ES2205010T3 - Procedimiento y disposicion de aparatos para el calentamiento y desgasificacion de fases multiples de agua. - Google Patents

Procedimiento y disposicion de aparatos para el calentamiento y desgasificacion de fases multiples de agua.

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ES2205010T3 ES96810832T ES96810832T ES2205010T3 ES 2205010 T3 ES2205010 T3 ES 2205010T3 ES 96810832 T ES96810832 T ES 96810832T ES 96810832 T ES96810832 T ES 96810832T ES 2205010 T3 ES2205010 T3 ES 2205010T3
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Abstract

EN UN PROCEDIMIENTO PARA CALENTAMIENTO Y DESGASIFICACION DE AGUA DE UTILIZACION POR MEDIO DE VAPOR EN UNA INSTALACION DE GENERACION DE CORRIENTE SE CALIENTA SEGUN SEA NECESARIO EL AGUA DE ADICION PRIMERO Y A CONTINUACION SE ELEVA HASTA LA TEMPERATURA DE SATURACION, DESGASIFICANDOSE A CONTINUACION. EL VAPOR UTILIZADO PARA CALENTAMIENTO Y DESGASIFICACION ES VAPOR DE EXPANSION DE UNA TURBINA DE BAJA PRESION, QUE EN EL CALENTAMIENTO DEL AGUA DE ADICION SE CONDENSA DE FORMA CASI COMPLETA Y SE GUIA DE NUEVO AL CIRCUITO DE VAPOR.

Description

Procedimiento y disposición de aparatos para el calentamiento y desgasificación de fases múltiples de agua.
Campo técnico
La invención se refiere a un procedimiento para el calentamiento y desgasificación de fases múltiples de agua adicional por medio de vapor en una instalación de generación de corriente. Se refiere igualmente a una disposición de aparatos para la realización del procedimiento
Estado de la técnica
El consumo de agua desmineralizada desgasificada en centrales eléctricas de uso combinado y en centrales eléctricas industriales es muy grande. Esto conduce necesariamente al tratamiento de cantidades considerables de agua adicional con objeto de la reposición de las pérdidas. Se conocen en este contexto configuraciones especiales de condensador con precalentadores mixtos / desgasificadores, que están en condiciones de calentar y desgasificar cantidades de agua adicional hasta el 70% de la cantidad evaporada. Normalmente, en las centrales eléctricas de condensación clásicas no se inyecta directamente en un condensador más que del 3 al 5% de agua adicional, con relación a la cantidad evaporada. No obstante, la inyección masiva de agua perjudica la presión de condensación, puesto que el haz de condensadores es impulsado con agua externa, es decir, agua, que no procede de la condensación. La pulverización directa de agua adicional en el condensador conduciría, en virtud de las grandes cantidades de agua mencionadas, a un rebosamiento de los haces de tubos. Sería inevitable una pérdida de vacío, lo que representa un perjuicio considerable de la función del condensador.
Actualmente se lleva a cabo un calentamiento y desgasificación convencionales de grandes cantidades de agua con valor de baja calidad energética, siendo perjudicado el rendimiento general del proceso de la central eléctrica solamente en una medida mínima. Para cumplir este cometido de acuerdo con la práctica convencional, se instalan sobre el condensador columnas de empaquetadura, en las que, utilizando vapor de escape de las turbinas como agente de pulverización, se lleva a cabo la expulsión de los gases disueltos en el agua adicional. En este caso, se mantiene la presión necesaria del condensador con la ayuda de un grupo adicional de aspiradores.
A la entrada del agua adicional la mayoría de las veces irrigada en las columnas de empaquetadura accionadas a contracorriente, este agua adicional presenta, en general, frente al vapor pulverizado, un sobreenfriamiento de 10ºC a 18ºC. Pero una condición necesaria para una desgasificación ideal en una columna de empaquetadura es aproximadamente un equilibrio térmico entre la fase líquida y la fase de gas. Por lo tanto, debido al sobreenfriamiento indicado, la evaporación debe llevar a cabo en primer lugar la saturación térmica del agua adicional. Cuando tanto el calentamiento como también la desgasificación deben realizarse en una columna de empaquetadura, debe diseñarse en una medida supradimensional debido al peligro de desbordamiento posible de la sección transversal de las columnas de una empaquetadura de este tipo. Pero el diseño de una columna de empaquetadura para la carga mencionada va unido con grandes costes. El vapor impulsado durante el calentamiento del agua que fluye hacia fuera de manera ineficaz a través de una columna de empaquetadura de este tipo se pierde irremisiblemente en el circuito de vapor de agua, puesto que solamente se realiza una desgasificación eficiente, como se ha mencionado, después de una aproximación de la temperatura del agua adicional al vapor pulverizado menor que 1 K. Por lo tanto, es necesaria la instalación de otro grupo de aspiradores en un circuito de vapor de agua cuando la columna de empaquetadura se emplea también para el calentamiento del agua adicional.
Una desgasificación efectiva se caracteriza por un margen de desgasificación en O_{2} de 10000 ppb (partes por billón), es decir, que el estado de saturación del agua con aire atmosférico y a temperatura ambiente se reduce a valor de ppb de un dígito, como por ejemplo 5 ppb.
Representación de la invención
Por lo tanto, el cometido de la invención es desa- rrollar un procedimiento y una disposición de aparatos correspondiente para la realización del procedimiento del tipo mencionado al principio, con el propósito de que se mejore energéticamente el calentamiento y desgasificación del agua adicional por medio de evaporación y, por lo tanto, sea de precio más favorable. Al mismo tiempo se pretende la reducción de la pérdida de vapor pulverizado a través de la aspiración durante el calentamiento y la desgasificación.
Según la invención, este cometido se soluciona a través de las características de las reivindicaciones 1 y 2.
Por lo tanto, el núcleo de la invención consiste en realizar de forma separada el calentamiento y la desgasificación de grandes cantidades de agua adicional por medio de vapor de escape de baja calidad, puesto que la desgasificación es conveniente desde el punto de vista energético y económico exclusivamente en el estado saturado térmicamente del agua adicional, por lo tanto aproximadamente a la misma temperatura del agua adicional y del vapor de escape.
Una primera forma de realización de la invención se caracteriza porque se realiza en primer lugar exclusivamente la saturación térmica del agua adicional casi totalmente en conexión consecutiva de un transmisor de calor de película de caída y de un transmisor de calor de intersticio de envolvente, antes de que tenga lugar la desgasificación en una columna de empaquetadura. El desbordamiento de una columna de empaquetadura se excluye a través de confluencia que tiene lugar en ellas del vapor pulverizado y del agua adicional atemperada a la misma temperatura incluso con una sección transversal de la columna comparativamente pequeña. Esta forma de realización es especialmente adecuada para una transformación de una central eléctrica existente a una normal nueva.
En una segunda forma de realización de la invención, el calentamiento esencial del agua adicional se realiza en un haz de tubos adicional de un condensador, y a continuación se realiza la desgasificación exclusivamente en una columna de empaquetadura o en un desgasificador de película de caída. Esta variante de realización es especialmente adecuada para el empleo en una instalación nueva.
El nuevo procedimiento y la nueva disposición de aparatos se caracterizan porque en comparación con métodos y circuitos convencionales, se incrementa el rendimiento general de la central eléctrica, puesto que se emplea vapor de escape de baja calidad para el calentamiento y la desgasificación, que se condensa en este caso totalmente y se mantiene en el circuito, descargándose al mismo tiempo el condensador.
Breve descripción del dibujo
En el dibujo se representan de forma esquemática dos ejemplos de realización de la invención con la ayuda de un tren de precalentadores / desgasificadores para agua adicional en una central eléctrica. En este caso:
La figura 1 muestra una sección longitudinal parcial a través de un condensador con un transmisor de calor de película de caída conectado aguas abajo, un transmisor de calor de intersticio de envolvente con una columna de empaquetadura y con una unidad extractora de condensador.
La figura 2 muestra una variante de realización de la invención.
Solamente se muestran los elementos que son esenciales para la comprensión de la invención. Las direcciones de la circulación de los medios de trabajo están representadas con flechas.
Modo de realización de la invención
En las centrales eléctricas con desacoplamiento del calor o consumidores de vapor, como por ejemplo sistemas de quemadores con inyección de vapor para la reducción de las substancias nocivas o para la elevación de la potencia, se pueden consumir hasta el 100% de agua, con respecto a la cantidad de vapor de escape, en el circuito de vapor de agua. Por lo tanto, debe agregarse agua adicional continuamente al circuito de vapor de agua, que debe adaptarse, sin embargo, previamente a las propiedades substanciales del condensado en un condensador. Los dos criterios explicados aquí son, por una parte, el porcentaje de los gases inertes disueltos en el agua adicional y, por otra parte, la temperatura. Para la cantidad de gas inerte disuelto en el agua adicional es característica la concentración inicial en O_{2} de 10000 ppb (partes por billón) en condiciones ambientales. Este valor de la concentración debe reducirse antes de la entrada del agua adicional en el circuito de vapor de agua de una central eléctrica hasta un valor de ppb de un dígito.
La desgasificación se realiza en dos fases, y se inicia con la desgasificación por expansión inmediatamente después de la pulverización del agua adicional a una cámara de vacío. La expulsión del tipo de explosión que se produce aquí de porciones de gases inertes se puede caracterizar describiéndola con "efecto de champán". De una manera óptima desde el punto de vista térmico, se lleva a cabo a continuación, en una segunda fase, la desgasificación de agua adicional en estado saturado de una manera puramente cinética del material. Esto significa que vapor de aclarar y agua adicional con la misma temperatura son conducidos en confluencia en un aparato de contacto de gas y líquido de tal forma que a través del transporte difuso sobre la capa límite de gas / líquido se expulsan los gases disueltos. A partir de ello se puede deducir que los dos procesos de calentamiento y desgasificación del agua adicional se desarrollan entonces de una manera óptima desde el punto de vista energético y, por lo tanto, también desde el punto de vista económico, cuando se realizan de manera separada uno del otro. Por lo tanto, el ciclo del procedimiento del tratamiento del agua adicional se inicia con el calentamiento, hasta que se han alcanzado aproximadamente las condiciones de saturación, y termina con la desgasificación sobre una base puramente cinética del material antes de la mezcla del agua tratada con el condensado del condensador.
Puesto que los dos procesos de calentamiento y desgasificación de grandes cantidades de agua adicional se desarrollan de una manera en gran medida aislada y sucesiva, la descripción con la ayuda del dibujo se estructura de una manera similar.
Calentamiento del agua adicional
El calentamiento del agua adicional, con un sobreenfriamiento de 18 K y más, se realiza esencialmente en tres etapas. Como se representa en la figura 1, el agua adicional es conducida a través de un conducto de alimentación 2 a una válvula de 3 pasos y allí es distribuida en primer lugar en una corriente parcial menor y una corriente parcial mayor. La corriente parcial mayor del agua adicional comprende aproximadamente el 90% de la circulación total y la porción menor comprende de una manera correspondiente aproximadamente el 10%.
La corriente parcial menor es alimentada a un extractor de condensador 3 dispuesto verticalmente, que presenta dos regiones espaciales separadas una de la otra. Una de las regiones espaciales comprende dos cúpulas 3a, 3b, que delimitan por arriba y por abajo al extractor de condensador y que están cerradas en sí, las cuales están unidas entre sí por medio de un taladro vertical 4. La segunda región espacial se encuentra entre las cúpulas 3a y 3b cerradas y está delimitado por la pared interior del aparato extractor de condensador 3. La corriente parcial menor es introducida en la cúpula superior 3a y circula por el taladro 4 dispuesto vertical hacia la cúpula inferior 3b. En el lado de la envolvente, el taladro 4 es impulsado con vapor pulverizado en el sentido opuesto de la circulación hacia el agua adicional que fluye en el interior. El vapor pulverizado está enriquecido aquí con gases inertes del agua adicional. Circula a través de un tubo de entrada de vapor 7 por encima de la cúpula inferior 3b hasta el extractor de condensador 3 y es impulsado a través de un grupo de aspiradores 27, que está conectado, por debajo de la cúpula superior 3aa, en un racor de aspiración 6 dispuesto allí.
Debido al sobreenfriamiento del agua adicional en el taladro 4 se condensa casi totalmente el vapor pulverizado y es separado de los gases inertes. Este proceso es intensificado por una disposición de deflectores 5 en la región superior del extractor de condensador 3, es decir, en la proximidad de la cúpula superior 3a. Después de esta separación de las fases, el vapor pulverizado completamente condensado se acumula como condensado 8 por encima de la bóveda 3b y los gases inertes con una porción reducida de vapor residual son eliminados del sistema a través del grupo de aspiradores 27. A través de esta condensación casi completa, de una manera ventajosa el vapor pulverizado se mantiene en el circuito de vapor de agua, se calienta el agua adicional en el taladro 4 y el grupo de aspiradores 27 permanece prácticamente no impulsado por la corriente de volumen de vapor.
La corriente parcial menor del agua adicional mencionada anteriormente es alimentada de nuevo ahora a la corriente parcial mayor en un punto de mezcla 28. Todo el agua adicional circula a continuación a través de un racor de entrada 10 a un aparato dispuesto también verticalmente, que presenta tres regiones sobre su extensión longitudinal vertical. La parte inferior está configurada como una cámara de admisión de vapor 14, que está cerrada hacia abajo con una bóveda. La bóveda funciona aquí como un recipiente colector 16 para agua adicional calentada y desgasificada. Por encima de la cámara de admisión de vapor 14 se conecta un transmisor de calor de película de caída tubular 11, que está delimitado por dos fondos de cierre 11a, 11b y por una pared de aparatos, y presenta un taladro 13 dispuesto verticalmente entre los fondos de cierre 11a, 11b. Este taladro 13 conecta la cámara inferior de admisión de vapor 14 con una columna de empaquetadura 23 dispuesta por encima del transmisor de calor de película de caída tubular 11, que está rodeada por un transmisor de calor de película envolvente 22.
Por lo tanto, como ya se ha mencionado, toda la corriente del agua adicional precalentada por la corriente parcial circula a través del racor de entrada 10 por el lado envolvente del taladro 13 hacia el transmisor de calor de película de caída tubular 11.
El agua adicional circula desde el racor de entrada 10 dispuesto en el extremo inferior del transmisor de calor de película de caída tubular 11 hacia el racor de salida 21 en el extremo superior. El recorrido de la circulación del agua adicional, que se extiende verticalmente hacia arriba, es prolongado a través de deflectores 12 dispuestos horizontalmente en el transmisor de calor de película de caída tubular 11. De esta manera se prolonga igualmente el tiempo de residencia para el calentamiento del agua adicional en el transmisor de calor de película de caída tubular 11. El calentamiento se realiza por medio de vapor de escape de baja calidad, que es alimentado a través de un conducto de vapor 15 horizontal desde un condensador 19 de la cámara de admisión de vapor 14. El vapor es conducido a través del taladro 13 hacia arriba y calienta en este caso una película de agua descendente del transmisor de calor de película de caída tubular 11. Esta película de agua transmite entonces su contenido de calor parcialmente a través de las paredes tubulares del taladro 13 adicionalmente al agua adicional que fluye en el lado envolvente.
La última fase de calentamiento del agua adicional tiene lugar en el transmisor de calor de película envolvente 22 ya mencionado, que está conectado por encima del transmisor de calor de película de caída tubular 11. A tal fin, el agua adicional circula desde el racor de salida 21 a través de un conducto en primer lugar en un canal anular colector inferior 22a, que pertenece al transmisor de calor de película envolvente 22. Desde allí, el agua adicional es impulsada a través de un intersticio de 4 a 7 mm hasta un canal anular colector superior 22b, realizándose una transmisión de calor desde la columna de empaquetadura 23 envuelta hacia el transmisor de calor de película envolvente 22. Con esta fase se termina el calentamiento del agua adicional. El agua adicional presenta ahora en el lado de salida un estado aproximado de saturación, es decir, que la delta de la temperatura entre el vapor de escape procedente del condensador y el agua adicional calentada es solamente todavía aproximadamente 0,5 K teniendo en cuenta las pérdidas de presión en el lado del vapor.
Desgasificación del agua adicional calentada
La desgasificación del agua adicional calentada se inicia pulverizando el agua adicional por medio de un dispositivo de pulverización 24, que está conectado con el canal anular colector superior 22b, por encima de la columna de empaquetadura 23 y desgasificándola en este caso por medio de expansión espontánea. Al mismo tiempo se pulveriza condensado 8, a través de un ciclo de condensado 9, procedente del extractor de condensador 2 a través del dispositivo de pulverización. En el principio a contracorriente, en la columna de empaquetadura 23 se encuentran el agua adicional que es regada desde arriba y el vapor de escape que circula desde abajo. De esta manera, se inicia y se mantiene la desgasificación cinética del material. El estado de saturación del agua adicional posibilita la expulsión sencilla de los gases inertes desprendidos, como se ha explicado ya al principio. Puesto que la columna de empaquetadura es utilizada aquí exclusivamente según su función como desgasificadora, su diámetro y su volumen de empaquetadura se pueden dimensionar en comparación claramente menores que en aparatos, en los que la columna de empaquetadura tanto debe calentar como también desgasificar. Con relación al volumen, la columna de empaquetadura empleada aquí es aproximadamente el 75% menor que una columna de empaquetadura para una función doble forzada. Una columna de empaquetadura menor de este tipo es, naturalmente, de precio correspondientemente menor, excluyendo totalmente el peligro de un rebosamiento, como puede aparecer en el caso de impulsión de columnas de empaquetadura con agua adicional sobreenfriada.
El agua adicional que es regada desde la columna de empaquetadura y que está parcialmente desgasificada aquí es calentada de nuevo ahora por medio de vapor a través de un dispositivo de cesión de película 20 sobre una película de caída tubular en el taladro 13, puesto que ha cedido energía térmica en la columna de empaquetadura 23. Para una desgasificación adicional, se acumula en primer lugar el agua adicional calentada en la película de caída tubular en la bóveda de la cámara de admisión de vapor 14. Desde allí el agua adicional es alimentada a una bandeja 17 en una pared del condensador, que conduce el agua adicional a continuación por medio de un dispositivo de cesión de película 18 a lo largo de una película de caída de pared al condensado del condensador. A través de esta medida se lleva a cabo la desgasificación final del agua adicional, que presenta ahora una concentración característica de O_{2} de aproximadamente 5 ppb, teniendo en cuenta que todos los otros gases desprendidos, como N_{2}, CO_{2}, etc. han sido expulsados igualmente.
El vapor de escape procedente del condensador y utilizado para el calentamiento y la desgasificación arrastra consigo, por encima del dispositivo de pulverización 24, todos los gases expulsados a través de un conducto de vapor al extractor de condensador. Como ya se ha explicado, aquí se lleva a cabo una separación de los gases expulsados y del vapor de aclarar a través de una condensación que se utiliza al mismo tiempo para el calentamiento de agua adicional
sobreenfriada.
Una segunda forma de realización según la invención se muestra en la figura 2. La diferencia esencial en comparación con la primera forma de realización, es el procedimiento para el calentamiento. El calentamiento del agua adicional se realiza aquí de una manera determinante en un haz de tubos adicional 29 del condensador 19, con lo que se substituye el transmisor de calor de película de caída tubular 11. Este haz de tubos 29 se puede realizar aquí como componente integrado del taladro del condensador. El agua de refrigeración utilizada en un condensador presenta en el lado de aguas abajo, en general, una graduación de 2 a 3 K con respecto a la temperatura del vapor de escape. Puesto que el agua adicional alimentada al haz de tubos adicional 29 es de 2 a 3 K más caliente que el agua de refrigeración, este agua adicional presenta en el lado de salida de la corriente aproximadamente la saturación deseada.
Sin embargo, el calentamiento de acuerdo con este segundo ejemplo de realización solamente se puede aplicar con preferencia durante la proyección de una instalación nueva, en cambio el primer ejemplo de realización según la figura 1 puede encontrar aplicación también en las centrales eléctricas existentes.
Una ventaja decisiva de las formas de realización según la invención es que a pesar de la cantidad grande de agua adicional, a través del aprovechamiento óptimo de las medidas de calentamiento y desgasificación y combinando aparatos adecuados solamente se necesita un grupo de aspiradores 27 para el acondicionamiento del potencial impulsor requerido.
Evidentemente, la invención no está limitada al ejemplo de realización mostrado y descrito. Según la invención, es concebible, por ejemplo, igualmente una combinación del calentamiento por medio de haces de tubos 29 y transmisores de calor de película de caída tubular 11. Una variante según la invención sería también una substitución de la columna de empaquetadura en la figura 2 por un desgasificador de película de caída.
Lista de signos de referencia
1 Válvula de 3 pasos
2 Conducto de alimentación
3 Extractor de condensador
3a, b Bóveda
4 Taladro
5 Deflectores
6 Racor de aspiración
7 Racor de entrada de vapor
8 Condensado
9 Ciclo del condensado
10 Racor de entrada
11 Transmisor de calor de película de caída
tubular
11a Fondo de cierre
11b Fondo de cierre
12 Deflectores
13 Taladro
14 Cámara de admisión de vapor
15 Conducto de alimentación de vapor
16 Recipiente colector
17 Bandeja
18 Dispositivo de cesión de película
19 Condensador
20 Dispositivo de cesión de película
21 Racor de salida
22 Transmisor de calor de película envolven-
te
22a Canal anular colector
22b Canal anular colector
23 Columna de empaquetadura
24 Dispositivo de pulverización
25 Tubo
26 Conducto de vapor
27 Grupo de aspiradores
28 Punto de mezcla
29 haz de tubos
30 Película de caída de pared

Claims (4)

1. Procedimiento para el calentamiento y desgasificación de agua adicional por medio de vapor de escape de baja calidad procedente de un condensador en una instalación de generación de corriente, caracterizado porque la corriente de agua adicional es dividida en una primera corriente parcial mayor y una segunda corriente parcial, porque la segunda corriente parcial menor es precalentada por convección, es combinada con la primera corriente parcial mayor y se forma una corriente total de agua adicional, que es calentada por convección a temperatura de saturación, y a continuación el agua adicional calentada a temperatura de saturación es desgasificada con el vapor de escape de baja calidad, siendo realizada la desgasificación en una cámara de vacío y siendo la temperatura del agua adicional aproximadamente igual a la temperatura del vapor de escape, y el vapor de escape de baja calidad utilizado para el calentamiento y la desgasificación es condensado casi totalmente simultáneamente con el precalentamiento por convección de la segunda corriente parcial menor y es reconducido al circuito de vapor.
2. Disposición de aparatos para el calentamiento y la desgasificación de agua adicional por medio de vapor de escape de baja calidad en una instalación de generación de corriente para la realización del procedimiento según la reivindicación 1, caracterizada porque la disposición de aparatos para el calentamiento del agua adicional presenta al menos dos aparatos, que funcionan según el principio de la transmisión de calor por convección, porque la disposición de aparatos para la desgasificación del agua adicional presenta al menos una columna de empaquetadura (23) o un desgasificador de película de caída, y presenta un extractor de condensador (3) para la condensación casi completa del vapor de escape de baja calidad, que ha sido utilizado para el calentamiento y la desgasificación del agua adicional.
3. Disposición de aparatos según la reivindicación 2, caracterizada porque los aparatos para el calentamiento del agua adicional comprenden un transmisor de calor de película de caída (11), un transmisor de calor de intersticio de envolvente (22) y un extractor de condensador (3) para una corriente parcial del agua adicional, y los aparatos para la desgasificación del agua adicional comprenden una columna de empaquetadura (23) o un desgasificador de película de caída y un desgasificador de película de caída de pared (30), estando conectado el desgasificador de película de caída de pared (30) con respecto a la columna de empaquetadura (23) o el desgasificador de película de caída.
4. Disposición de aparatos según la reivindicación 2, caracterizada porque los aparatos para el calentamiento del agua adicional comprenden un extractor de condensador (3), un transmisor de calor de película de envolvente (22) y un condensador (19), en el que el agua adicional es conducida a través de un haz de tubos (29) dispuesto separado, y los aparatos para la desgasificación del agua adicional comprenden una columna de empaquetadura (23) o un desgasificador de película de caída y un desgasificador de película de caída de pared (30), estando conectado el desgasificador de película de caída de pared (30) aguas abajo de la columna de empaquetadura (23) o del desgasificador de película de caída.
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