplo, água) e/ou somente a um conjunto dos componentes ilustrados.
[022] A Figura 2 é um diagrama de bloco que ilustra uma realização do motor 2 e o trocador de calor intermediário 3 da Figura 1. Especificamente, na realização ilustrada, o motor 2 inclui um motor de turbina a gás 10 acoplado para o trocador de calor intermediário 3. Deve ser observado, contudo, que em outras realizações, o motor 2 pode ser qualquer tipo de motor específico (por exemplo, uma turbina de combustão, um motor de combustão interna ou outro motor de aquecimento) que é integrado com um trocador de calor intermediário 3, anexo.
[023] Na realização ilustrada, o motor de turbina a gás 10 inclui uma seção de compressor que tem uma pluralidade de estágios de compressão (por exemplo, um primeiro compressor ou primeiro estágio de compressor 14 e um segundo compressor ou segundo estágio de compressor 15), uma seção de combustor que tem um ou mais combustores 16 (por exemplo, câmaras de combustão) e uma seção de turbina que tem uma pluralidade de estágios de turbina (por exemplo, uma primeira turbina ou primeiro estágio de turbina 17 e uma segunda turbina ou segundo estágio de turbina 18). O motor de turbina a gás 10 ilustrado é acoplado também a uma carga 20 (por exemplo, dispositivo direcionado), tal como um gerador elétrico ou um dispositivo mecânico em uma instalação industrial ou usina. Cada combustor 16 inclui um ou mais bocais de combustível 22 que encaminham combustível 24 (por exemplo, combustível líquido ou gasoso), tal como gás natural, syngas ou destilados de petróleo para o combustor 16. Em certas realizações, o motor de turbina a gás 10 pode incluir múltiplos combustores 16 (por exemplo, 1 a 10 ou mais), cada um com um ou mais bocais de combustível 22 (por exemplo, 1 a 6 ou mais).
[024] Na realização ilustrada, o combustor 16 queima um combustível dos bocais de combustível 22 com um oxidante comprimido 23 (por exemplo, ar, oxigênio, ar enriquecido com oxigênio ou ar com oxigênio reduzido) da seção de compressor (por exemplo, estágios de compressão 14, 15) e encaminha gases de combustão pressurizados quentes 25 (por exemplo, produtos de combustão) para a seção de turbina (por exemplo, estágios de turbina 17, 18). O segundo estágio de turbina 18 é acoplado a um primeiro eixo 26 e o primeiro estágio de turbina 17 é acoplado a um segundo eixo 27, sendo que o segundo eixo 27 é escondido na realização ilustrada pelo combustor 16. O primeiro eixo 26 é acoplado também ao primeiro estágio de compressor 14 e o segundo eixo 27 é acoplado também ao segundo estágio de compressor 15. Como os gases de combustão 25 (por exemplo, produtos de combustão) passam através das pás de turbina no primeiro e no segundo estágios de turbina 17, 18, os estágios de turbina 17, 18 são direcionados para o giro, o que faz com que os eixos 27, 26, respectivamente, girem e os eixos 27, 26 são conforme descrito acima, acoplados à seção de compressor (por exemplo, estágios de compressão 15, 14). Portanto, as pás de turbina extraem trabalho dos gases de combustão 25, de modo que os estágios de turbina 17, 18 direcionem os estágios de compressão 15, 14, respectivamente, através dos eixos 27, 26, respectivamente.
[025] Adicionalmente, os gases de combustão 25 saem pelo segundo estágio de turbina 18 como gás de exaustão e entram em uma terceira turbina ou estágio de turbina 28, o que direciona as pás de turbina da terceira turbina 28. A terceira turbina 28 é acoplada à carga 20 através de um terceiro eixo 29. Desse modo, a terceira turbina 28 extrai trabalho do gás de exaustão para direcionar a carga 20 e o gás de exaustão sai do motor 10 através de uma saída de gás de exaustão 30. Em certas realizações, uma caldeira 40 pode ser configurada para receber o gás de exaustão a partir da saída de gás de exaustão 30 e ser abastecida com água de alimentação para gerar vapor que pode ser encaminhado para vários processos ou sistemas de potência (bloco 41). A carga 20 (por exemplo, dispositivo direcionado) pode ser qualquer dispositivo adequado que possa gerar potência através da saída giratória do motor de turbina a gás 10, tal como uma usina de geração de potência ou uma carga mecânica externa. Por exemplo, a carga 20 pode incluir um gerador elétrico, um compressor de um gás de processo e assim por diante.
[026] Em uma realização do motor de turbina a gás 10, pás de compressor são incluídas como componentes dos estágios de compressor 14, 15. As pás dentro dos estágios de compressão 14, 15 são acopladas aos eixos 27, 26, de modo que as pás de compressor irão girar conforme os eixos 27, 26 são direcionados a girar pelos estágios de turbina 17, 18, conforme descrito acima. O giro das pás dentro dos estágios de compressão 14, 15 causa a compressão do oxidante 23 (por exemplo, ar) que entra nos estágios de compressão 14, 15, o que gera o oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar). Devido à compressão mecânica do oxidante 23 (por exemplo, ar) nos estágios de compressão 14, 15, o oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar) é genericamente elevado em temperatura (por exemplo, relativamente quente). Por exemplo, o oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar) que sai do primeiro estágio de compressor 14 é genericamente aquecido devido ao trabalho da compressão mecânica no primeiro estágio de compressor 14. Contudo, a eficiência do motor de turbina a gás 10 é aprimorada pela entrega do oxidante comprimido resfriado 34 (por exemplo, ar) para ser adicionalmente comprimido em estágios subsequentes de compressão (por exemplo, o segundo estágio de compressor 15), onde o oxidante comprimido resfriado 34 (por exemplo, ar) entregue ao segundo estágio de compressor 15 será comprimido e aquecido novamente antes da entrega ao combustor 16.
[027] Desse modo, em certas realizações, o oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar) pode ser encaminhado para um invólucro 37 (por exemplo, câmara de resfriamento ou passagem de resfriamento) do trocador de calor intermediário 3 do motor de turbina a gás 10 do primeiro estágio de compressor 14. Adicionalmente, o fluido de trabalho 8 (por exemplo, água de reposição) pode ser encaminhado do abastecimento de reposição de fluido de trabalho 7 para um tubo(s) interno(s) 38 (por exemplo, bobina, câmara de resfriamento ou passagem de resfriamento) do trocador de calor intermediário 3. Por exemplo, o fluido de trabalho 8 pode ser resfriado abaixo da temperatura ambiente e/ou até uma temperatura ambiente (por exemplo, aproximadamente entre 10° e 25 graus Celsius) e é encaminhado através do(s) tubo(s) interno(s) 38. Em certas realizações, o fluido de trabalho 8 pode ser qualquer tipo de fluido que pode ser utilizado pelo sistema de ciclo de vapor 4, tal como água de reposição. O oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar) pode estar em temperaturas maiores (por exemplo, aproximadamente entre 50° e 300 graus Celsius). O calor é trocado entre o oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar) dentro do invólucro 37 do trocador de calor intermediário 3 e o fluido de trabalho 8 dentro do(s) tubo(s) interno(s) 38. Em certas realizações, um recurso de bloqueio de vazamento (por exemplo, vedações, gaxetas, prendedores, etc.) pode ser disposto dentro do trocador de calor intermediário 3 entre o(s) tubo(s) interno(s) 38 e o invólucro 37 para bloquear o fluxo de fluido entre o(s) tubo(s) intemo(s) 38 e o invólucro 37. O(s) tubo(s) interno(s) 38 e/ou o invólucro 37 podem também ser configurados para expandir e contrair, em certas situações, para receber e trocar calor adequadamente entre temperaturas mais altas e mais baixas e fluidos.
[028] Desse modo, o fluido de trabalho 8 extrai calor do oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar) para gerar oxidante comprimido resfriado 34 (por exemplo, ar) e o fluido de trabalho aquecido 9. O fluido de trabalho aquecido 9 pode estar em temperaturas entre aproximadamente 80 graus Celsius e 500 graus Celsius. Em certas realizações, o fluido de trabalho aquecido 9 pode estar em temperaturas entre aproximadamente 80 °C e 500 °C, 90 °C e 400 °C, 110 °C e 300 °C ou 150 °C e 200 °C. Adicionalmente, em certas realizações, o fluido de trabalho aquecido 9 pode estar a mais de 70 °C, 80 °C, 90 °C, 100 °C, 110 °C, 120 °C, 130 °C, 140 °C, 150 °C, 160 °C, 170 °C, 180 °C, 190 °C, 200 °C, 225 °C, 250 °C, 300 °C, 400 °C ou 500 °C. O oxidante comprimido resfriado 34 (por exemplo, ar) pode estar em temperaturas entre aproximadamente 20 °C e 300 °C, 30 °C e 90 °C, 40 °C e 80 °C ou 50 °C e 70 °C. O oxidante comprimido resfriado 34 pode ser depois entregue ao segundo estágio de compressor 15 em uma temperatura controlada para compressão e aquecimento adicionais antes de ser enviado ao combustor 16 e o fluido de trabalho aquecido 9 sai do trocador de calor intermediário 3 em uma temperatura mais alta do que o fluido de trabalho 8 tinha quando o mesmo entro no trocador de calor intermediário 3. Em certas realizações, o fluido de trabalho aquecido 9 pode ser extraído do trocador de calor intermediário 3 e encaminhado para o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 a fim de controlar a temperatura de saída do oxidante comprimido 34 que retorna para o próximo estágio de compressão 15. Sem as realizações reveladas, o fluido de trabalho aquecido 9 pode depositar calor em um tanque de calor, de modo que o fluido de trabalho aquecido 9 possa ser entregue de volta para o trocador de calor intermediário 3 em uma temperatura desejada (por exemplo, mais baixa). Contudo, seria vantajoso reciclar calor extraído pelo fluido de trabalho 8 do oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar) através da exportação do fluido de trabalho aquecido 9 para algum outro sistema ou componente externo ao motor de turbina a gás 10, sendo que o calor pode ser utilizado para realizar algum outro papel ou função. Por exemplo, em certas realizações, o fluido de trabalho aquecido 9 pode ser exportado ao sistema de ciclo de vapor 4, sendo que o fluido de trabalho aquecido 9 pode ser usado para produção de vapor, conforme descrito adicionalmente em relação às figuras 3 e 4. Especificamente, o fluido de trabalho aquecido 9 exportado ao sistema de ciclo de vapor 4 pode ser uma água de reposição aquecida que pode ser utilizada pelo sistema de ciclo de vapor 4 como uma fonte de água de alimentação para substituição pré-aquecida para os processos de produção de vapor, conforme adicionalmente descrito em relação às Figuras 3 e 4.
[029] Em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado para monitorar e controlar várias características do trocador de calor intermediário 3, do abastecimento de fluido de trabalho 6 e do fluido de trabalho 8, do abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 e do fluido de trabalho aquecido 9 e do motor 2, conforme adicionalmente descrito em relação à Figura 4. Especificamente, em certas realizações, o controlador 5 pode controlar uma ou mais válvulas para regular a taxa de fluxo e tempo de residência do fluido de trabalho 8 do abastecimento de fluido de trabalho 6 através do trocador de calor intermediário 3, enquanto controla também uma ou mais válvulas para regular a taxa de fluxo e tempo de residência do oxidante (por exemplo, 32, 34) através do trocador de calor intermediário 3. Ao controlar as taxas de fluxo e tempos de residência no trocador de calor intermediário 3, o controlador 5 pode controlar a transferência de calor para fornecer uma redução adequada em temperatura do oxidante (por exemplo, 32, 34) e um aumento adequado em temperatura do fluido de trabalho (por exemplo, 9). Do mesmo modo, o controlador 5 pode controlar uma ou mais válvulas para regular a taxa de fluxo do fluido de trabalho aquecido 9 encaminhado do trocador de calor intermediário 3 para o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 e/ou para o sistema de ciclo de vapor 4, tal como através do controle das porções de fluido de trabalho aquecido 9 recicladas para o abastecimento de fluido de trabalho 6 e/ou descarregadas para o outro destino. Desse modo, o controlador 5 pode ser configurado para regular a produção (por exemplo, taxa de fluxo e temperatura) de fluido de trabalho aquecido 9 gerado pelo trocador de calor intermediário 3 e a distribuição (por exemplo, divisões ou proporções) do fluido de trabalho aquecido 9 que flui para o sistema de ciclo de vapor 4, para o abastecimento de fluido de trabalho 6 e para o outro destino. Em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado também para monitorar o abastecimento de fluido de trabalho 6 e/ou o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 para manter um fluxo de fluido de trabalho aquecido 9 dinâmico e/ou contínuo do trocador de calor intermediário 3. Em certas realizações, o controlador 5 pode regular e monitorar várias características (por exemplo, temperatura, pressão, taxa de fluxo, etc.) do fluido de trabalho aquecido 9 exportado do trocador de calor intermediário 3 e pode controlar vários fluxos para o trocador de calor intermediário 3 para ajustar ou manter características específicas desejadas da troca de calor, conforme adicionalmente descrito em relação à figura 4.
[030] A Figura 3 é um diagrama de bloco esquemático que ilustra uma realização do sistema de ciclo de vapor 4 da Figura 1, em conformidade com realizações da presente revelação. Especificamente, o sistema de ciclo de vapor 4 pode ser configurado para gerar vapor para direcionar um sistema de turbina a vapor 43 e/ou entregar um abastecimento de vapor a vários processos 41. Na realização ilustrada, o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 (por exemplo, aquecido com calor residual do motor 2) pode ser utilizado pelo sistema de ciclo de vapor 4 durante o processo de produção de vapor. Especificamente, na realização ilustrada, o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 pode ser uma fonte de água de reposição pré-aquecida que é adicionada à água de alimentação para ser utilizada pelo sistema de ciclo de vapor 4 para repor perdas de água que ocorrem naturalmente durante o sistema de ciclo de vapor 4. Em particular, deve ser observado que o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7 pode ser fornecido ao sistema de ciclo de vapor 4 em temperaturas elevadas utilizadas pelo sistema de ciclo de vapor 4, por exemplo, adequadas para certos componentes (por exemplo, aquecedor desaerador 44) sem exigir o aquecimento adicional com o uso de calor não residual, tal como vapor extraído 55 gerado pelo sistema de ciclo de vapor 4 e extraído da turbina em que o mesmo não mais produz potência adicional. Desse modo, o sistema de ciclo de vapor 4 pode reduzir a quantidade de vapor extraído 55 que, de outro modo, seria consumido pelo sistema de ciclo de vapor 4 para pré-aquecer o fluido de trabalho 9 e/ou o condensado 51 (por exemplo, fluido de trabalho ou água de alimentação 53 aquecidos coletivamente) para temperaturas apropriadas, o que aprimora a eficiência do sistema de ciclo de vapor 4 durante a produção de vapor.
[031] Em certas realizações, o sistema de ciclo de vapor 4 pode incluir uma caldeira 40 (por exemplo, caldeira de geração de vapor) que produz e emite vapor 42 para o sistema de turbina a vapor 43 que tem uma seção de turbina a vapor de alta pressão 46 (por exemplo, turbina a vapor HP 46) e/ou uma seção de turbina a vapor de baixa pressão 48 (por exemplo, turbina a vapor LP 48). O sistema de turbina a vapor 43 pode incluir também uma seção de turbina a vapor de pressão média (por exemplo, turbina a vapor MP). Em certas realizações, o vapor 42 emitido pela caldeira 40 pode ser de vapor de pressão alta e temperatura alta que entra na seção de turbina a vapor HP 46 do sistema de turbina a vapor 43. O sistema de turbina a vapor 43 pode utilizar o vapor 42 para direcionar uma carga 50. A carga 50 pode ser um gerador elétrico para gerar potência elétrica. Deve ser observado, no entanto, que o motor de turbina a gás 10 e o sistema de turbina a vapor 43 podem direcionar cargas separadas 20, 50 respectivamente. Em certas realizações, o motor de turbina a gás 10 e o sistema de turbina a vapor 43 podem ser utilizados juntamente com o direcionamento de uma única carga através de um único eixo.
[032] Adicionalmente, em certas realizações, durante a operação do sistema de turbina a vapor 43, o sistema de turbina a vapor 43 pode gerar exaustão 49, que pode incluir vapor de pressão baixa e/ou água condensada. Por exemplo, a exaustão 49 da turbina a vapor LP 48 pode ser direcionada para um condensador 52. O condensador 52 pode utilizar uma torre de resfriamento ou outro tipo de tanque de calor para trocar a saída de água aquecida do condensador 52 por água resfriada, o que também ajuda no processo de condensação. Em certas realizações, condensado 51 do condensador 52 pode, por sua vez, ser direcionado para a caldeira 40. Na realização ilustrada, o condensado 51 do condensador 52 é encaminhado para um aquecedor desaerador 44 através de uma bomba de coletor de condensado 54, antes de ser entregue à caldeira 40. O aquecedor desaerador 44 pode incluir um desaerador do tipo de bandeja, um desaerador do tipo de aspersão ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, o aquecedor desaerador 44 pode incluir um compartimento que tem uma ou mais cabeças de aspersão (por exemplo, um condutor de aspersão), uma pluralidade de bandejas dispostas em um arranjo empilhado verticalmente ou uma combinação dos mesmos. O aquecedor desaerador 44 pode incluir uma seção de vapor que usa vapor 53 e uma seção de fluido aquecido que usa o fluido de trabalho aquecido 9 do abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7. O calor do vapor 53 e/ou o fluido de trabalho aquecido 9 facilita o aquecimento do condensado 51 e/ou do fluido de trabalho aquecido 9 até uma temperatura de saturação, o que ajuda a retirar gases dissolvidos nos fluidos 51, 9. Os gases dissolvidos podem depois sair através de uma ventilação no compartimento do aquecedor desaerador 44. O aquecedor desaerador 44 encaminha o condensado tratado 51 e/ou o fluido de trabalho aquecido 9 para um tanque de armazenamento 45 configurado para armazenar um abastecimento do fluido de trabalho aquecido tratado 9 (por exemplo, o fluido de trabalho aquecido 53, a água de alimentação aquecida 53).
[033] O aquecedor desaerador 44 pode ser configurado para remover vários compostos corrosivos e/ou gases dissolvidos (por exemplo, oxigênio, dióxido de carbono, etc.) do fluido de trabalho aquecido 9 e condensar 51 para gerar um fluido de trabalho aquecido tratado 53 (por exemplo, água de alimentação limpa ou desaerada) que é depois encaminhado à caldeira 40. De fato, pode ser benéfico remover esses compostos corrosivos e/ou gases dissolvidos, de modo que o fluido de trabalho aquecido 53 (por exemplo, água de alimentação) não cause desgaste ou dano corrosivo dentro da caldeira 40 (por exemplo, caldeira de geração de vapor 40). Em particular, o fluido de trabalho aquecido 9 pode ser encaminhado para o aquecedor desaerador 44 nas temperaturas adequadas para desaeração do fluido de trabalho aquecido 9 e condensado 51. Conforme observado acima, na realização ilustrada, o fluido de trabalho aquecido 9 pode ser água de reposição que é pré-aquecida através de uma fonte externa (por exemplo, o trocador de calor intermediário 3 acoplado ao motor 2). O fluido de trabalho aquecido 9 pode ser aquecido a uma temperatura elevada acima da temperatura do condensado 51, de modo que o fluido de trabalho aquecido 9 possa facilitar a transferência de calor para o condensado 51. Por exemplo, o fluido de trabalho aquecido 9 pode ajudar a aquecer o condensado 51 à temperatura de saturação, o que ajuda a retirar gases dissolvidos nos fluidos 51, 9 no desaerador 45. Em certas realizações, o calor fornecido pelo fluido de trabalho aquecido 9 pode substituir parcialmente, substancialmente ou completamente o uso de vapor de extração 55 como uma fonte de calor para aquecer o condensado 51 para facilitar a desaeração no desaerador 45. Por exemplo, o fluido de trabalho aquecido 9 pode substituir pelo menos 50, 60, 70, 80, 90, 95 ou 100 por cento do vapor 55 usado no desaerador 45. Em certas realizações, o fluido de trabalho aquecido 9 pode estar em temperaturas entre aproximadamente 80 graus Celsius e 500 graus Celsius, de modo que o sistema de ciclo de vapor 4 não precise aquecer (ou pré-aquecer) o condensado 51 (e o fluido de trabalho aquecido 9) das temperaturas ambientes antes do mesmo ser encaminhado para o aquecedor desaerador 44. Por exemplo, a temperatura do fluido de trabalho aquecido 9 pode ser pelo menos igual ou maior do que aproximadamente 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 300, 400 ou 500 graus Celsius. O controlador 5 pode regular a temperatura e a taxa de fluxo do fluido de trabalho aquecido 9 no e através do aquecedor desaerador 44, de modo que um calor mínimo ou nenhum calor adicional seja necessário para desaerar o condensado 51 do condensador 52 e o fluido de trabalho aquecido 9 do abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7. Em certas realizações, o fluido de trabalho aquecido 53 (por exemplo, fluido de trabalho desaerado que inclui o fluido de trabalho aquecido 9 e/ou o condensado 51) pode ser encaminhado à caldeira 40 através de uma bomba de alimentação 56. Conforme observado acima, a caldeira 40 pode ser configurada para a geração de vapor.
[034] Em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado para monitorar e controlar várias características do sistema de ciclo de vapor 4, a quantidade de vapor produzida e/ou o abastecimento de reposição de fluido de trabalho aquecido 7, conforme adicionalmente descrito em relação à figura 4. Especificamente, em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado para monitorar e/ou regular de modo dinâmico a quantidade de fluido de trabalho aquecido 9 que o sistema de ciclo de vapor 4 demanda e encaminhar uma quantidade apropriada do fluido de trabalho aquecido 9 para o aquecedor desaerador 44. Em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado para encaminhar o fluido de trabalho aquecido 9 para o sistema de ciclo de vapor 4 baseado em retroalimentação de sensor de um ou mais sensores 58 (por exemplo, sensor de fluxo, sensores de temperatura, sensores de nível de água, etc.) que fornecem informações relacionadas à demanda por água de alimentação (por exemplo, fluido de trabalho aquecido 9) no sistema de ciclo de vapor 4. Os sensores 58 podem ser dispostos em qualquer lugar dentro do sistema de ciclo de vapor 4, tal como ao longo de trajetórias de fluxo e/ou dentro dos componentes do sistema de ciclo de vapor 4 (por exemplo, aquecedor desaerador 44).
[035] A Figura 4 é um diagrama de bloco esquemático que ilustra uma realização do sistema de ciclo combinado 1 da Figura 1. Especificamente, na realização ilustrada, o trocador de calor intermediário 3 é configurado para aquecer um abastecimento de água de reposição 60 através da transferência de calor a partir do ar comprimido quente (por exemplo, um fluido quente) do motor 2 para a água de reposição 60. Adicionalmente, na realização ilustrada, uma água de reposição aquecida 62 pode ser encaminhada do trocador de calor intermediário 3 e para o sistema de ciclo de vapor da Figura 1, onde a água de reposição aquecida 62 pode ser adicionada a outros vapores de água dentro do ciclo de vapor tal como o condensado 51 a ser utilizado para produção de vapor. De fato, conforme observado acima, pode ser benéfico dotar o sistema de ciclo de vapor 4 de uma fonte externa de água de reposição aquecida 62 que seja pré-aquecida nas temperaturas desejadas. Por exemplo, na realização ilustrada, a água de reposição aquecida 62 é encaminhada para o aquecedor desaerador 44 do trocador de calor intermediário 3 em temperaturas adequadas para desaeração (por exemplo, em uma temperatura elevada entre aproximadamente 80 graus Celsius e 500 graus Celsius ou mais). Desse modo, o sistema de ciclo de vapor 4 pode não ser necessário para aquecer (ou pré-aquecer) a água de reposição aquecida 62 e/ou o condensado 51 aproximadamente de temperaturas ambientes (por exemplo, aproximadamente entre 10° e 25 graus Celsius) antes do mesmo ser encaminhado para o aquecedor desaerador 44. Desse modo, o trocador de calor intermediário 3 pode ser configurado para utilizar calor residual do motor 2 para fornecer a água de reposição aquecida 62 para o sistema de ciclo de vapor 4, o que aprimora a eficiência do sistema de ciclo de vapor 4 através da redução da necessidade de utilizar vapor extraído 55 produzido pelo sistema de ciclo de vapor 4 para pré-aquecer a água de reposição utilizada pelo sistema.
[036] Em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado para regular e/ou monitorar as demandas e/ou operações do sistema de ciclo combinado 1. Especificamente, o controlador 5 pode ser configurado para monitorar um fluxo (por exemplo, taxas de fluxo) da água de reposição 60 para o trocador de calor intermediário 3, o fluxo (por exemplo, taxas de fluxo) da água de reposição aquecida 62 para fora do trocador de calor intermediário 3 e para o sistema de ciclo de vapor 4, características da troca de calor dentro do trocador de calor intermediário 3 entre a água de reposição 60 e o fluido quente do motor 2, a quantidade de oxidante comprimido 32 (por exemplo, ar) encaminhado para o trocador de calor intermediário 3 do motor de turbina a gás 10, temperaturas da água de reposição 60 e/ou da água de reposição aquecida 62 e assim por diante. Desse modo, o controlador 5 pode ser configurado para regular as várias características da água de reposição aquecida 62 fornecida ao sistema de ciclo de vapor 4, o que regula o processo de produção de vapor do sistema de ciclo de vapor 4. Por exemplo, em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado para monitorar e/ou regular de modo dinâmico a quantidade de água de reposição aquecida 62 que o sistema de ciclo de vapor 4 demanda e encaminhar uma quantidade apropriada da água de reposição aquecida 62 para o aquecedor desaerador 44. Deve ser observado que vários dispositivos de controle de fluxo 64 (por exemplo, válvulas, placas de orifício, etc.) e/ou sensores 58 (por exemplo, sensor de fluxo, sensores de temperatura, etc.) podem ser dispostos dentro do sistema 1 e utilizados pelo controlador 5 para regular o trocador de calor intermediário 3 e a quantidade de água de reposição aquecida 62 encaminhada para o sistema de ciclo de vapor 4.
[037] Em certas realizações, baseado em retroalimentações de sensor de um ou mais sensores 58 dispostos dentro do sistema 1, o controlador pode ser configurado para ajustar de modo dinâmico (por exemplo, controlar) um ou mais parâmetros de operação da água de reposição 60, do trocador de calor intermediário 3 e/ou da água de reposição aquecida 62. Por exemplo, em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado para abrir ou fechar um ou mais dispositivos de controle de fluxo 64 (por exemplo, válvulas ajustáveis) para ajustar uma taxa de fluxo da água de reposição 60 através do trocador de calor intermediário 3. Através do ajuste da taxa de fluxo da água de reposição 60 pelo trocador de calor intermediário 3 pode ser ajustada a temperatura da água de reposição 60 e/ou a quantidade da água de reposição aquecida 62 encaminhada para o aquecedor desaerador 44. Em certas realizações, baseado na taxa de fluxo da água de reposição encaminhada à caldeira 40 do aquecedor desaerador 44 e/ou na taxa de produção do vapor, o controlador 5 pode ser configurado para abrir ou fechar um ou mais dispositivos de controle de fluxo 64 para ajustar a taxa de fluxo da água de reposição aquecida 62 para o aquecedor desaerador 44. De fato, se a quantidade da água de reposição aquecida 62 exportada do trocador de calor intermediário 3 é maior do que a demanda da água de reposição aquecida 62 no aquecedor desaerador 44, o controlador 5 pode abrir ou fechar um ou mais dispositivos de controle de fluxo 64 dispostos entre o trocador de calor intermediário 3 e o aquecedor desaerador 44 para encaminhar a água de reposição aquecida 62 para o abastecimento da água de reposição 60. Desse modo, o controlador 5 pode controlar e/ou regular de modo dinâmico o fluxo (por exemplo, taxas de fluxo) da água de reposição 60 e/ou da água de reposição aquecida 62 baseado na demanda da água de reposição 60 e/ou da água de reposição aquecida 62 dentro do sistema 1. Deve ser observado que o controlador 5 pode ser configurado para regular e/ou monitorar ambos o sistema de ciclo de vapor 4 e o motor de turbina a gás 10 a fim de controlar ou ajustar os parâmetros de operação (por exemplo, taxas de fluxo, temperaturas, etc.) da água de reposição 60, do trocador de calor intermediário 3 e/ou da água de reposição aquecida 62.
[038] Em certas realizações, o controlador 5 pode incluir vários componentes para regular e/ou monitorar as demandas e/ou operações do sistema de ciclo combinado 1. Por exemplo, o controlador 5 pode incluir um processador 66 e uma memória 68. Conforme retratado, o processador 66 e/ou outro circuito de processamento de dados pode ser acoplado de modo operável à memória 68 para recuperar e executar instruções para monitorar e controlar o sistema 10. Por exemplo, essas instruções podem ser codificadas em programas ou software que são armazenados na memória 68, que pode ser um exemplo de um meio legível por computador não transitório tangível e pode ser acessado e executado pelo processador 66 para permitir que as técnicas reveladas no presentemente sejam realizadas. A memória 68 pode ser um dispositivo de armazenamento em massa, um dispositivo de memória rápida, memória removível ou qualquer outro meio legível por computador não transitório. Adicional ou alternativamente, as instruções podem ser armazenadas em um artigo de fabricação adequado adicional que inclui pelo menos um meio legível por computador não transitório tangível que armazena pelo menos coletivamente essas instruções ou rotinas de uma maneira similar à memória 68 conforme descrito acima.
[039] Efeitos da técnica da invenção incluem o sistema de ciclo combinado 1 que inclui o sistema de ciclo de vapor 4, o motor 2 (por exemplo, motor de turbina a gás 10) e o trocador de calor intermediário 3 acoplado ao motor 2. Especificamente, o trocador de calor intermediário 3 pode ser usado como um trocador de calor que transfere calor de um fluido quente do motor 2 (por exemplo, ar comprimido, lubrificante tal como óleo, refrigerante ou outro fluido com calor residual) para o fluido de trabalho 9 (por exemplo, água de reposição). O fluido de trabalho aquecido 9 pode ser encaminhado ao sistema de ciclo de vapor 4 e pode ser utilizado durante os processos de produção de vapor no lugar de ser descartado para um tanque de calor e, de outro modo, desperdiçado, isto é, calor residual. Especificamente, em certas realizações, o fluido de trabalho 9 pode ser água de reposição 60 que é utilizada pelo sistema de ciclo de vapor 4 como água de substituição pré-aquecida para água de alimentação e/ou perdas de vapor que ocorrem dentro do sistema de ciclo de vapor 4. Desse modo, o sistema de ciclo de vapor 4 pode reduzir a quantidade de vapor 55 consumida, de outro modo, pelo sistema de ciclo de vapor 4 para pré-aquecer a água de reposição até temperaturas apropriadas, o que aprimora a eficiência geral do sistema de ciclo de vapor 4 durante a produção de vapor. Além disso, em certas realizações, o sistema de ciclo combinado 1 inclui o controlador 5 que é configurado para monitorar e/ou controlar vários parâmetros de operação (por exemplo, taxas de fluxo, temperaturas, etc.) do fluido de trabalho 9 (por exemplo, água de reposição 60) e/ou o fluido de trabalho aquecido 9 (por exemplo, água de reposição aquecida 62) através de um ou mais sensores 58 ou dispositivos de controle de fluxo 64. Por exemplo, em certas realizações, o controlador 5 pode ser configurado para monitorar e/ou regular de modo dinâmico a quantidade de água de reposição aquecida 62 que o sistema de ciclo de vapor 4 demanda e encaminhar uma quantidade apropriada da água de reposição aquecida 62 para o aquecedor desaerador 44.
[040] Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, o que inclui o melhor modo, e também para capacitar qualquer pessoa versada na técnica para praticar a invenção, o que inclui produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistema e para realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram às pessoas versadas na técnica. Tais outros exemplos são planejados para estarem no interior do escopo das reivindicações se possuírem elementos estruturais que não os diferenciem da linguagem literal das reivindicações ou se eles incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais a partir da linguagem literal das reivindicações.
Reivindicações

Claims (15)

1. SISTEMA, caracterizado pelo fato de que compreende: um motor que compreende um fluido de motor e pelo menos uma de uma seção de compressor configurada para comprimir um gás, uma trajetória de lubrificante configurada para circular um lubrificante ou uma trajetória de refrigerante configurada para circular um refrigerante, sendo que o fluido de motor compreende pelo menos um dentre o gás, o lubrificante ou o refrigerante e sendo que o fluido de motor é uma fonte de calor derivada de uma ou mais operações do motor e um trocador de calor acoplado ao motor, sendo que o trocador de calor é configurado para receber o fluido de motor do motor e trocar calor entre o fluido de motor e um fluido de trabalho para produzir um fluido de trabalho aquecido e um fluido de motor resfriado e o trocador de calor é configurado para exportar o fluido de trabalho aquecido para um sistema de vapor.
2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende o sistema de vapor configurado para receber o fluido de trabalho aquecido do trocador de calor como um abastecimento de água de reposição de fluido de trabalho para repor fluido de trabalho perdido em um processo do sistema de vapor.
3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor compreende a pelo menos uma seção de compressor configurada para comprimir o gás e o fluido de motor compreende o gás.
4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor compreende uma trajetória de lubrificante configurada para circular um lubrificante e o fluido de motor compreende a trajetória de um lubrificante e/ou um refrigerante configurada para circular um refrigerante e o fluido de motor compreende o refrigerante.
5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho compreende uma água de reposição para substituição e o fluido de trabalho aquecido compreende uma água de reposição para substituição aquecida.
6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um controlador configurado para regular a operação de uma ou mais válvulas para controlar um fluxo do fluido de trabalho ou do fluido de trabalho aquecido através do trocador de calor ou para regular a operação de uma ou mais válvulas para controlar um fluxo do fluido de trabalho aquecido exportado do trocador de calor para o sistema de vapor.
7. SISTEMA, caracterizado pelo fato de que compreende: um desaerador de um sistema de vapor, sendo que o desaerador é configurado para receber um fluido de trabalho aquecido exportado de um trocador de calor acoplado a pelo menos uma de uma seção de compressor, uma trajetória de lubrificante ou uma trajetória de refrigerante de um motor, em que o desaerador é configurado para remover uma ou mais substâncias corrosivas e/ou gases dissolvidos do fluido de trabalho aquecido para produzir um fluido de trabalho aquecido desaerado antes da geração de vapor no sistema de vapor.
8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende o trocador de calor acoplado ao desaerador.
9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende um controlador configurado para controlar um fluxo e uma temperatura do fluido de trabalho aquecido para facilitar a desaeração do fluido de trabalho aquecido no desaerador.
10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende: uma caldeira configurada para receber o fluido de trabalho aquecido desaerado do desaerador, sendo que a caldeira gera um vapor com base na troca de calor entre o fluido de trabalho aquecido desaerado e um gás de exaustão do motor e uma turbina a vapor acoplada à caldeira, sendo que a turbina a vapor é configurada para direcionar uma carga com o vapor.
11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende o motor, sendo que o motor compreende um motor de turbina a gás que tem o trocador de calor acoplado a uma primeira seção de compressor e uma segunda seção de compressor do motor de turbina a gás e o trocador de calor é configurado para resfriar um gás comprimido entre a primeira e a segunda seções de compressor.
12. MÉTODO, caracterizado pelo fato de que compreende: fluir um fluido de trabalho através de um trocador de calor; trocar calor entre o fluido de trabalho e um fluido de motor de pelo menos uma de uma seção de compressor, uma trajetória de lubrificante ou uma trajetória de refrigerante de um motor para gerar um fluido de trabalho aquecido e um fluido de motor resfriado; exportar o fluido de trabalho aquecido do trocador de calor para um sistema de vapor e produzir, através do sistema de vapor, um abastecimento de vapor através da utilização de pelo menos uma porção do fluido de trabalho aquecido.
13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende: fluir o fluido de trabalho aquecido do trocador de calor para um desaerador do sistema de vapor; remover um ou mais componentes corrosivos e/ou gases dissolvidos do fluido de trabalho aquecido para produzir um fluido de trabalho aquecido desaerado e encaminhar o fluido de trabalho aquecido desaerado para uma caldeira configurada para produzir vapor baseado pelo menos em parte no fluido de trabalho aquecido desaerado.
14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende regular, através de um controlador, uma taxa de fluxo do fluido de trabalho aquecido exportado do trocador de calor para o sistema de vapor baseado em retroalimentações de sensor de um ou mais sensores acoplados ao motor, ao trocador de calor ou ao sistema de vapor.
15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ajustar, através de um controlador, uma taxa de fluxo do fluido de trabalho aquecido exportado do trocador de calor para o sistema de vapor com um ou mais dispositivos de controle de fluxo acoplados ao motor, ao trocador de calor ou ao sistema de vapor.
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