BRPI0904326A2 - trocador de calor de receptor solar montado na fábrica - Google Patents

Abstract

TROCADOR DE CALOR DE RECEPTOR SOLAR MONTADO NA FÁBRICA. Um trocador de calor de receptor solar montado na fábrica tendo um arranjo de superfícies de transferência de calor e um separador de vapor/água vertical interligado de forma estrutural e fluídica a isto. Uma estrutura de suporte vertical é fornecida para suportar o separador vertical e as superfícies de transferência de calor. A estrutura de suporte vertical é suportada pela parte inferior, enquanto que o separador de vapor/água vertical e superfícies de transferência de calor de trocador de calor são suportados pela parte superior pela estrutura de suporte vertical. A estrutura de suporte vertical fornece suporte e rigidez estrutural para o trocador de calor e um dispositivo pelo qual o trocador de calor pode ser levantado do chão e elevado para colocação em uma localização desejada. Uma estrutura de apoio para fabricação/transporte/elevação é fornecida que facilita fabricação, montagem, transporte e instalação do trocador de calor da fábrica para o campo. A estrutura de apoio suporta dois eixos de munhão fixados à estrutura de suporte do receptor. Alças de elevação seriam localizadas na extremidade superior da estrutura de suporte. Na chegada ao local de trabalho no campo, um guindaste eleva o trocador de calor de receptor solar para a vertical, girando em volta dos eixos de munhão na estrutura de apoio, e então eleva o trocador de calor de receptor solar para colocação em uma localização desejada.

Description

"TROCADOR DE CALOR DE RECEPTOR SOLAR MONTADO NA FÁBRICA"

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO A presente invenção reivindica a prioridade do pedido provisório Estados Unidos para a patente 61/197.169, depositado em 24 de outubro de 2008, cujo texto está incorpora- 5 do neste documento pela referência como se inteiramente exposto neste documento.

CAMPO E ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito, em geral, ao campo de geração de energia e pro- jeto de caldeira industrial, incluindo caldeiras, geradores de vapor e trocadores de calor usa- dos na produção de vapor, tais como aqueles usados para gerar eletricidade ou aqueles 10 usados para aplicações industriais a vapor e, mais particularmente, a um trocador de calor de receptor solar montado na fábrica tendo uma estrutura de suporte integral. Um receptor solar é um componente primário de um sistema de geração de energia solar pelo qual luz solar é usada como uma fonte de calor para a produção de vapor de alta qualidade que é usado para girar um gerador a turbina, e no final gerar eletricidade. O re- 15 ceptor fica permanentemente posicionado em cima de uma torre de suporte elevada que é posicionada estrategicamente em um campo de helióstatos, ou espelhos, que coleta raios de luz solar e reflete esses raios de volta para parede(s) alvo(s) no receptor. Um receptor solar eficiente e compacto para tais sistemas que seja simples em projeto, reforçado em construção e econômico para fabricar seria bem recebido pela indústria. 20 SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um aspecto da presente invenção é formulado para um trocador de calor de recep- tor solar montado na fábrica para transferir energia térmica do sol para um fluido de traba- lho, tal como água. O trocador de calor é usado para transformar pelo menos uma parte da água da fase líquida em vapor saturado ou superaquecido. 25 Em particular, um aspecto da presente invenção é formulado para um trocador de calor de receptor solar montado na fábrica compreendendo: um arranjo de superfícies de transferência de calor, um separador de vapor/água vertical interligado de forma estrutural e fluídica a isto, e uma parte superior de estrutura de suporte vertical suportando o separador -- de vapor/água vertical e as superfícies de transferência de calor. 30 0 trocador de calor de receptor solar montado na fábrica é colocado em cima de uma torre e usa a energia do sol para aquecer o fluido de trabalho. Um campo de helióstato de espelhos localizado no solo segue automaticamente o sol e reflete e concentra energia de luz para o trocador de calor de receptor solar montado na fábrica. A insolação solar inci- dente aquece o fluido de trabalho, tipicamente a água, para produzir vapor saturado ou su- 35 peraquecido que pode ser fornecido para uma turbina a vapor para gerar eletricidade. Um dispositivo de separação de vapor/água vertical, revelado na patente US

6.336.429 mencionada anteriormente para Wiener e outros, é usado para separar o vapor da mistura de vapor e água.

O separador de vapor/água vertical é interligado de forma estru- tural e fluídica com as superfícies de aquecimento do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica como parte de um projeto montado na fábrica tal como descrito neste documento. 5 A estrutura de suporte vertical é suportada pela parte inferior por uma base que é conectada à torre.

Estruturas de reforço são fornecidas na estrutura de suporte vertical para fornecer suporte lateral para o arranjo de superfícies de transferência de calor, as quais van- tajosamente compreendem painéis de tubos tangentes soltos, enquanto permitindo expan- são térmica não restringida dos painéis de tubos em ambas as direções horizontal e vertical, 10 eliminando assim tensões de tubo adicionais.

A estrutura de suporte vertical e a base, estruturas de reforço e outros elementos — estruturais não somente fornecem suporte e rigidez estrutural para o trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, mas também um dispositivo pelo qual o trocador de calor pode ser levantado do chão e elevado para colocação em uma localização desejada.

A es- 15 trutura permite que a montagem total do trocador de calor, separador de vapor/água vertical e painéis de tubos tangentes da superfície de aquecimento sejam montados na fábrica, transportados e então elevados e estabelecidos em uma torre como uma unidade durante instalação.

A estrutura de suporte vertical permanece com o trocador de calor de receptor solar, facilitando assim (se necessário) a remoção do trocador de calor de receptor solar da 20 torre se isto se tornar desejável que seja feito.

O trocador de calor de receptor solar montado na fábrica de acordo com a presente invenção é compreendido vantajosamente de um arranjo de superfícies de transferência de calor e condutos de transporte de fluido arranjados em um modo particular para transferir uma quantidade desejada de energia térmica para a água.

As superfícies de transferência 25 de calor vantajosamente são feitas de tubos arranjados em painéis de tubos tangentes, e são providas com tubos de comunicação de entrada e saída tal como exigido.

Tal como é conhecido para os versados na técnica, superfícies de transferência de calor que transpor- tam misturas de vapor e água são comumente referidas como superfícies evaporativas ou de caldeira; superfícies de transferência de calor que transportam vapor através delas são 30 comumente referidas como superfícies de superaquecimento (ou reaquecimento, depen- dendo da configuração de turbina a vapor associada). Independente do tipo de superfície de aquecimento, os tamanhos dos tubos, seu material, diâmetro, espessura de parede, número e arranjo são baseados na temperatura e pressão para serviço, de acordo com códigos de projeto de caldeira aplicáveis, tal como a Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos 35 (ASME) Códigos de Caldeira e Vaso de Pressão, Seção I, ou outros códigos equivalentes tal como exigido por lei.

Características de transferência de calor exigidas, queda de pressão, razões de circulação, taxas de absorção de local, taxas de fluxo de massa do fluido de tra-

balho dentro dos tubos, etc. também são parâmetros importantes que devem ser considera- dos.

Dependendo da localização geográfica onde o trocador de calor é para ser instalado, cargas sísmicas e códigos de projeto aplicáveis também são considerados.

Em um outro aspecto da invenção, montagem na fábrica, transporte e instalação no 5 campo são facilitados por uma estrutura de apoio para fabricação/transporte/elevação que facilita fabricação, montagem, transporte e instalação do trocador de calor da fabricação na fábrica para instalação no campo.

A estrutura de apoio suporta dois eixos de munhão fixa- dos à estrutura de suporte vertical do receptor solar.

Alças de elevação são localizadas na extremidade superior da estrutura de suporte.

Na chegada ao local de instalação no campo, 10 um guindaste eleva o trocador de calor de receptor solar para a vertical, girando nos eixos de munhão, e então eleva o trocador de calor de receptor solar para colocãção enruma lo- calização desejada.

Mais particularmente, um outro aspecto da presente invenção é formulado para uma estrutura de apoio para facilitar fabricação, montagem, transporte e instalação de um 15 trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, compreendendo: uma base e ponta- letes fornecidos em uma extremidade da base para encaixar eixos de munhão no trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, os pontaletes permitindo rotação do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica em volta dos eixos de munhão nos pontaletes de uma posição de expedição para uma posição substancialmente vertical durante uma par- 20 te do processo de instalação no campo do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica.

Os vários recursos de inovação que caracterizam a invenção estão salientados com particularidade nas reivindicações anexas e formando parte desta revelação.

Estes e outros recursos da presente invenção serão mais bem entendidos e suas vantagens serão mais 25 prontamente percebidas a partir da descrição a seguir, especialmente quando lida com refe- rência aos desenhos anexos.

Assim, para um melhor entendimento da presente invenção, e das vantagens de operação alcançadas pelo seu uso, é feita referência aos desenhos ane- xos e matéria descritiva, formando uma parte desta revelação, nos quais unia modalidade preferida da invenção está ilustrada. 30 DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A figura 1 é uma vista isométrica explodida em perspectiva do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica de acordo com a presente invenção, ilustrando o arranjo de superfícies de transferência de calor, um separador de vapor/água vertical interligado de forma estrutural e fluídica a isto, e uma estrutura de suporte vertical fornecida para suportar 35 o separador vertical e as superfícies de transferência de calor; A figura 2 é uma vista em perspectiva adicional do trocador de calor de receptor so- lar montado na fábrica ilustrado na figura 1, com alguns dos componentes do mesmo omiti-

dos para clareza, ilustrando os painéis trocadores de calor, a estrutura de suporte vertical, e um arranjo de estrutura de reforço usado para fornecer suporte para tais painéis pela estru- tura de suporte vertical, de acordo com a presente invenção; A figura 2A é uma vista em perspectiva de um dos painéis evaporadores ilustrados 5 nas figuras 1 e 2, de acordo com a presente invenção; A figura 2B é uma vista em perspectiva de um dos painéis superaquecedores pri- mários de múltiplas passagens ilustrados nas figuras 1 e 2, de acordo com a presente in- venção; A figura 3 é uma vista em perspectiva da estrutura de suporte interna vertical do 10 trocador de calor de receptor solar montado na fábrica ilustrado na figura 1, de acordo com a presente invenção, em que o separador vertical, dutos de interligação dëvapor e forneci- mentos de água, tubulação de vapor e proteções contra o calor foram omitidos para clareza; A figura 4 é uma vista em perspectiva do separador de vapor/água vertical do tro- cador de calor de receptor solar montado na fábrica ilustrado na figura 1, de acordo com a 15 presente invenção; A figura 5 é uma vista em perspectiva dos dutos de interligação de vapor que trans- portam a mistura de água e vapor para o separador vertical, de acordo com a presente in- venção; A figura 6 é uma vista em perspectiva das conexões saturadas usadas para trans- 20 portar o vapor para os painéis superaquecedores, e o termorregulador e tubulação associa- da usada para controle de temperatura de vapor, de acordo com a presente invenção; A figura 7 é uma vista em perspectiva dos fornecimentos usados para carregar á- gua para os painéis evaporadores, de acordo com a presente invenção; As figuras 8 e 9 são vistas em perspectiva das proteções contra o calor usadas pa- 25 ra proteger os tubos de comunicação e tubos superiores e inferiores dos painéis evaporado- res e superaquecedores, de acordo com a presente invenção; A figura 10 é uma ilustração de uma superfície evaporativa ou painel de superfície de superaquecimento típico com uma barreira e isolamento de luz; -- A figura 11 é uma outra vista do separador de vapor/água vertical de acordo com a 30 presente invenção, ilustrando várias conexões a ele assim como níveis de água baixo, nor- mal e alto para o separador de vapor/água vertical; A figura 12 é uma ilustração de uma modalidade de um arranjo de estrutura de re- forço usado para fornecer suporte para os painéis evaporadores e superaquecedores pela estrutura de suporte vertical de acordo com a presente invenção; 35 As figuras 13 e 14 ilustram duas vistas em perspectiva de uma estrutura de apoio para fabricação/transporte/elevação de acordo com a presente invenção que facilita fabrica- ção, montagem, transporte e instalação do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica da fábrica para o campo, a figura 13 ilustrando o trocador de calor de receptor solar montado na fábrica na posição de expedição para transporte, a figura 14 ilustrando o troca- dor de calor de receptor solar montado na fábrica na posição de elevação parcial de instala- ção durante o processo de instalação; 5 As figuras 15, 16 e 17 ilustram vistas superior, de extremidade e de corte, respecti- vamente, de uma placa de diafragma de divisão, de acordo com a presente invenção, usada nos tubos de comunicação de entrada e saída superaquecedores para fornecer múltiplos caminhos de vapor nos painéis de superaquecimento quando tubos tangentes são empre- gados; 10 A figura 18 é uma vista em perspectiva de uma modalidade,-alternativa de um sis- tema de suporte de tubos tangentes de arranjo de estrutura de reTorço de acordo com a pre- sente invenção; As figuras 19 e 20 são vista minuciosas de partes da figura 18, e em que partes do sistema de suporte de tubos tangentes da figura 18 foram omitidas da figura 20 para clare- 15 za; A figura 21 é uma vista lateral do sistema de suporte de tubos tangentes da figura 19 visto ao longo de um plano da parede de trocador de calor; e A figura 22 é uma vista plana da figura 21.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO 20 Será feita em seguida referência aos desenhos anexos, em que números de refe- rência iguais designam os elementos iguais ou funcionalmente similares por todos os diver- sos desenhos. A presente invenção emprega um dispositivo de separação de vapor/água vertical de acordo com os preceitos da patente US 6.336.429 para Wiener e outros para separar o 25 vapor da mistura de vapor e água produzida pelo trocador de calor de receptor solar monta- do na fábrica da presente invenção. O texto da patente US 6.336.429 mencionada anterior- mente para Wiener e outros está incorporado por meio desta referência como se inteiramen- te exposto neste documento. O separador de vapor/água vertical é interligado de forma es- trutural e fluídica com as superfícies de aquecimento do trocador de calor de receptor solar 30 montado na fábrica como parte de um projeto montado na fábrica tal como descrito neste documento. Para a extensão em que explicações de certas terminologias ou princípios das téc- nicas de trocador de calor, caldeira e/ou gerador de vapor podem ser necessárias para en- tender a presente invenção, o leitor deve se dirigir para ao "Steam/its generation and use", 35 quadragésima edição, Stultz e Kitto, Eds., Direitos Autorais ©1992, The Babcock & Wilcox Company, e ao "Steam/its generation and use", quadragésima primeira edição, Kitto e Stultz, Eds., Direitos Autorais ©2005, The Babcock & Wilcox Company, cujos textos estão incorpo-

rados por meio desta referência como se inteiramente exposto neste documento.

Referindo-se às figuras 1 a 11, está mostrado um trocador de calor de receptor so- lar montado na fábrica 10 de acordo com a presente invenção, e que é compreendido dos seguintes componentes principais: 5 Painéis evaporadores ou de tubos de caldeira 12; Painéis de tubos superaquecedores primários (SAP) e superaquecedores secundá- rios (SAS) 14; Um separador de vapor/água vertical 16; Estrutura de suporte interna vertical 18, estruturas de reforço 20 e conexão de torre 22; Fornecimentos 24, dutos de interligaçãô 26 e tU ulação de conexão saturada 28; Termorregulador de água de pulverização 30 e tubulação 32; Proteções contra o calor de tubo de comunicação 34; Barreira de luz 36 e isolamento 38; 15 Instrumentação 40; e Plataformas 42 e escadas de acesso.

Mais particularmente, e se referindo de uma maneira geral às figuras 1 a 11 em or- dem, o trocador de calor de receptor solar montado na fábrica 10 tem um arranjo de superfí- cies de transferência de calor evaporativas 12 e as superaquecedoras 14, um separador de 20 vapor/água vertical 16 interligado de forma estrutural e fluídica a isto, e uma estrutura de suporte interna vertical 18 fornecida para suportar pela parte superior o separador de va- por/água vertical 16 e as superfícies de transferência de calor 12, 14. A estrutura de suporte vertical 18 é colocada entre o separador de vapor/água vertical 16 e o arranjo das superfí- cies de transferência de calor 12, 14. 0 trocador de calor de receptor solar montado na fá- 25 brica 10 é inteiramente montado na fábrica exceto para as proteções contra o calor de tubo de comunicação 34, válvulas de segurança, ventilações, silenciosos e outros instrumentos delicados (não mostrados). O trocador de calor de receptor solar montado na fábrica 10 é inteiramente drenável. -- Cada lado do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica 10 compreen- 30 de um painel de tubos evaporadores 12 e um painel superaquecedor 14. Dois painéis supe- raquecedores primários (SAP) 14 formam um canto do receptor 10 e dois painéis supera- quecedores secundários (SAS) 14 formam um canto oposto (não mostrado). Os painéis e- vaporadores 12 e os superaquecedores 14 são construídos de tubos soltos tangentes espa- çados estreitamente (nenhuma membrana) com dobras de tubo perto dos tubos de comuni- 35 cação para flexibilidade adicional.

Os tubos são tubos de parede fina de pequeno diâmetro para minimizar diferenciais de temperatura de tubo de face quente para fria.

As fixações de tubo permitem expansão térmica não restringida dos painéis de tubos em ambas as dire-

ções horizontal e vertical, eliminando assim tensões de tubo adicionais. Estes recursos de projeto maximizam flexibilidade e minimizam tensões térmicas e o potencial para arquea- mento de tubo. Embora o arranjo descrito anteriormente dos painéis de tubos evaporadores 12 e dos painéis de tubos superaquecedores 14 seja uma modalidade preferida, outros ar- 5 ranjos estão dentro do escopo da presente invenção. Por exemplo, os painéis evaporadores 12 e os superaquecedores 14 podem não ser colocados em cada lado, ou os painéis supe- raquecedores 14 podem não se encontrar em um canto, ou podem mesmo existir configura- ções diferentes dos vários painéis evaporativos 12 e dos superaquecedores 14 fornecidos em um dado lado. 10 0 trocador de calor de receptor solar 10 é -suportado pela parte superior pela estru- tura de suporte vertical interna 18. A éstrutur~de suporte vertical 18 é aparafusada a um flange de torre (não mostrado) por meio de uma seção de transição 22 integral à estrutura de base do receptor solar 10. Existem três elevações das estruturas de reforço 20 para transmitir cargas de vento e sísmicas dos painéis 12, 14 para a estrutura de suporte 18. As 15 vigas das estruturas de reforço 20 são fixadas às colunas da estrutura de suporte interna vertical 18. O receptor 10 é projetado para circulação natural e não exige uma bomba de circu- lação. Água de alimentação entra no separador vertical 16 próxima à meia altura do receptor

10. A água sub-resfriada flui para baixo através do tubo de descida 17 na parte inferior do 20 separador vertical. Os tubos de fornecimento 24 transportam a água para os tubos de co- municação inferiores dos painéis evaporadores 12. 0 calor proveniente do campo de espe- lhos é absorvido pela água fluindo para cima através dos tubos nos painéis 12 que é menor em densidade do que a água deixando o separador vertical 16, o que resulta em uma ação de bombeamento natural. A mistura de água e vapor sai dos tubos de comunicação na parte 25 superior dos painéis evaporadores 12. Os dutos de interligação 26 transportam a mistura de água e vapor para o separador vertical 16. Os bicos de entrada das conexões de duto de interligação 27 no separador vertical 16 são arranjados tangencialmente e se inclinam para baixo para transmitir um giro para baixo-para iniciar remoção de umidade. Vapor úmido flui para cima através de uma placa perfurada, purificador de gás e recipiente seco para remo- 30 ção de umidade final. A água removida flui para baixo e se mistura com o estoque de água no separador vertical 16 para recirculação. Embora os tubos de fornecimento 24 e os dutos de interligação 26 estejam ilustrados nas figuras como sendo caminhos de fluido relativa- mente retos, será percebido pelos versados na técnica que seu projeto real em termos de arranjo e comprimento será determinado pelo grau de flexibilidade exigido para acomodar 35 movimentos esperados causados pela expansão e contração térmica durante operação do trocador de calor de receptor solar. Assim é provável que dobras ou comprimento adicionais possam ser necessários para fornecer tal flexibilidade.

Vapor saturado seco deixa a parte superior do separador vertical 16 e flui através das conexões saturadas 28 para os tubos de comunicação de entrada do SAP 14 localiza- dos na parte superior dos painéis 14. Ambos os painéis SAP 14 têm uma ou mais (em uma modalidade, cinco) passagens de vapor com vários (em uma modalidade, nove (9)) tubos 5 por passagem com os tubos de comunicação de diafragma 58 de um projeto especial por causa do fato de que os painéis são compreendidos de tubos tangentes espaçados estrei- tamente (ver as figuras 15 - 17). 0 vapor flui através de ambos os painéis SAP 14 em para- lelo, iniciando nas extremidades adjacentes aos painéis evaporadores 12 e flui na direção do centro.

Este arranjo coloca o vapor mais frio perto dos painéis evaporadores 12 para prote- 10 ger o SAP 14 contra derramamento durante partida.

O vapor então sai dos tubos de comu- nicação de SAP na parte infenór, se rtTrstura e flui para cima através do termorregulador 30 e da tubulação associada 32 (água de alimentação é usada para termorregulação), então se divide e entra nos tubos de comunicação do SAS 14 na parte superior.

Os painéis SAS 14 são arranjados iguais aos painéis SAP 14, mas são localizados em um canto oposto do re- 15 ceptor solar 10. 0 vapor deixa o receptor 10 através de um tubo de vapor principal (não mostrado) localizado na parte inferior do receptor 10. Os tubos de comunicação superior e inferior e dobras de tubo nos painéis evapora- dores 12 e SAP, SAS 14 são protegidos contra derramamento e perdem energia de luz pe- las proteções contra o calor 34 que se estendem em volta do perímetro do receptor 10, tal 20 como mostrado.

Vantajosamente, as proteções contra o calor 34 compreendem placa de aço reforçada que é suportada pela estrutura de receptor 18. 0 lado exposto é pintado de branco para reduzir temperaturas de operação.

O lado de trás não é isolado para reduzir temperaturas de operação.

Também existe folga entre a proteção contra o calor 34 e tubos formando os painéis 12, 14 para permitir fluxo de ar natural para resfriamento adicional. 25 A parte de trás dos painéis 12, 14 exigirá uma barreira de luz 36 para proteger o isolamento 38 e estrutura contra exposição a chuva e calor que podem atravessar folgas entre os tubos tangentes soltos.

Vantajosamente, a barreira 36 pode compreender um arran- jo de chapas de metal suportadas pela estrutura de fixação de tubo A barreira 36 pode ser pintada de branco no lado de tubo para maximizar refletância e reduzir temperaturas de ope- 30 ração.

A barreira 36 também suportará o isolamento de painel 38 e revestimento associado.

O trocador de calor 10 incluirá a instrumentação 40 para medir temperaturas de fa- ce quente de tubo e de fluido, fluxo de calor em painéis e possivelmente deformação, defle- xão e expansão térmica de vários componentes do receptor, se desejado.

Em todas as figu- ras, a localização desta instrumentação 40 está meramente indicada de forma esquemática, 35 em vez de desenhada especificamente e salientada.

As duas plataformas 42 são fornecidas para acessar as passarelas superior e infe- rior ou portas de acesso no separador de vapor/água vertical 16, as quais são acessíveis por meio das escadas.

Embora o trocador de calor de receptor solar 10 seja inteiramente drenável, drenar diariamente pode não ser econômico ou desejado, consequentemente rastreamento de ca- lor, cobertura de isolamento ou algum outro dispositivo pode ser exigido para proteção con- 5 tra congelamento, particularmente para os painéis de tubos 12 que ficam expostos.

O separador de vapor/água vertical 16 é do tipo revelado na patente US 6.336.429 mencionada anteriormente para Wiener e outros, e opera em modo conhecido para separar o vapor da mistura de vapor e água.

O separador de vapor/água vertical 16 deste tipo é par- ticularmente apropriado para manusear grandes oscilações transitórias na entrada de calor 10 para o trocador de calor 10 o que, por sua vez, pode causar grandes variações nos níveis de água dentro do sepârador d vapor/água 16. A água separada da mistura de vapor e água é transportada para uma parte inferior do separador 16, misturada com água de alimentação de composição e transportada para a superfície evaporativa 12 para iniciar o processo no- vamente. 15 0 separador de vapor/água vertical 16 foi escolhido entre um tambor de vapor hori- zontal tradicional pelos seguintes motivos: 1) ele se encaixa bem no interior de receptor; 2) ele elimina a possibilidade de curvamento de tambor; 3) área de superfície de separação de vapor pode ser alcançada com o separador vertical; e 4) se desejado, o separador vertical pode ser usado para suportar os painéis de tubos de superfície de aquecimento de trocador 20 de calor e alternativamente pode ser suportado pela parte inferior.

Existem outras vantagens para o uso do separador de vapor/água vertical 16 no trocador de calor de receptor solar 10 de acordo com a presente invenção, em vez de um tambor de vapor horizontal tradicional, particularmente durante condições de paralisação.

Estas vantagens se originam de uma combinação da estrutura do separador 16 e conexões 25 a isto, assim como da relação física das localizações destas conexões e as elevações dos tubos de comunicação superiores dos painéis evaporadores 12. Referindo-se à figura 11, as relações entre a elevação dos tubos de comunicação superiores dos painéis evaporadores 12 em relação à elevação do nível de água normal (NAN), ao nível de água alto (NAA) e às conexões ou penetrações de duto de interligação 27 no separador vertical 16 são estabele- 30 cidas especificamente para preservar a temperatura e pressão do separador vertical 16; este recurso é utilizado primariamente em paralisações durante a noite.

O NAA de operação normal é estabelecido em uma elevação casando com a elevação dos tubos de comunica- ção superiores dos painéis evaporadores 12, e o NAN de operação normal é um pouco a- baixo do NAA (figura 11). As penetrações de duto de interligação 27 no separador vertical 35 16 estão acima do NAA de operação normal e dos tubos de comunicação superiores dos painéis evaporadores 12. Após paralisação, a água nos painéis evaporadores 12 resfria e fica mais densa que a água no separador vertical 16, a qual ainda está quente e menos densa.

Por causa desta diferença de densidade a água nos painéis evaporadores 12 tenta fluir para trás: para baixo nos painéis evaporadores 12, através do fornecimento 24 e das conexões de fornecimento 25 e para cima no tubo de descida 17 para dentro do separador vertical 16; se isto ocorrer a água resfriada proveniente dos painéis evaporadores 12 rapi- 5 damente resfriará o separador vertical 16. Entretanto, por causa de as penetrações de duto de interligação 27 no separador vertical 16 estarem acima do NAA de operação normal, a água aquecida já no separador vertical 16 não é conectada aos dutos de interligação 26 e não pode fluir para dentro dos dutos de interligação 26 e dos tubos de comunicação superio- res dos painéis evaporadores 12, e assim a circulação para trás não pode ocorrer.

Isto força 10 a água resfriada nos painéis evaporadores 12 para permanecer nos painéis evaporadores 12 permitindo queá água quente permaneça no separador vertical 16, o que ajuda a preser- var temperatura e pressão do separador vertical 16 durante a noite.

Como resultado, na ma- nhã seguinte, o separador vertical 16 está em uma temperatura e pressão elevada que per- mite ao trocador de calor de receptor solar 10 iniciar mais rápido do que se o separador ver- 15 tical 16 estivesse resfriado completamente para a temperatura ambiente.

É importante notar que este arranjo ou configuração particular do NAA, NAN e NAB para o separador vertical 16 ainda permite que o sistema de circulação funcione em uma maneira aceitável quando os painéis evaporadores 12 estão recebendo calor; o sistema de circulação foi otimizado para operar normalmente durante condições regulares de geração de vapor e ainda fornece os 20 recursos especiais descritos anteriormente para minimizar o resfriamento do sistema de cir- culação quando o trocador de calor de receptor solar 10 não está em operação.

Este concei- to é muito mais fácil de aplicar com o separador vertical 16 de acordo com a presente inven- ção do que com uma caldeira empregando um tambor de vapor horizontal tradicional.

O trocador de calor de receptor solar 10 deve ser capaz de partidas e elevação de 25 carga rápidas seguintes a passagens de nuvem para maximizar uso de calor disponível e operação em carga total e minimizar pontos fora de espelhos.

Um tambor de vapor tradicio- nal está sujeito a curvamento de tambor (descrito a seguir) se a carga for aumentada ou reduzida muito rapidamente.

Se uma nuvem passar e diminuir calor para o receptor com a válvula reguladora de turbina totalmente aberta, a pressão de tambor cairá por causa da 30 queda na produção de vapor.

Isto superaquecerá o vapor no tambor fazendo com que a metade superior do tambor fique em uma temperatura de metal maior que a da metade infe- rior que por sua vez faz com que o tambor torça ou curve para cima.

O oposto acontece em um aumento rápido de carga por causa de o vapor condensar e resfriar a metade superior do tambor.

Ao longo do tempo, isto pode resultar em danos de fadiga para o tambor de va- 35 por.

O diâmetro interno do vaso separador de vapor/água vertical 16 é selecionado para fornecer área de superfície suficiente para o equipamento de separação de vapor e estoque de água suficiente para permitir que a caldeira opere em fluxo de vapor de pico por diversos minutos (cerca de 1-1/2 minutos) no caso de um erro de água de alimentação, mesmo se o nível de água dentro do vaso estiver na linha de nível de água baixo (NAB) quando o erro ocorrer. 5 0 equipamento de separação de vapor dentro do vaso 16 compreende uma placa perfurada, purificador de gás e recipiente seco que são localizados perto da parte superior do separador vertical 16 tal como mostrado. 0 propósito destes componentes é remover qualquer umidade adicional do vapor antes de ele sair do vaso 16. Isto, por sua vez, reduz a possibilidade de transporte de sólidos para dentro do superaquecedor 14 que podem incrus- 10 tar dentro dos-tubos e ocasionar pontos quentes.

A conexão de água de alimentação para o separador de vapor/água vertical tem uma luva térmica.

Este bico é angulado para baixo de maneira que água de alimentação não colide e choque termicamente o vaso 16 se a água estiver abaixo do nível de água baixo.

As passarelas superior e inferior ou portas de acesso (ver as figuras 1, 4, e 11) for- 15 necem acesso para serviços no equipamento de separação de vapor e inibidor de turbilhão, respectivamente.

O vaso 16 é isolado e revestido para reduzir perda de calor.

O trocador de calor de receptor solar montado na fábrica 10 é projetado para operar sem uma bomba de circulação e com características de circulação natural.

Isto significa que circuitos recebendo mais entrada de calor têm mais fluxo de vapor/água e circuitos receben- 20 do menos entrada de calor terão menos fluxo.

Embora não preferido, se desejado a fim de facilitar a circulação da água e mistura de água e vapor por todo o trocador de calor 10, uma ou mais bombas de circulação vantajosamente podem ser fornecidas na parte inferior do separador 16 no tubo de descida 17, para bombear a água de volta para a superfície evapo- rativa para permitir operação de circulação assistida ou circulação bombeada. 25 Os painéis trocadores de calor de receptor solar 12, 14 são projetados para alta confiabilidade para alcançar uma longa vida sob condições de operação altamente cíclicas e serem capazes de resistir diariamente a partidas, paralisações e nuvens passageiras sem sofrer danos de fadiga de ciclo baixo.

As superfícies de transferência de calor evaporativas 12 e as superaquecedoras 14 são compreendidas de painéis de tubos tangentes soltos; isto 30 é, os tubos são espaçados estreitamente um do outro e não são soldados conjuntamente.

Durante operação, cada tubo nos painéis deve se expandir termicamente por um compri- mento diferente do dos outros tubos por causa das diferenças de temperatura entre os tu- bos, mas os tubos de comunicação inferiores se deslocarão para baixo aproximadamente com base na temperatura de tubo média e permanecerão horizontais e, porque eles são 35 muito mais rijos do que os tubos, não serão curvados.

Isto transmitirá tensões para os tubos, particularmente no superaquecedor, porque cada passagem opera em uma temperatura média diferente.

As dobras de tubo nos tubos de comunicação de entrada e saída, portanto,

fornecem uma mola, por assim dizer, para reduzir tensões de tubo perto das conexões de tubo de comunicação e reduzir o potencial para arqueamento de tubo.

A parte superior su- portando os painéis fornece expansão térmica livre para baixo.

Os tubos são de pequeno diâmetro com parede fina para minimizar diferenciais de temperatura de face quente para 5 fria, tensões térmicas e o potencial para arqueamento; em uma modalidade, os painéis eva- poradores 12 e os superaquecedores 14 são feitos de tubos de 31/32" (24,61 mm) de diâ- metro externo x 0,095" (2,41 mm) MW de materiais SA210A1 e SA213T22, respectivamente.

Outros materiais e espessuras de tubo podem ser empregados, dependendo de temperatu- ra, pressão e outras considerações. 10 Os painéis das superfícies de aquecimento evaporativas 12 são providos com tubos — de comunicação de entrada inferiores e tubos de comunicação de saída superiores.

Isto facilita o projeto de circulação natural do trocador de calor de receptor solar 10. A mistura de vapor e água gerada nos tubos formando os painéis das superfícies de aquecimento evapo- rativas 12 é coletada nos tubos de comunicação de saída superiores que também servem 15 como um ponto de mistura para desequilíbrios de temperatura que podem existir na mistura de vapor e água.

Pontas nos tubos de comunicação de saída são interligadas por meio dos dutos de interligação 26 às pontas ou conexões de duto de interligação 27 na parte superior do separador de vapor/água vertical 16. 0 separador de vapor/água vertical 16 opera em modo conhecido (ver a patente US 6.336.429 para Wiener e outros), separando o vapor da 20 mistura de vapor e água.

Se o trocador de calor 10 fosse projetado simplesmente para produção de vapor sa- turado, sem superaquecimento, todos os painéis seriam da superfície evaporativa 12, e as conexões de saída de vapor saturado 28 da parte superior do separador 16 transportariam o vapor para sua localização e uso a jusante. 25 Dependendo da temperatura e pressão de vapor inicial, e da temperatura de vapor superaquecido de saída desejada, os painéis compreendendo as superfícies superaquece- doras 14 podem ser superaquecedores de múltiplas passagens a fim de fornecer taxas de fluxo de massa adequadas dentro dos tubos de superfície superaquecedora, e tais conceitos estão dentro do escopo da presente invenção.

Tais projetos de múltiplas passagens consi- 30 deram as temperaturas não somente dos tubos no superaquecedor 14, mas também a tem- peratura dos tubos em uma estrutura ou painel evaporador 12 adjacente, a fim de abordar considerações de expansão térmica diferencial.

Adicionalmente, por toda a presente especi- ficação, a referência ao superaquecedor 14 pode se referir, dependendo do contexto, a um ou outro ou a ambos de superaquecedor primário (a montante de um estágio de termorregu- 35 lação por pulverização para controle de temperatura de vapor) e superaquecedor secundário (a jusante de um estágio de termorregulação por pulverização para controle de temperatura de vapor).

Existem três elevações das estruturas de reforço 20 para transmitir cargas de ven- to, sísmicas, de expedição e de expansão térmica, etc. dos painéis 12, 14 para a estrutura de suporte 18 tal como mostrado. As vigas das estruturas de reforço 20 são fixadas às colu- nas da estrutura de suporte interna 18 e são em elevações escalonadas para permitir que as 5 estruturas de reforço se estendam para os cantos. As estruturas de reforço também estão fora do isolamento de painel, e são assim referidas como um projeto de estrutura de reforço "fria". Uma barra de amarração 31 é retida contra os painéis evaporadores 12 com a barra com recortes 23 e os pinos 33 e, para os painéis superaquecedores 14, com os grampos de tubo 29 tal como mostrado na figura 12 e explicado a seguir. As folgas dentro do sistema da

10. barra de amarração 31, estrutura de reforço 20, barra com recortes 23, pinos 33 e do gram- po de tubo 29 permitem ao painel deslizar em relação à barra de amarração fixa 31 à medi- da que o painel expande termicamente de forma vertical e na direção axial de barra de a- marração; elas permitem expansão na direção axial de barra de amarração 31, mas não permitem expansão em uma direção normal a um plano do painel de tubos. Separadores de 15 barra de amarração 21 são presos ao flange da estrutura de reforço 20. Este sistema permi- te expansão térmica não restringida dos painéis de tubos nas direções vertical e axial da barra de amarração 31, eliminando assim tensões de tubo adicionais. Para reduzir custo e melhorar rigidez de painel para expedição, os tubos evapora- dores 12 são fixados com as barras com recortes 23, a barra de amarração 31 e os pinos 33 20 em cada elevação da estrutura de reforço 20 tal como mostrado. Os três conjuntos das bar- ras com recortes 23 são implementados através da largura do painel 12 em vez de fixar to- dos os tubos juntamente com uma barra para reduzir tensão na solda de fixação de tubo, particularmente entre elevações da estrutura de reforço 20 onde os tubos são retos (nenhu- ma dobra para reduzir tensão por causa de expansão térmica diferencial). 25 Um projeto de fixação de tubo mais flexível é fornecido para os painéis superaque- cedores 14; isto é, um sistema de estrutura de reforço separado é fornecido para os painéis evaporadores 12 versus os superaquecedores 14. Os tubos superaquecedores são fixados com um arranjo do grampo de tubo 29 e da barra de amarração 35 tal como mostrado. Isto permitirá a cada tubo expandir independentemente uma vez que o potencial para diferenci- 30 ais de temperatura tubo a tubo é maior no superaquecedor 14 quando comparado ao evapo- rador 12, particularmente para tubos adjacentes de passagens diferentes. Os painéis também foram projetados para minimizar o número de projetos para re- duzir custo. Com referência à geometria de dobramento de tubo, existem somente dois pro- jetos ou configurações, um para o evaporador 12 e um para o superaquecedor 14 com a 35 única diferença sendo em que lado estão as fixações de tubo. Isto está ilustrado na figura 2, onde deve ser observado que os tubos de comunicação superior e inferior em um lado do trocador de calor de receptor solar 10 estão localizados externos ao plano dos painéis de parede de tubos tangentes, enquanto que os tubos de comunicação superior e inferior em um lado adjacente do trocador de calor de receptor solar 10 estão localizados internos ao plano dos painéis de parede de tubos tangentes.

O trocador de calor de receptor solar 10 é suportado pela parte superior pela estru- 5 tura de suporte interna mostrada nas figuras 1, 2 e 3. A estrutura de aço da parte superior da estrutura de suporte vertical 18 suporta os painéis 12, 14 e o separador de vapor/água vertical 16. Os painéis 12, 14 são suportados por meio de hastes verticais fixadas à armação de canal costa com costa formando o perímetro da estrutura de aço da parte superior.

Este projeto permite expansão térmica livre para baixo dos painéis e separador vertical.

A estrutu- 10 ra de suporte usa formas e placas de aço de padrão estrutural feitas de material de aço car- bono típico, tal como A36 e A992, e são para a maior parte, aparafusadas conjuntamente.

Outros materiais podem ser empregados, dependendo de temperatura e outras considera- ções.

Tubulação estrutural pode ser empregada, mas pode ter maior custo e exigir maior tempo de condução.

Ela também pode complicar projeto de conexão de extremidade. 15 Referindo-se às figuras 1 a 7, os fornecimentos 24 entregam água do tubo de des- cida 17 do separador de vapor/água vertical 16 para os tubos de comunicação de entrada inferiores dos painéis evaporadores 12. Os dutos de interligação 26 entregam a mistura de vapor e água proveniente dos tubos de comunicação superiores dos painéis evaporadores 12 de volta para o separador de vapor/água vertical.

A quantidade e tamanho dos forneci- 20 mentos 24 e dos dutos de interligação 26 são projetados para satisfazer exigências de circu- lação natural.

Eles também são projetados com alguma flexibilidade para acomodar expan= são térmica diferencial entre os tubos de comunicação do painel 12 e o separador de va- por/água vertical para minimizar tensão nas conexões.

As conexões saturadas e tubulação de conexão saturada 28 entregam vapor satu- 25 rado seco da parte superior do separador de vapor/água vertical para os tubos de comuni- cação de entrada de SAP localizados na parte superior dos painéis 14. Por causa dos tubos de comunicação de entrada estreitos, somente dois tubos de conexão saturada são exigi- dos, um por tubo de comunicação tal como mostrado.

Esta tubulação é feita de aço carbono e usa tamanhos de tubo padrões e espessuras de tabela.

Toda a tubulação é isolada e re- 30 vestida para reduzir perda de calor.

O trocador de calor de receptor solar montado na fábrica 10 tem um estágio de ter- morregulação por pulverização e a tubulação 32 para controle de temperatura de vapor, lo- calizados entre o SAP e o SAS, tal como mostrado nas figuras 1 e 6. Um único estágio re- duz custo e simplifica tubulação.

O termorregulador e a tubulação 32 são localizados dentro 35 do fechamento de receptor tal como mostrado.

O termorregulador usa água de alimentação para termorregulação.

O termorregulador e tubulação são suportados pela estrutura de su- porte de receptor 18 e/ou pelos tubos de comunicação de painel.

Estes componentes tam-

bém são isolados e revestidos para reduzir perda de calor.

Os tubos de comunicação e dobras de tubo superiores e inferiores para os painéis devem ser protegidos contra derramamento de luz e energia de luz desgarrada.

Isto é reali- zado com as proteções contra o calor 34 que se estendem em volta do perímetro do recep- 5 tor solar 10, e tal como mostrado nas figuras 1, 8 e 9. Uma extremidade ou borda das prote- ções contra o calor 34 é aparafusada ou soldada à estrutura de suporte 18 e a outra extre- midade fica livre.

As proteções contra o calor 34 são feitas de aço de bitola fina com reforços no lado traseiro e ao longo da borda livre para resistir a cargas de vento e sísmicas.

As pro- teções contra o calor 34 também podem ser unidas nos cantos para fornecer rigidez adicio- 10 nal para evitar fixação aos tubos.

Provisões para expansão térmica para reduzir ou impedir encurvamento são exigidas.

As proteções contra o calor 34 são pintadas de branco no lado exposto e não são isoladas no lado de trás para reduzir temperatura de operação.

Uma fol- ga é fornecida entre as proteções contra o calor 34 e os painéis de tubos 12, 14 para permi- tir circulação natural de ar para resfriamento adicional.

Para reduzir dimensões de expedi- 15 ção, as proteções contra o calor são instaladas no campo.

Uma barreira de painel 36 é exigida na parte de trás dos painéis 12, 14 para prote- ger o isolamento e estrutura contra exposição a chuva e calor que podem atravessar as fol- gas entre os tubos tangentes soltos.

Ver a figura 10, a qual ilustra o sistema da barreira de painel 36. A barreira de painel 36 compreende um arranjo de chapas de metal suportadas 20 pela estrutura de fixação de tubo.

Uma extremidade é fixada e a outra é guiada para permitir expansão térmica.

Para o evaporador 12, a barreira de painel é suportada pelas barras com recortes e para o superaquecedor 14, pela placa de amarração.

A barreira de painel 36 é pintada de branco no lado de tubo para maximizar refletância e reduzir temperaturas de ope- ração.

A barreira de painel 36 também suporta o isolamento e revestimento de painel. 25 A instrumentação 40 para medir temperaturas de face quente de tubo, temperaturas de fluido e fluxo de calor nos painéis provavelmente seria fornecida.

Instrumentos adicionais tais como medidores de tensão e dispositivos para medir deflexões e expansão térmica de vários componentes também podem ser fornecidos.

Temperatura de vapores SA será medi- da por meio de termopares soldados de conectores localizados no lado frio (isolado) das 30 pernas de saída de tubo perto dos tubos de comunicação.

Tal como mostrado nas figuras 13 e 14, um outro aspecto da presente invenção é formulado para um aparelho de expedição ou estrutura de apoio para fabrica- ção/transporte/elevação 50 que facilita fabricação, montagem, transporte e instalação do trocador de calor da fábrica para o campo.

A estrutura de apoio compreende uma base 52 e 35 os dois pontaletes 54 fornecidos em uma extremidade do mesmo.

Os pontaletes 54 supor- tam os dois eixos de munhão 56 fixados à estrutura de suporte vertical 18 do receptor solar.

Os eixos de munhão 56 se encaixam nos pontaletes 54 na estrutura de apoio durante expe-

dição do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica 10 para suportar o mesmo e para permitir rotação do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica 10 nos pon- taletes 54, de uma posição de expedição para uma posição substancialmente vertical, du- rante uma parte do processo de instalação no campo do trocador de calor de receptor solar 5 montado na fábrica.

Alças de elevação são localizadas na extremidade superior da estrutura de suporte 18. Na chegada ao local de trabalho no campo, um guindaste eleva o trocador de calor de receptor solar 10 para a vertical, girando nos eixos de munhão 56, e então eleva o trocador de calor de receptor solar 10 para colocação em uma localização desejada, tal co- mo na parte superior da torre de receptor (não mostrada). 10 As figuras 15 a 17 ilustram vistas superior, de extremidade e de corte, respectiva- mente, de uma placa de diafragma de divisão 58 usada nos tubos de comunicação de en- trada e saída do superaquecedor 14 para fornecer múltiplos caminhos de vapor nos painéis de superaquecimento 14 quando tubos tangentes são empregados.

Um diafragma circular tradicional é soldado no lado de dentro de um tubo de comunicação para compartimentá-lo 15 em compartimentos fluídicos separados ao longo do comprimento do tubo de comunicação.

Uma vez que as conexões de ponta de tubo são espaçadas distantes o suficiente ao longo do comprimento do tubo de comunicação, esta abordagem funcionará.

Entretanto, na pre- sente aplicação com tubos tangentes espaçados estreitamente formando os painéis de su- peraquecimento 14, as conexões de ponta de tubo nos tubos de comunicação de entrada e 20 saída são escalonadas e encerradas conjuntamente.

Um diafragma circular convencional interferiria com algumas das pontas de tubo fixadas aos tubos de comunicação.

A fim de superar este problema, a placa de diafragma é uma placa de diafragma de divisão 58 com- preendida de duas placas de diafragma semicirculares A e B, tal como mostrado, as quais são inseridas no tubo de comunicação e soldadas uma à outra ao longo de um diâmetro e 25 na circunferência de cada placa A e B à superfície interna do tubo de comunicação.

Referindo-se às figuras 18 a 22 está mostrada uma modalidade alternativa de um sistema de suporte de tubos tangentes de acordo com a presente invenção.

Um sistema de suporte de tubos tangentes típico compreendendo uma estrutura de reforço, separadores, barra de amarração e grampos de tubo (quando considerando os painéis de superaqueci- 30 mento 14 do tipo usado no presente trocador de calor de receptor solar montado na fábrica 10) não fornece suporte adequado ou força positivamente uma construção "à prova de luz" na direção axial de tubo de comunicação.

Uma vez que o receptor 10 é montado na fábrica, e será transportado horizontalmente e então erguido para uma posição vertical, é importante fornecer suporte adequado para os painéis de tubos tangentes 12 e 14 durante e entre am- 35 bas as condições.

Mais especificamente, é necessário permitir um nível não típico de supor- te que aborde considerações por causa de expedir o receptor 10 e localizar o receptor 10 em uma zona sísmica alta, acomode todas as expansões térmicas antecipadas, force o es-

paçamento de tubo apropriado para garantir uma construção "à prova de luz", suporte facili- dade de fabricação, e suporte substituição de campo que se tornar necessária.

O sistema de suporte de tubos tangentes deve permitir suporte adequado dos painéis de tubos de supe- raquecimento primários e secundários 14 e dos painéis de tubos evaporadores 12. 5 Para abordar estas questões, nesta modalidade, as alças de tubo soldadas parci- almente de forma circunferencial 60 são empregadas em cada tubo de um painel 12 ou 14, e em que cada alça 60 é localizada em tubos adjacentes em elevações deslocadas com folgas para acomodar tanto considerações de fabricação quanto diferenciais de temperatura de tubo a tubo esperados (uma preocupação significativa quando considerando os painéis 10 de tubos de superaquecimento 14). Tal como mostrado na figura 20, cada uma das alças de tubo 60 é provida com dois furos que aceitam os pinos 62 para fornecer uma conexão com dois pinos a uma montagem de viga coletora compreendida das vigas coletoras superior e inferior 64, em que cada uma é provida com os furos correspondentes 66 para aceitar os pinos 62, e as placas de interligação 68. Esta modalidade suporta assim um painel compre- 15 endido de n tubos ao implementar (n+1) pinos 62 localizados intermediariamente, onde n é um número inteiro representando o número de tubos em um painel.

Portanto, embora em muitos modos seja vantajoso um projeto de localização de suporte de pino único (por alça), este efeito ainda é concretizado de forma similar ao implementar uma única alça por tubo e aproximadamente um único pino por tubo (quando considerando quantidades totais exigidas 20 para fabricação). As folgas entre as alças de tubo 60 e a montagem de viga coletora de no- vo acomodam tanto considerações de fabricação quanto diferenciais de temperatura tubo a tubo esperados.

As duas placas de interligação 68 por painel de tubos suportado são conectadas por meio dos pinos 70 e das barras de elo de giro 72 a uma alça de suporte de barra de elo 25 74 fixada a um elemento de suporte de flexão 76, por meio do objeto feito de aço estrutural 78, às colunas compreendendo a estrutura de suporte vertical 18 (figuras 19, 21 e 22). Por meio do sistema mencionado anteriormente, forças agindo em cada tubo em uma direção perpendicular ao plano definido pelo painel de tubos podem ser suportadas de forma eficien- te pelo objeto feito de aço estrutural.

Adicionalmente, as barras de elo de giro 72 de forma 30 intencional permitem rotação e assim acomodam a expansão térmica média dos painéis de tubos suportados como um todo; as barras de elo de giro 72 nesta modalidade tipicamente serão 1/2 predefinidas para esta expansão térmica.

As duas alças de suporte de montagem de viga coletora 80 são localizadas por painel de tubos suportado nas localizações apropria- das, de maneira que a montagem de viga coletora se desloca com a expansão térmica mé- 35 dia do painel enquanto também fornecendo um caminho de carga para a carga morta verti- cal da montagem, barreira de luz, isolamento e do revestimento para ser suportada de forma eficiente pelo objeto feito de aço estrutural.

Tal como mais bem ilustrado nas figuras 18 e 22, os guias de batente 82 são fixa- dos ao centro (considerando a direção axial de tubo de comunicação) da montagem de viga coletora e um batente em balanço 84 é fixado ao elemento de suporte de flexão 76, o qual de novo é fixado por meio do objeto feito de aço estrutural 78 às colunas da estrutura de 5 suporte vertical 18. Através do sistema mencionado anteriormente, forças agindo em cada tubo na direção axial de tubo de comunicação podem ser suportadas de forma eficiente pelo objeto feito de aço estrutural enquanto permitindo as expansões térmicas de painel de tubos apropriadas. Adicionalmente o sistema de batentes fornece um ponto de ancoragem locali- zado centralmente para expansão térmica na direção axial de tubo de comunicação. Embora 10 a função primária desta modalidade seja suportar adequadamente os painéis de tubos tan- -- gentes para todas as condições de carregamento esperadas enquanto permitindo aindá as expansões térmicas apropriadas, existem diversas outras vantagens concretizadas através do uso desta abordagem:

1. A montagem de viga coletora oferece uma cantoneira conveniente na qual locali- 15 zar uma barreira de luz, isolamento e revestimento.

2. A montagem de viga coletora reduz custos e facilita fabricação. Fabricar e montar as alças de tubo 60, os pinos 62, as vigas coletoras 64 e as placas de interligação 68 rende uma montagem conveniente que ajuda no processo de fabricação. A montagem é fixada temporariamente a uma montagem de painel de tubos na elevação apropriada e as alças de 20 tubo 60 individuais são soldadas por pontos no lugar. Mediante remoção da montagem o processo de soldagem da alça de tubo 60 é finalizado -fornecendo um painel de tubos encai- xado à montagem de viga coletora. O sistema do pino 70 e da barra de elo 72 suporta substituição no campo. Os pai- néis de tubos podem ser completamente separados da estrutura de suporte vertical (quando 25 considerando um único painel de tubos) ao remover as conexões de tubo de comunica- ção/tubulação relevantes, desconectar duas hastes de suporte vertical de tubo de comuni- cação, e desconectar os dois pinos 70 mais proximais à estrutura de suporte em cada ele- vação de suporte de tubo tangente. Como eles presumivelmente residem no lado de fora da barreira de luz, isolamento e do revestimento a invenção proposta oferece um método con- 30 veniente para remover painéis de tubos para substituição no campo. O elemento desta modalidade que permanece independente do projeto menciona- do anteriormente é o projeto da alça de tubo 60 soldada parcialmente de forma circunferen- cial localizada em elevação deslocada, em que cada uma fornece localizações de suporte presas com os dois pinos 62 permitindo que (n+1) pinos localizados intermediariamente su- 35 portem um painel de n tubos tangentes. A montagem de viga coletora pode ser compreendida de diferentes formas estrutu- rais, se desejado. Por exemplo, em vez do par de barras retangulares compridas formando cada uma das vigas coletoras 64, a qual pode flexionar ou curvar com a gravidade, as vigas coletoras 64 podem ser compreendidas de ângulos de 90 graus que são mais rijos.

Os furos 66 fornecidos através de uma das pernas de cada ângulo são então mais prováveis de se- rem alinhados com os furos nas alças 60, facilitando instalação dos pinos 62. As outras per- 5 nas dos ângulos seriam orientadas na direção do suporte vertical 18. Alternativamente, uma única forma em T estrutural, onde a haste do T é localizada entre as alças de tubo 60 deslo- cadas e os furos 66 para receber os pinos 62 que são fornecidos nesse lugar, e a barra do T é orientada na direção do suporte vertical 18, pode ser empregada.

O batente de forma estrutural oca (FEO) em balanço 84 e o elemento de suporte de 10 flexão de FEO 76, tal como ilustrado nas figuras, podem ser concretizados de forma similar- utilizando forma em W ou outras formas estruturais.

Isto permitiria fixações mils típica ao objeto feito de aço estrutural e deve permitir mais prontamente que o elemento de suporte de flexão do sistema de suporte de tubos tangentes 76 sirva para propósitos adicionais no objeto feito de aço estrutural.

Os vários componentes podem ser fabricados de aço carbono, 15 ou outros materiais tais como aço inoxidável ou outros aços liga.

Também deve ser percebido que embora o sistema de suporte de tubos tangentes descrito anteriormente tenha particular aplicabilidade a um trocador de calor de receptor solar, ele não está limitado a essa configuração e este sistema pode ser empregado em qualquer trocador de calor onde expansão térmica diferencial e média de painéis de tubos 20 tangentes soltos deve ser acomodada enquanto fornecendo suporte adequado para todas as condições de carregamento antecipadas. - Será assim percebido que a presente invenção fornece um projeto de trocador de calor de receptor solar termicamente efetivo e de baixo custo tendo as propriedades seguin- tes.

O projeto é de baixo custo, e capaz de ser montado na fábrica em um ambiente de pro- 25 dução em massa.

Seu tamanho permite expedição por caminhão dentro de limites normais para expedição por caminhão (largura de caminhão < 13 pés (3,96 metros), altura total < 12'6" (3,81 metros), comprimento total < 35 pés (10,67 metros)). O peso relativamente baixo reduz custos de expedição e instalação.

O trocador de calor de receptor solar é projetado para alta confiabilidade e longa vida enquanto operando sob condições de operação alta- 30 mente cíclicas, e é capaz de resistir diariamente a partidas, paralisações e nuvens passagei- ras sem sofrer danos de fadiga de ciclo baixo.

O separador de vapor/água vertical é capaz de partidas e elevação de carga rápidas seguinte a passagens de nuvens para maximizar uso de calor disponível e operação de carga total.

O projeto de circulação natural de va- por/água é inteiramente drenável e elimina a necessidade de uma bomba de circulação ca- 35 ra, enquanto atendendo capacidade e desempenho de vapor exigidos.

Embora a presente invenção tenha sido descrita anteriormente com referência a dispositivos, materiais e modalidades particulares, é para ser entendido que esta invenção pode ser variada em muitos modos sem divergir do espírito e escopo da mesma.

Por exem- pio, o trocador de calor de receptor solar pode ser escalado para um tamanho maior, de- pendendo da quantidade de fluxo de vapor desejado; entretanto, limitações de expedição ou transporte particulares podem ter que ser consideradas a fim de tirar proveito da montagem 5 na fábrica para a extensão máxima.

Portanto, a presente invenção não está limitada a estes particulares revelados, mas em vez disto se estende a todas as equivalências dentro do es- copo das reivindicações a seguir.

Claims (25)

REIVINDICACOES

1. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um arranjo de superfícies de transferência de calor, um separador de vapor/água vertical interligado de forma estrutural e fluídica a isto; e uma parte superior 5 de estrutura de suporte vertical suportando o separador de vapor/água vertical e as superfí- cies de transferência de calor.

2. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de superfícies de transferência de calor compreende superfícies evaporativas e superfícies de superaquecimento. 10

3. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura-de suporte vertical é colocada entre o separador de vapor/água vertical e o arranjo de superfícies de transferência de calor.

4. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de superfícies de transferência de 15 calor compreende painéis de tubos tangentes soltos e estruturas de reforço frias são forne- cidas na estrutura de suporte vertical para fornecer suporte lateral para os painéis de tubos enquanto permitindo expansão térmica não restringida dos painéis de tubos em ambas as direções horizontal e vertical, eliminando assim tensões de tubo adicionais.

5. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- 20 dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de superfícies de transferência de calor compreende painéis de tubos tangentes soltos providos com tubos de comunicação nas extremidades superior e inferior dos mesmos.

6. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende proteções contra o calor forne- 25 cidas para proteger as extremidades superior e inferior dos painéis de tubos tangentes sol- tos e seus tubos de comunicação associados.

7. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada lado do trocador de calor de receptor solar compreende pelo menos um painel de tubos evaporadores e pelo menos um painel de 30 tubos superaquecedores.

8. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que painéis de tubos superaquecedores em pelo menos dois lados do trocador de calor de receptor solar se encontram para formar um pri- meiro canto. 35 9. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que painéis de tubos superaquecedores forman- do um segundo canto oposto ao dito primeiro canto compreendem painéis superaquecedo-

res secundários.

10. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende vários painéis de superfícies evaporativas, todos de uma primeira configuração, e vários painéis de superfícies de supe- 5 raquecimento, todos de uma segunda configuração.

11. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o separador de vapor/água vertical compre- ende conexões de duto de interligação de bico de entrada inclinado para baixo, arranjadas tangencialmente, para transmitir um giro para baixo nas misturas de vapor/água de entrada 10 para iniciar remoção de umidade, e placa perfurada interna, purificador de gás e recipiente seco para remoção de umidade final.

12. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende barras com recortes e pinos e grampos de tubo interligando os painéis de tubos e estruturas de reforço frias para reduzir 15 tensões causadas por expansão térmica diferencial.

13. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um painel de superaqueci- mento compreende um tubo de comunicação superior e um inferior, cada tubo de comunica- ção tendo uma placa de diafragma de divisão compreendida de duas placas de diafragma 20 semicirculares para fornecer um painel de superaquecimento de múltiplas passagens.

14. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que os painéis de tubos compreendem isolamen- to e revestimento fornecidos atrás dos painéis de tubos e barreiras de luz colocadas entre a parte de trás dos painéis e o isolamento e revestimento para proteger o isolamento, revesti- 25 mento e estrutura de suporte contra exposição a chuva e luz que podem atravessar as foI- gas entre os tubos tangentes soltos formando os painéis de tubos.

15. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o troGador de calor é projetado para circula- ção natural e não exige uma bomba de circulação. 30

16. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o trocador de calor é provido com pelo me- nos uma bomba de circulação para permitir circulação assistida ou circulação bombeada.

17. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende eixos de munhão fixados à es- 35 trutura de suporte vertical, os eixos de munhão para encaixar em pontaletes em uma estru- tura de apoio durante expedição do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica para suportar o mesmo e para permitir rotação do trocador de calor de receptor solar mon-

tado na fábrica nos pontaletes, de uma posição de expedição para uma posição substanci- almente vertical, durante uma parte do processo de instalação no campo do trocador de ca- for de receptor solar montado na fábrica.

18. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- 5 dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de superfícies de transferência de calor compreende superfícies evaporativas e em que o separador de vapor/água vertical é provido com conexões de bico de duto de interligação localizadas para impedir fluxo para trás de água das superfícies evaporativas para dentro do separador de vapor/água vertical durante uma paralisação. 10

19. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que asuperfícies de transferência de calor são compreendidas de painéis de tubos tangentes soltos conectados aos tubos de comunicação e suportados pela estrutura de suporte vertical a fim de acomodarem diferenciais de tempe- ratura tubo a tubo assim como expansão térmica média dos painéis de tubos como um todo. 15

20. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que diferenciais de temperatura tubo a tubo são acomodados ao fornecer alças de tubo soldadas parcialmente de forma circunferencial nos tubos e localizadas em elevações deslocadas, em que cada uma fornece localizações de suporte presas com dois pinos a uma montagem de barra coletora permitindo que (n+1) pi- 20 nos localizados intermediariamente suportem um painel de tubos tangentes tendo n tubos pela estrutura de suporte vertical.

21. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a expansão térmica média dos painéis de tubos como um todo é acomodada ao girar barras de elo fixadas à montagem de barra cole- 25 tora e à estrutura de suporte vertical.

22. Trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, de acordo com a reivin- dicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende guias de batente fixados a um centro da montagem de barra coletora e um batente em balanço fixado à estrutura de supor- te vertical que fornece um ponto de ancoragem localizado centralmente para expansão tér- 30 mica e permite que forças agindo em cada tubo em uma direção axial de tubo de comunica- ção sejam suportadas de forma eficiente pela estrutura de suporte vertical enquanto permi- tindo expansões térmicas de painel de tubos.

23. Sistema de suporte para acomodar diferenciais de temperatura tubo a tubo as- sim como expansão térmica média dos painéis de tubos como um todo, em combinação 35 com um trocador de calor compreendido de painéis de tubos tangentes soltos conectados a tubos de comunicação e suportados por uma estrutura de suporte, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: alças de tubo soldadas parcialmente de forma circunferencial nos tubos e localizadas em elevações deslocadas, em que cada uma fornece localizações de suporte presas com dois pinos a uma montagem de barra coletora permitindo que (n+1) pi- nos localizados intermediariamente suportem um painel de tubos tangentes tendo n tubos pela estrutura de suporte vertical, e barras de elo de giro fixadas à montagem de barra cole- 5 tora e à estrutura de suporte vertical.

24. Sistema de suporte, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende guias de batente fixados a um centro da montagem de barra coleto- ra e um batente em balanço fixado à estrutura de suporte vertical que fornece um ponto de ancoragem localizado centralmente para expansão térmica e permite que forças agindo em 10 cada tubo em uma direção axial de tubo de comunicação sejam suportadas de forma efici- ente pela estrutura de suporte vertical enquanto permitindo expansões térmicas de painel de tubos.

25. Estrutura de apoio para facilitar fabricação, montagem, transporte e instalação de um trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, CARACTERIZADA pelo fato 15 de que compreende: uma base e pontaletes fornecidos em uma extremidade da base para encaixar eixos de munhão no trocador de calor de receptor solar montado na fábrica, os pontaletes permitindo rotação do trocador de calor de receptor solar montado na fábrica em volta dos eixos de munhão nos pontaletes de uma posição de expedição para uma posição substancialmente vertical durante uma parte do processo de instalação no campo do troca- 20 dor de calor de receptor solar montado na fábrica.

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12 FIG. 2

FIG. 2A FIG. 2B v. v

FIG. 5 e

16 o0

17

FIG. 4

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FIG. 6

FIG. 7 a24

34-.

FIG. 8 FIG. 9

FIG. 10

PORTA DE ACESSO

M DE ÁGUA ALTO (NAA) DE ÁGUA NORMAL (NAN) DE ÁGUA BAIXO(NAB)

PORTA DE ACESSO

FIG. 12

E

10

18

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FIG. 13

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FIG. 14

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FIG. 18

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72

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FIG. 19

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FIG. 20

FIG. 21

FIG. 22