ES2331665T3 - Alimentacion de aire al condensador, refrigerado por aire, de una central electrica. - Google Patents

Abstract

Central eléctrica con una instalación de condensación para condensar vapor de agua, en donde la instalación de condensación (2) presenta elementos de intercambio de calor (5) aplicados sobre una estructura de apoyo (8) y que reciben corriente de ataque desde abajo mediante aire de refrigeración, en donde la instalación de condensación (2) está dispuesta con un lado longitudinal muy cerca junto a una estructura de edificio de la central eléctrica (1), caracterizada porque la estructura de edificio (3) presenta al menos un paso de aire (6) de tipo túnel, a través de la cual circula y/o es aspirado aire de refrigeración debajo de los elementos de intercambio de calor (5).

Description

Alimentación de aire al condensador, refrigerado por aire, de una central eléctrica.

La invención se refiere a una central eléctrica con una instalación de condensación conforme a las particularidades del preámbulo de la reivindicación 1.

Las instalaciones de condensación se utilizan para refrigerar vapores de turbinas o procesos y se usan desde hace muchos años en el campo técnico de la energía en dimensiones muy grandes. El grado de eficacia de una central eléctrica depende de forma no despreciable de la potencia de condensación de la instalación de condensación, en donde las condiciones climáticas locales y las velocidades y direcciones del viento relacionadas con las mismas tienen una influencia considerable en la potencia de condensación. Las formas constructivas actuales de instalaciones de condensación presentan por ello paredes de protección contra el viento, que circundan los elementos de intercambio de calor en su totalidad, para impedir una recirculación del aire de refrigeración calentado.

También es importante que todos los ventiladores de la instalación de condensación reciban una corriente de ataque lo más uniforme posible. Unas velocidades del viento mayores por su naturaleza pueden conducir a una caída de presión local por debajo de los ventiladores. Los ventiladores afectados no pueden trasportar suficiente aire de refrigeración, con lo que la potencia de condensación se reduce y una turbina conectada al circuito de vapor, en ciertas circunstancias, tiene que reducir su potencia.

El otro extremo es que la instalación de condensación se encuentra, en ciertas circunstancias, al abrigo del viento en estructuras de edificio, en especial al abrigo del viento en la nave de calderas y en la nave de turbinas de una central eléctrica. Normalmente una instalación de condensación se erige lo más cerca posible, es decir muy cerca de la nave de turbinas, para mantener cortos los recorridos de conductos y condensar lo más rápidamente posible el vapor de agua. Para aún así garantizar una corriente de ataque óptima, las instalaciones de condensación ya se montan sobre pilotes a una altura relativamente alta, para que sea posible una corriente de ataque fundamentalmente sin impedimentos desde todos los lados, es decir, con independencia de la dirección del viento. En la práctica ha quedado demostrado, sin embargo, que en el caso de instalaciones de condensación cuya cámara de aspiración está dispuesta por debajo de los ventiladores al abrigo del viento en estructuras de edificio, se producen recirculaciones de viento caliente y precisamente allí en donde el aire de corriente de ataque circula a través del espacio libre remanente entre la estructura de edificio y la instalación de condensación montada sobre pilotes, a causa del estrechamiento local de sección transversal, con una velocidad relativamente alta hacia abajo y debajo de los elementos de intercambio de calor. Aquí puede llegarse al efecto indeseado de que, a pesar de las paredes de protección contra el viento instaladas, sea arrastrado aire de refrigeración calentado por el aire de refrigeración de la corriente de ataque y sea transportado debajo de los elementos de intercambio de calor, es decir, se produzca una recirculación de aire caliente. A causa del aumento de temperatura del aire de refrigeración se reduce la potencia de condensación, lo que influye de nuevo negativamente en el grado de eficacia de la central eléctrica.

Del documento DE3421200 se conoce una central eléctrica con una instalación de condensación, en la que la instalación de condensación está dispuesta con un lado longitudinal muy cerca junto a una estructura de edificio de la central eléctrica y se reduce la recirculación de aire caliente mediante una pared aerodinámica. La alimentación de aire a la instalación de condensación se realiza desde tres lados.

Partiendo de aquí la invención se ha impuesto la misión de indicar una central eléctrica con una instalación de condensación para condensar vapor de agua conforme a las particularidades del preámbulo de la reivindicación 1, en el que la recirculación de aire caliente se reduce y al mismo tiempo se garantiza una buena alimentación de aire hacia la instalación de condensación, con independencia de la dirección de la que viene el viento.

La solución se encuentra en una central eléctrica con las particularidades de la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas de la idea de la invención son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

Numerosas investigaciones han mostrado que el problema reivindicado de la recirculación de aire caliente puede resolverse económicamente, por medio de que las estructuras de edificio que estén situadas cerca de la instalación de condensación presenten pasos de aire de tipo túnel, a través de los cuales circula y/o es aspirado aire de refrigeración debajo de los elementos de intercambio de calor. Los pasos de viento están previstos en especial en naves de turbinas y no exigen ninguna estructura a erigir aparte. Es importante que los espacios libres no construidos, disponibles en ciertas circunstancias de todos modos entre naves de calderas, se abran hacia la instalación de condensación, de tal modo que el aire de corriente de ataque pueda circular cerca del suelo entre las naves de calderas atravesando los pasos de viento de la nave de turbinas y, de este modo, no tenga que cubrir exclusivamente el recorrido más largo y con peligro de recirculación sobre los tejados de las naves de calderas y turbinas, sino que llegue directamente desde abajo hasta la cámara de aspiración de la instalación de condensación. El diseño, es decir en especial el tamaño de los pasos de viento se realiza cumpliendo los requisitos y teniendo en cuenta las condiciones de viento que imperen localmente, las condiciones climáticas así como otros valores influyentes, de tal modo que puede garantizarse que la instalación de instalación funcione hasta determinadas velocidades del viento sin recirculación, incluso si la instalación de condensación está al abrigo del viento en estructuras de edificio de la central eléctrica. Con la solución conforme a la invención es posible cumplir mejor con las previsiones de garantía, p.ej. si el gestor de la central eléctrica exige que la instalación de condensación funcione sin recirculación a velocidades del viento superiores a 3 m/s. El diseño de la instalación de condensación no puede realizarse por medios analíticos a causa de las complejas relaciones de circulación, sino sólo a través de métodos de cálculo numéricos. Con ayuda de procedimientos CFD (Computational Fluid Dynamics) es posible comparar diferentes conformaciones y disposiciones de las estructuras de edificio y, de este modo, analizar fenómenos locales de circulación, que difícilmente o en absoluto pueden detectarse con mediciones. A causa del gran número de parámetros y del tamaño de las nuevas construcciones de centrales eléctricas actuales se obtienen modelos de cálculo muy complejos, mediante los cuales con frecuencia no puede localizarse en absoluto el problema conocido de la recirculación de aire caliente.

Naturalmente es siempre posible disponer paredes de protección contra el viento muy altas en el lado del borde de los elementos de intercambio de calor, de tal modo que el aire de refrigeración calentado no se mezcle en ningún caso con el aire de refrigeración aspirado. Evidentemente los costes de inversión son considerables a la hora de erigir centrales eléctrica favorables, de tal modo que es necesario buscar alternativas económicas y medidas de apoyo. Mediante la previsión de pasos de viento en estructuras de edificio hasta ahora cerradas no sólo se obtienen nuevas líneas de corriente para la alimentación de aire de refrigeración, sino también posibilidades efectivas de reducir la influencia del viento en el grado de eficacia de la central eléctrica, al mismo tiempo que unas inversiones reducidas.

Se considera ventajoso prever puertas de viento para modificar la superficie de circulación de los pasos de viento. La anchura de los pasos de viento está prefijada con frecuencia a causa de necesidades constructivas. Estas distancias con frecuencia casi no podrán variarse. Evidentemente mediante puertas de viento puede controlarse con una precisión relativa, qué cantidad de aire debe guiarse a través de los pasos de viento. Las puertas de viento están normalmente abiertas por completo, para hacer posible un paso sin obstáculos del aire de corriente de ataque. A la inversa es también posible cerrar las puertas al menos parcialmente, si la velocidad del viento es excesiva o si se ha modificado la dirección del viento. Las puertas de viento pueden estar acopladas a medios, a través de los cuales la superficie de circulación puede controlarse dependiendo de la dirección del viento. Por ejemplo podría ser desventajoso que no la instalación de condensación, sino las naves de calderas y turbinas estuviesen al abrigo del viento. En este caso es conveniente mantener cerrada las puertas de viento, para que por debajo de los elementos de intercambio de calor se configure cierta presión de remanso, que pueda aumentarse mediante el cierre de las puertas de viento. Por último es decisivo que la instalación de condensación pueda "respirar", es decir, que reciba una corriente de ataque de aire de refrigeración con independencia de la dirección del viento, de tal modo y manera que impida una recirculación de aire caliente.

A continuación se explica con más detalle la invención, con base en un ejemplo de ejecución representado en los dibujos. Aquí muestran:

las figuras 1 y 2 dos representaciones en perspectiva de un modelo de central eléctrica conforme al estado de la técnica;

las figuras 3 y 4 dos representaciones en perspectiva de un modelo de central eléctrica conforme a la solución conforme a la invención;

la figura 5 un modelo, que muestra las relaciones de circulación en el caso de una central eléctrica conforme al estado de la técnica, y

la figura 6 un modelo, que muestra las relaciones de circulación en el caso de una central eléctrica conforme a la invención.

La figura 1 muestra un modelo de cálculo de una central eléctrica 1 con una instalación de condensación 2 para la condensación de vapor de agua, que es alimentado a la instalación de condensación 2 desde una nave de turbinas 3. Delante de la nave de turbinas 3 está montada una nave de calderas 4. La nave de turbinas 3 y la nave de calderas 4 se designan en conjunto como estructuras de edificio de la central eléctrica. La dirección del viento W se simboliza mediante la flecha dibujada. La velocidad del viento es por ejemplo de 7 m/s. Con base en los diferentes sombreados en gris puede reconocerse el recorrido del aire de refrigeración calentado, que sale de los elementos de intercambio de calor 5, en donde tiene un interés especial la región dentro de un círculo. Allí puede reconocerse que evidentemente en la región del lado longitudinal de la instalación de condensación 2, adyacente a la nave de calderas 3 y a la nave de turbinas 4, una parte del aire de refrigeración calentado entra de nuevo desde abajo en los elementos de intercambio de calor 5. Esto puede reconocerse en la caída de temperatura del aire de refrigeración representada. Aquí se producen recirculaciones de aire caliente, a pesar de las paredes de protección contra el viento disponibles.

En la figura 2 se ve claramente con base en las líneas de corriente dibujadas, que no sólo se produce recirculación de aire caliente en la región de esquina dentro de un círculo de la instalación de condensación representada, sino también en la región del abrigo del viento detrás de las naves de calderas y turbinas 3, 4. Las flechas dibujadas en la figura 5 aclaran de la dirección actual del viento. La longitud de las flechas es una medida de la velocidad local del viento. La central eléctrica 1 que recibe la corriente de ataque desde la derecha en el plano de la imagen presenta una instalación de condensación 2, que está situada al abrigo del viento en la estructura de edificio de una central eléctrica, es decir de la nave de calderas 4 y en especial de la nave de turbinas 3. Si bien la instalación de condensación 2 se monta elevada sobre pilotes, la proximidad espacial a la nave de turbinas 3 conduce a que el viento que ataca desde la derecha en el plano de la imagen tiene que ser aspirado a través de una región relativamente estrecha debajo de los elementos de intercambio de calor 5 de la instalación de condensación 2. La elevada cantidad y densidad de las distintas flechas en esta región dejan claro que allí reinan unas velocidades de viento relativamente altas. Estas altas velocidades del viento conducen, a su vez, a que también es arrastrado aire caliente que sale de los elementos de intercambio de calor 5, en el lado del borde de la instalación de condensación 2 en la región dentro de un círculo, y circula de nuevo debajo de la instalación de condensación 2.

En el marco de la invención está previsto a continuación que la estructura de edificio que crea el abrigo del viento, es decir en este caso la nave de turbinas 3, presente pasos de viento 6 de tipo túnel a través de los cuales circula y/o es aspirado aire de refrigeración debajo de los elementos de intercambio de calor 5. La figura 3 muestra que la nave de turbinas no representa ya ninguna barrera para el aire de refrigeración que circula a través entre las naves de calderas 4, sino que más bien delimita un paso de viento 6 que está unido mediante técnica de circulación a través de una puerta de viento 7, dibujada solamente como indicación, a la cámara de aspiración por debajo de la instalación de condensación 2. El paso de viento 6 es guiado casi como túnel a través de la nave de turbinas 3.

Teóricamente sería imaginable dividir la nave de turbinas en segmentos aislados, de tal modo que se obtengan edificios aislados situados unos junto a otros. Evidentemente entonces se interrumpe también toda la infraestructura utilizada. En especial en cuanto al aprovechamiento de una grúa móvil, la división en túneles representa una solución conveniente económicamente.

La representación de la figura 4 muestra que los pasos de viento 6 desembocan por debajo de los elementos de intercambio de calor 5 de la instalación de condensación 2 dispuestos sobre una estructura de apoyo 8, de tal modo que el aire que sale de los pasos de viento 6 no tiene que aspirarse por completo sobre los tejados de las naves de turbinas 3 y las naves de calderas 4, sino que puede alimentarse también directamente a través de los pasos de viento 6 a la instalación de condensación 2.

Con base en la figura 6 puede reconocerse que en un plano de corte a través del paso de viento 6 se alimenta un porcentaje considerable del aire de refrigeración, aspirado o de corriente de ataque, a la instalación de condensación 2 a través de los pasos de viento 6. El porcentaje es al menos tan grande que en la región representada en la figura 5 ya no se produce una recirculación de aire caliente y, de este modo, una limitación del grado de eficacia de la central eléctrica.

Lista de símbolos de referencia

1 -

Central eléctrica

2 -

Instalación de condensación

3 -

Nave de turbinas

4 -

Nave de calderas

5 -

Elemento de intercambio de calor

6 -

Paso de viento

7 -

Puerta de viento

8 -

Estructura de apoyo

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W -

Dirección del viento

Claims (4)

1. Central eléctrica con una instalación de condensación para condensar vapor de agua, en donde la instalación de condensación (2) presenta elementos de intercambio de calor (5) aplicados sobre una estructura de apoyo (8) y que reciben corriente de ataque desde abajo mediante aire de refrigeración, en donde la instalación de condensación (2) está dispuesta con un lado longitudinal muy cerca junto a una estructura de edificio de la central eléctrica (1), caracterizada porque la estructura de edificio (3) presenta al menos un paso de aire (6) de tipo túnel, a través de la cual circula y/o es aspirado aire de refrigeración debajo de los elementos de intercambio de calor (5).

2. Central eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada porque el paso de viento (6) atraviesa una nave de turbinas (3).

3. Central eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada porque están previstas puertas de viento (7) para modificar la superficie de circulación de los pasos de viento (6).

4. Central eléctrica según la reivindicación 3, caracterizada porque las puertas de viento (7) están acopladas a medios, a través de los cuales puede controlarse la superficie de circulación en dependencia de la dirección del
viento (W).