ES2609410T3 - Generador de vapor de tipo horizontal - Google Patents

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Joachim Franke
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Abstract

Generador de vapor (1), en el cual en un canal de gas de calentamiento (6) que puede ser atravesado en una dirección del gas de calentamiento (x) aproximadamente horizontal se encuentra dispuesta una superficie de calentamiento de paso del evaporador (8) que comprende una cantidad de tubos del generador de vapor (12) conectados de forma paralela para atravesar un medio de flujo, con una cantidad de colectores de salida (20) conectados aguas abajo del lado del medio de flujo con respecto a algunos tubos del generador de vapor (12), caracterizado porque el colector de salida (20) o cada colector comprende respectivamente un elemento de separación de agua (28) integrado, mediante el cual el respectivo colector de salida (20), del lado del vapor, se encuentra conectado a una cantidad de tubos del sobrecalentador (22), conectados aguas abajo, de una superficie de calentamiento del sobrecalentador (10).

Description

DESCRIPCION
Generador de vapor de tipo horizontal
La presente invencion hace referencia a un generador de vapor, donde en un canal de gas de calentamiento que puede ser atravesado en una direccion del gas de calentamiento aproximadamente horizontal se encuentra 5 dispuesta una superficie de calentamiento de paso del evaporador que comprende una cantidad de tubos del generador de vapor conectados de forma paralela para atravesar un medio de flujo, con una cantidad de colectores de salida conectados aguas abajo, del lado del medio de flujo, con respecto a algunos tubos del generador de vapor.
Generadores de vapor de esa clase se describen en las solicitudes US-A-4572110 y US-A-6055803.
En una instalacion de turbina de gas y vapor, el calor contenido en el medio de trabajo distendido o en el gas de 10 calentamiento que proviene de la turbina es utilizado para generar vapor para la turbina de vapor. La transferencia de calor tiene lugar en un generador de vapor de recuperacion de calor conectado aguas abajo de la turbina de gas, en donde generalmente una cantidad de superficies de calentamiento esta dispuesta para precalentar agua, para generar vapor y para sobrecalentar vapor. Las superficies de calentamiento estan conectadas en el circuito de agua - vapor de la turbina de vapor. El circuito de vapor - agua comprende generalmente varias fases de presion, por 15 ejemplo tres, donde cada fase de presion puede presentar una superficie de calentamiento del evaporador.
Para el generador de vapor que se encuentra conectado aguas abajo de la turbina de gas, como generador de vapor de recuperacion de calor, del lado del gas de calentamiento, se consideran varios conceptos de diseno alternativos, a saber, el diseno como generador de vapor de paso o el diseno como generador de vapor de circulacion. En un generador de vapor de paso, el calentamiento de tubos del generador de vapor proporcionados como tubos del 20 evaporador conduce a una evaporacion del medio de flujo en los tubos del generador de vapor, en un unico paso. A diferencia de ello, en el caso de un generador de vapor de circulacion natural o forzada, el agua conducida de forma circulante, al atravesar los tubos del evaporador, solo se evapora de forma parcial. El agua no evaporada, despues de la separacion del vapor generado, es suministrada nuevamente a los mismos tubos del evaporador para otra evaporacion.
25 Un generador de vapor de paso, a diferencia de un generador de vapor de circulacion natural o forzada, no se encuentra sujeto a una limitacion de presion, de manera que puede ser disenado para presiones de vapor directo mas alla de la presion crltica del agua (Pkri “221 bar) - donde no es posible una separacion de las fases de agua y vapor y, con ello, tampoco es posible una separacion de fases. Una presion de vapor directo favorece un grado de accion termico elevado y, con ello, emisiones de CO2 reducidas de una central electrica calentada con combustible 30 fosil. Ademas, en comparacion con un generador de vapor de circulacion, un generador de vapor de paso presenta una forma de construccion sencilla y, con ello, puede fabricarse con una inversion especialmente reducida. La utilizacion de un generador de vapor disenado segun el principio de paso, como generador de vapor de recuperacion de calor de una instalacion de turbina de gas y vapor, por tanto, se considera especialmente conveniente para alcanzar un rendimiento total elevado de la instalacion de turbina de gas y vapor con una construccion sencilla.
35 Un generador de vapor de recuperacion de calor de tipo horizontal ofrece ventajas especiales en cuanto a la inversion para su fabricacion, pero tambien en cuanto a los trabajos de mantenimiento necesarios, en donde el medio de calentamiento o gas de calentamiento, es decir, el gas de escape proveniente de la turbina de gas, es conducido de forma aproximadamente horizontal a traves del generador de vapor. Un generador de vapor de esa clase, en donde un diseno como generador de vapor de paso, con una inversion comparativamente reducida para la 40 estructuracion y la construccion, presenta un nivel de estabilidad al flujo particularmente elevado, se conoce por ejemplo por la solicitud WO 2004/025176 A1. El generador de vapor mencionado presenta una superficie de calentamiento de paso del evaporador, la cual comprende una cantidad de tubos del generador de vapor o tubos del evaporador conectados de forma paralela con respecto al flujo de un medio de flujo. Para garantizar una homogeneizacion y estabilizacion de las condiciones de flujo entre los tubos del evaporador dispuestos unos detras 45 de otro, observado en la direccion del gas de calentamiento, el generador de vapor de paso mencionado presenta una cantidad de colectores de salida conectados aguas abajo de la superficie de calentamiento de paso del evaporador, los cuales, con su direccion longitudinal, estan orientados de forma esencialmente paralela con respecto a la direccion del gas de calentamiento, receptando de este modo el medio de flujo que sale desde los tubos del evaporador que se encuentran dispuestos unos detras de otros al ser observados en la direccion del gas de 50 calentamiento y, con ello, son calentados de diferente modo. Los colectores de salida mencionados de la superficie de calentamiento de paso del evaporador sirven igualmente como distribuidores de entrada para la superficie de calentamiento del sobrecalentador conectada aguas abajo.
Por lo general, un generador de vapor de paso es operado en el modo de carga reducida o durante el arranque es operado con un flujo mlnimo de medio de flujo hacia los tubos del evaporador, para garantizar un enfriamiento 55 seguro de los tubos del evaporador y evitar una posible formation de vapor en la superficie de calentamiento del economizador que se encuentra conectada aguas abajo de la superficie de calentamiento de paso del evaporador, del lado del medio de flujo. El flujo mlnimo mencionado, durante el arranque o en el funcionamiento de carga
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reducida, no se evapora completamente, de manera que en el caso de un modo de funcionamiento de esa clase, al final de los tubos del evaporador aun se encuentra presente medio de flujo no evaporado. Expresado de otro modo: En este modo de funcionamiento, una mezcla de agua - vapor sale desde los tubos del evaporador. Sin embargo, usualmente no es posible una distribucion de una mezcla de agua - vapor de esa clase en tubos del sobrecalentador generalmente conectados agua abajo de los tubos del evaporador en el generador de vapor de paso; mas bien, la distri bucion generalmente prevista presupone que el medio de flujo que debe ser distribuido contiene exclusivamente cantidades de vapor. Por lo tanto, durante el arranque o en el funcionamiento de carga reducida del generador de vapor de paso, en la salida de la superficie de calentamiento de paso del evaporador, es necesaria una separacion de agua - vapor, la cual generalmente tiene lugar en los as! llamados separadores de ciclos.
Condicionado por el modo de construccion, un suministro de esos separadores centrlfugos con agua solo es posible de forma limitada. La superficie de calentamiento que puede utilizarse para la evaporacion, observando en la direccion de flujo del medio de flujo, debe estar situada antes de los separadores y, con ello, se encuentra limitada. Esto tiene como consecuencia que la temperatura del vapor directo solo puede regularse en llmites reducidos a traves de la cantidad de vapor de agua de alimentacion, donde generalmente se requieren enfriadores por inyeccion para un rango de regulation mayor. La limitation de la flexibilidad operativa asociada a esos aspectos, junto con la elevada inversion en cuanto a los aparatos, generalmente implica tiempos de arranque y tiempos de reaction prolongados de forma no deseada, en el caso de modificaciones de la carga del generador de vapor de paso durante el funcionamiento de carga reducida.
Por tanto, es objeto de la presente invention proporcionar un generador de vapor de paso de la clase antes mencionada, el cual, con una inversion para la fabrication mantenida reducida, posibilite una flexibilidad operativa elevada y, con ello, en particular tiempos de arranque y de cambio de carga mantenidos reducidos, tambien en el caso de un funcionamiento de arranque o de carga reducida.
De acuerdo con la invencion, dicho objeto se alcanzara debido a que el colector de salida o cada colector comprende respectivamente un elemento de separacion de agua integrado, mediante el cual el respectivo colector de salida, del lado del vapor, se encuentra conectado a una cantidad de tubos del sobrecalentador, conectados aguas abajo, de una superficie de calentamiento del sobrecalentador.
La invencion se basa en la idea de que para alcanzar una flexibilidad operativa particularmente elevada tambien en el funcionamiento de arranque o en el funcionamiento de carga reducida, debe poder utilizarse una cantidad particularmente elevada de las superficies de calentamiento disponibles en total, con el fin de una evaporacion. De este modo, en caso necesario, para la evaporacion del medio de flujo debe poder emplearse en particular tambien una superficie del sobrecalentador conectada aguas abajo de la superficie de calentamiento de paso del evaporador, precisamente con el fin de un arranque o de un funcionamiento con carga reducida. De acuerdo con ello, el punto final de evaporacion debe poder trasladarse hacia dentro de la superficie del sobrecalentador. Para posibilitar esto, el area de transition entre la superficie de calentamiento de paso del evaporador y la superficie de calentamiento del sobrecalentador consecutiva, debe estar disenada de manera que un suministro de agua sea posible hacia dentro de la superficie de calentamiento del sobrecalentador. En cuanto a los problemas de distribution vinculados generalmente al suministro de agua, por tanto, el sistema de separacion de agua conectado entre la superficie de calentamiento de paso del evaporador y la superficie de calentamiento del sobrecalentador debe estar realizado de manera que no sea necesaria una distribucion costosa. Esto puede alcanzarse disenando diferente el sistema de separacion de agua en cuanto a la separacion de agua - vapor central prevista generalmente, donde la funcion de separacion, en forma de grupos de tubos, esta integrada en una pluralidad de componentes asociados a grupos de tubos individuales, conectados de forma paralela. Para ello se proporcionan los colectores de salida, condicionados de todos modos por el tipo de construccion, respectivamente asociados solo a una cantidad reducida de tubos del evaporador, con su direccion longitudinal, orientados en la direccion del gas de calentamiento.
De manera ventajosa, los colectores de salida estan disenados para una separacion de agua - vapor segun la necesidad, de acuerdo con el principio de la separacion por inercia. De este modo, se aprovecha el conocimiento de que, debido a las diferencias de inercia considerables entre el vapor por una parte y el agua por otra parte, la parte de agua de una mezcla de agua - vapor, en el caso de un flujo existente, en comparacion, puede someterse de forma esencialmente mas sencilla a una desviacion que la parte de agua. Precisamente al realizar la integration de la funcion de separacion de agua dentro del colector o de los colectores de salida esto puede implementarse en particular de forma sencilla disenando ventajosamente el respectivo colector de salida esencialmente como cuerpo cillndrico que, en su extremo que no se encuentra conectado a los tubos del generador de vapor, se encuentra conectado con una pieza tubular de evacuation de agua.
En otra variante ventajosa, desde el respectivo cuerpo cillndrico o desde la respectiva pieza tubular de evacuacion de agua se deriva una pieza tubular de salida para medio de flujo, la cual convenientemente se encuentra conectada a una cantidad de tubos del sobrecalentador conectados aguas abajo. En esta variante, el colector de salida proporcionado con una funcion de separacion de agua integrada se encuentra disenado esencialmente a modo de una pieza en forma de T, donde el cuerpo cillndrico forma un canal que esencialmente puede atravesarse en llnea recta, donde debido a su inercia comparativamente mas elevada, de manera preferente, es conducida la parte de
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agua del medio de flujo. Desde ese canal se deriva la pieza tubular de salida, en donde, debido a su inercia comparativamente mas reducida, de manera preferente, la parte de vapor del medio de flujo es desviada hacia el interior.
De manera ventajosa, los colectores de salida - observando desde arriba - estan orientados con su direccion longitudinal esencialmente de forma paralela con respecto a la direccion del gas de calentamiento, de manera que receptan el medio de flujo que sale desde los tubos del evaporador que se encuentran dispuestos unos detras de otros, al ser observados en la direccion del gas de calentamiento y, con ello, son calentados de diferente modo. Observando en la direccion lateral, los colectores de salida pueden estar orientados igualmente de forma esencialmente paralela con respecto a la direccion del gas de calentamiento. Sin embargo, un efecto de separacion especialmente elevado puede alcanzarse disenando el colector de salida con una funcion de separacion integrada, preferentemente de manera que, por una parte, la parte de agua del medio de flujo es conducida de forma preferente en la pared interna situada de forma opuesta a la pieza tubular de salida que se deriva, del cuerpo cillndrico, favoreciendo por otra parte la descarga del agua. Para ello, el cuerpo cillndrico y/o la pieza tubular de evacuacion de agua, de manera ventajosa, se encuentran dispuestos con su direccion longitudinal de forma inclinada hacia abajo en la direccion de flujo con respecto a la horizontal. La inclinacion tambien puede estar marcada de forma comparativamente pronunciada, de manera que el cuerpo cillndrico se encuentra orientado esencialmente de forma vertical. De este modo, la separacion por inercia mencionada es favorecida adicionalmente a traves del efecto de la fuerza de gravedad sobre la parte de agua del medio de flujo que circula en el cuerpo cillndrico.
Una forma de construccion particularmente sencilla de la conduccion del flujo del agua separada puede alcanzarse gracias a que, de manera ventajosa, algunos o todos los elementos de separacion del agua, del lado de la salida de agua, en forma de grupos, respectivamente se encuentran conectados con un colector de salida comun, donde a su vez, en otra variante ventajosa, aguas abajo de dicho colector, se encuentra conectado un recipiente colector de agua.
Durante la separacion del agua y del vapor en el sistema de separacion de agua puede separarse casi toda la parte de agua, de manera que solamente medio de flujo aun evaporado es transferido a los tubos del sobrecalentador conectado aguas abajo. En ese caso, el punto final de la evaporacion se situa en los tubos del evaporador o se encuentra fijado en el propio sistema de separacion de agua. Sin embargo, de manera alternativa, puede separarse tambien solo una parte del agua correspondiente, donde el medio de flujo restante aun no evaporado es transferido junto con el medio de flujo evaporado hacia los tubos consecutivos del sobrecalentador. En ese caso, el cual aplica en particular al superponer una circulation adicional sobre la circulation del medio propiamente dicha en el funcionamiento de carga reducida o de arranque, el punto final de evaporacion se desplaza hacia dentro de los tubos del sobrecalentador.
En el ultimo caso mencionado, denominado tambien como sobrealimentacion del dispositivo de separacion, primero los componentes conectados aguas abajo de los elementos de separacion de agua, del lado del agua, como por ejemplo colectores de salida o recipientes colectores de agua, son llenados con agua, de manera que al continuar afluyendo agua hacia las piezas de conductos correspondientes, se forma un reflujo. Tan pronto como ese reflujo ha alcanzado los elementos de separacion de agua, al menos un flujo parcial de agua que afluye nuevamente, junto con el vapor arrastrado con el medio de flujo, es transferido a los tubos consecutivos del sobrecalentador. En correspondencia con las proporciones, ese flujo parcial corresponde a la cantidad de agua que no puede ser receptada por los componentes que se encuentran conectados aguas abajo de los elementos de separacion de agua, del lado del agua. Para garantizar una flexibilidad operativa particularmente elevada en ese modo de funcionamiento de la as! llamada sobrealimentacion del sistema de separacion, de manera ventajosa, en una llnea de salida conectada al recipiente colector de agua se encuentra conectada una valvula de control que puede ser activada mediante un dispositivo de control asociado. De manera ventajosa, el dispositivo de control puede recibir un valor de entrada caracterlstico para la entalpla del medio de flujo en la salida del lado del vapor de la superficie de calentamiento del sobrecalentador que se encuentra conectada aguas abajo del sistema de separacion de agua.
A traves de un sistema de esa clase, en el modo de funcionamiento del sistema de separacion sobrealimentado, a traves de la activation selectiva de la valvula conectada en la llnea de salida del recipiente colector de agua, puede ser regulado el flujo masico que sale desde el recipiente colector de agua. Puesto que el mismo es reemplazado por un flujo masico de agua correspondiente que proviene de los elementos de separacion de agua, de este modo, tambien puede regularse el flujo masico que, desde los elementos de separacion de agua, alcanza el sistema colector. A su vez, de este modo puede regularse tambien el flujo parcial restante que es transferido hacia los tubos del sobrecalentador junto con el vapor, de manera que, mediante una regulation correspondiente de ese flujo parcial, por ejemplo en el extremo de la superficie de calentamiento del sobrecalentador, puede observarse una entalpla predeterminada. De manera alternativa o adicional, el flujo parcial de agua transferido junto con el vapor a los tubos del sobrecalentador tambien puede ser influenciado a traves de un control correspondiente de la circulacion superpuesta. De este modo, en otra variante ventajosa alternativa, mediante el dispositivo de control puede ser activada una bomba de circulacion que se encuentra asociada a los tubos del evaporador.
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De manera ventajosa, el respectivo colector de salida provisto de la funcion de separacion de agua integrada esta disenado para aprovechar la fuerza de gravedad con el fin de facilitar la descarga del agua separada. De este modo, el colector o los colectores de salida, de manera ventajosa, estan dispuestos por encima del canal de gas de calentamiento.
Una estabilidad operativa particularmente elevada del generador de vapor puede alcanzarse disenando la superficie de calentamiento de paso del evaporador para un comportamiento de flujo auto-estabilizante en el caso de presentarse diferencias de calentamiento entre tubos individuales del generador de vapor de la superficie de calentamiento de paso. En una variante particularmente ventajosa esto puede alcanzarse disenando la superficie de calentamiento de paso del evaporador de manera que un tubo del generador de vapor que es mas calentado en comparacion con otro tubo del generador de vapor de la misma superficie de calentamiento de paso del evaporador presenta un caudal mas elevado del medio de flujo, en comparacion con otro tubo del generador de vapor. La superficie de calentamiento de paso del evaporador disenada de ese modo, a modo de la caracterlstica de flujo de una superficie de calentamiento del evaporador de circulacion natural (caracterlstica de circulacion natural), en el caso de un calentamiento que se produce de diferente modo de los tubos del generador de vapor individuales, muestra un comportamiento auto-estabilizante que, sin requerir influencias externas para una compensacion de las temperaturas del lado de salida, conduce a tubos del generador de vapor conectados de forma paralela, del lado del medio de flujo, calentados tambien de diferente modo.
De manera conveniente, el generador de vapor se utiliza como generador del evaporador de recuperacion de calor de una instalacion de turbina de gas y vapor. De este modo, de manera ventajosa, el generador de vapor se encuentra conectado aguas abajo de una turbina de gas, del lado del gas de calentamiento. En el caso de un circuito de esa clase, de manera conveniente, detras de la turbina de gas puede estar dispuesto un quemador adicional para aumentar la temperatura del gas de calentamiento.
Las ventajas alcanzadas con la invencion residen particularmente en el hecho de que a traves de la integracion de la funcion de separacion de agua en los colectores de salida puede proporcionarse un sistema de separacion de agua concebido de forma descentralizada, donde debido a una cantidad reducida de los tubos del sobrecalentador conectados aguas abajo de cada separador de agua individual puede suprimirse un sistema de distribucion costoso. De este modo, tambien es posible un suministro de medio de flujo no evaporado a traves de los separadores de agua, de manera que el punto final de evaporacion, en caso necesario, puede desplazarse hacia dentro de los tubos del sobrecalentador. De esta forma, precisamente en el funcionamiento de arranque y de carga reducida, pueden aprovecharse grandes partes de las superficies de calentamiento con el fin de una evaporacion, donde ademas una flexibilidad operativa particularmente elevada puede alcanzarse tambien en esos estados de carga. En particular a traves del diseno en forma de T del colector de salida como cuerpo cillndrico con una pieza tubular de salida que se deriva, con medios sencillos, puede lograrse ademas una separacion fiable del agua segun el principio de separacion por inercia.
Un ejemplo de ejecucion de la invencion se explicara en detalle mediante un dibujo. La figura, en una representacion simplificada, en un corte longitudinal, muestra la seccion del evaporador de un generador de vapor de tipo horizontal.
El generador de vapor 1 mostrado en la figura con su seccion del evaporador, a modo de un generador de vapor de recuperacion de calor, se encuentra conectado aguas abajo de una turbina de gas que no se encuentra representada en detalle. El generador de vapor 1 presenta una pared de cercado 2 que forma un canal de gas de calentamiento 6 aproximadamente horizontal, para el gas residual proveniente de la turbina de gas, el cual puede ser atravesado en la direction del gas de calentamiento x indicada con la flecha 4. En el canal de gas de calentamiento 6 se encuentra dispuesta una superficie de calentamiento de paso del evaporador 8, disenada segun el principio de paso, donde una superficie de calentamiento del sobrecalentador 10 se encuentra conectada aguas abajo para el flujo de un medio de flujo W, D.
A la superficie de calentamiento de paso del evaporador 8 se puede aplicar medio de trabajo W no evaporado, el cual, en el funcionamiento normal o de carga completa, se evapora al atravesar una unica vez la superficie de calentamiento de paso del evaporador 8 y, despues de salir de la superficie de calentamiento de paso del evaporador 8, es suministrado a la superficie de calentamiento del sobrecalentador 10 como vapor D. El sistema de evaporador formado por la superficie de calentamiento de paso del evaporador 8 y la superficie de calentamiento del sobrecalentador 10 se encuentra conectado al circuito de agua - vapor, no representado en detalle, de una turbina de vapor. De manera adicional con respecto a ese sistema de evaporador, en el circuito de agua - vapor de la turbina de gas se encuentra conectada una cantidad de otras superficies de calentamiento, no representadas en la figura, las cuales pueden tratarse por ejemplo de sobrecalentadores, evaporadores de presion media, evaporadores de baja presion y/o precalentadores.
La superficie de calentamiento de paso del evaporador 8 esta formada por una cantidad de tubos del generador de vapor 12 conectados de forma paralela para la circulacion del medio de flujo W. Los tubos del generador de vapor 12, con su eje longitudinal, se encuentran orientados esencialmente de forma vertical, y estan disenados para una
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circulacion del medio de flujo W desde un area de entrada inferior hacia un area de salida superior, es decir, desde abajo hacia arriba.
De este modo, la superficie de calentamiento de paso del evaporador 8, en forma de un haz tubular, comprende una cantidad de capas tubulares 14 dispuestas unas detras de otras al ser observadas en la direccion del gas de calentamiento x, de las cuales cada una esta formada por una cantidad de tubos del generador de vapor 12 dispuestos unos juntos a otros al ser observados en la direccion del gas de calentamiento x, de los cuales en la figura 1 respectivamente solo se encuentra visible un tubo del generador de vapor 12. Cada capa tubular 14 puede comprender hasta 200 tubos del generador de vapor 12. Un colector de entrada 16, dispuesto por debajo del canal de gas de calentamiento 6 comun, con su direccion longitudinal, orientado esencialmente de forma vertical con respecto a la direccion del gas de calentamiento x, se encuentra conectado aguas arriba de los tubos del generador de vapor 12 de cada capa tubular 14. De manera alternativa, tambien un colector de entrada 16 comun puede estar asociado a varias capas de tubos 14. Los colectores de entrada 16 se encuentran conectados a un sistema de suministro de agua 18 indicado solo esquematicamente en la figura 1, el cual puede comprender un sistema distribuidor para la division, correspondiente a la necesidad, de la afluencia de medio de flujo W hacia los colectores de entrada 16. Del lado de salida y, con ello, en un area por encima del canal de calentamiento 6, los tubos del generador de vapor 12 que forman la superficie de calentamiento de paso del evaporador 8 desembocan en una cantidad de colectores de salida 20 asociados.
De manera analoga, la superficie de calentamiento del calentador 19 esta formada por una cantidad de tubos del sobrecalentador 22. Los mismos, en el ejemplo de ejecucion, estan disenados para una circulacion del medio de flujo en direccion descendente, es decir, desde arriba hacia abajo. Del lado de entrada, una cantidad de distribuidores 24, disenados como los as! llamados distribuidores en T, se encuentra conectada aguas arriba de los tubos del sobrecalentador 22. Del lado de salida, los tubos del sobrecalentador 22 desembocan en un colector de vapor directo 26 comun, desde el cual el vapor directo sobrecalentado puede ser suministrado a una turbina de vapor asociada que no se encuentra representada en detalle. En el ejemplo de ejecucion, el colector de vapor directo 26 esta dispuesto por debajo del canal de gas de calentamiento 6. De manera alternativa, la superficie de calentamiento del sobrecalentador 10, sin embargo, puede estar equipada tambien con tubos del sobrecalentador 22 realizados en forma de U. En este caso, no representado detalladamente en la figura, cada tubo del sobrecalentador 22 comprende respectivamente una pieza tubular descendente y una pieza tubular ascendente conectada aguas abajo de la primera pieza mencionada, donde el colector de vapor directo 26, al igual que el colector de salida 20, se encuentra dispuesto por encima del canal de gas de calentamiento 6. Entre la pieza tubular descendente y la pieza tubular ascendente puede estar conectado un colector de desague.
La superficie de calentamiento de paso del evaporador 8 esta disenada de manera que es adecuada para una alimentacion de los tubos del generador de vapor 12 con una densidad del flujo masico comparativamente mas reducida, donde las condiciones de flujo, de acuerdo con el diseno, presentan una caracterlstica de circulacion natural en los tubos del generador de vapor 12. En el caso de esa caracterlstica de circulacion natural, un tubo del generador de vapor 12, mas calentado en comparacion con otro tubo del generador de vapor 12 de la misma superficie de calentamiento de paso del evaporador 8, presenta un caudal mas elevado del medio de flujo W, en comparacion con otro tubo del generador de vapor 12.
El generador de vapor 1 esta disenado para una conduccion del flujo fiable y homogenea, con una forma de construccion que se mantiene sencilla. Del modo previsto, la caracterlstica de circulacion natural, prevista de acuerdo con el diseno para la superficie de calentamiento de paso del evaporador 8, es utilizada para un sistema de distribucion que se mantiene sencillo. Esta caracterlstica de circulacion natural y la densidad del flujo masico vinculada a ello, mantenida comparativamente reducida de acuerdo con el diseno, posibilitan ciertamente la conduccion conjunta de los flujos parciales desde tubos del generador de vapor que se encuentran dispuestos unos detras de otros al ser observados en la direccion del gas de calentamiento x y, con ello, son calentados de diferente modo, hacia un espacio comun. De este modo, economizando en cuanto a un sistema distribuidor autonomo costoso, es posible un traspaso de la mezcla del medio de flujo W que sale desde la superficie de calentamiento de paso del evaporador 8 hacia dentro del colector o de los colectores de salida 20.
Para afectar lo menos posible la homogeneizacion alcanzada del medio de flujo W que sale desde los tubos del generador de vapor 12, observados en la direccion del gas de calentamiento x, posicionados de forma diferente y, con ello, calentados de forma diferente, durante el pasaje al siguiente sistema, cada uno de los colectores de salida 20 que se encuentran dispuestos unos junto a otros, esencialmente de forma paralela unos con respecto a otros, de los cuales en la figura solo se muestra uno, se encuentra orientado con su eje longitudinal esencialmente de forma paralela con respecto a la direccion del gas de calentamiento x. La cantidad de colectores de salida 20 se encuentra adaptada a la cantidad de tubos del generador de vapor 12 en cada capa tubular 14, de manera que esencialmente a los tubos del generador de vapor 12 que forman un as! llamado disco de evaporador, respectivamente posicionados unos detras de otros, se encuentra asociado respectivamente un colector de salida 20. De manera analoga, tambien los distribuidores 24, respectivamente con su eje longitudinal, se encuentran orientados paralelamente con respecto a la direccion del gas de calentamiento x, de manera que esencialmente a los tubos del
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sobrecalentador 22, posicionados respectivamente unos detras de otros, se encuentra asociado respectivamente un distribuidor 24.
El generador de vapor 1 esta disenado de manera que, en caso necesario, en particular en el funcionamiento de arranque o de carga reducida, a los tubos del generador de vapor 12, adicionalmente con respecto al flujo masico que puede evaporarse de medio de flujo, debido a la seguridad operativa, se puede traspasar aun otro flujo masico de circulacion, de medio de flujo. Para garantizar una flexibilidad operativa particularmente elevada y, con ello, en particular tambien tiempos de arranque y de cambio de carga mantenidos reducidos y para mantener utilizable una parte particularmente grande de las superficies de calentamiento, se preve que en ese estado de funcionamiento el punto final de evaporacion, de acuerdo con la necesidad, pueda desplazarse desde los tubos del generador de vapor 12 hacia dentro de los tubos del sobrecalentador 22. Para posibilitar lo mencionado con una inversion para la fabricacion mantenida comparativamente reducida, cada uno de los colectores de salida 20 comprende un elemento de separacion de agua 28 integrado, mediante el cual el respectivo colector de salida 20, a traves de un tubo de sobreflujo 30 del lado del medio de flujo, se encuentra conectado a un distribuidor 24 conectado aguas abajo. A traves de esta forma de construccion en particular se garantiza que despues de la separacion de agua - vapor no sea necesaria una distribucion costosa de mezcla de vapor - agua en los tubos del sobrecalentador 22.
Para un efecto de separacion elevado, en el caso de una fiabilidad operativa elevada, los colectores de salida 20 provistos respectivamente de una funcion de separacion integrada, estan disenados en base al concepto de una separacion por inercia de una mezcla de agua - vapor. De este modo, se aprovecha el conocimiento de que la parte de agua de una mezcla de agua - vapor, debido a su inercia comparativamente mas elevada, en un punto de derivation, preferentemente continua circulando siempre de forma recta, mientras que la parte de vapor de una desviacion forzada, debido a su inercia comparativamente mas reducida, puede ser seguida comparativamente con mayor facilidad. Para aprovechar esto para una un modo de construccion particularmente sencillo de la separacion de agua, los colectores de salida 20 estan realizados respectivamente a modo de piezas en forma de T, donde desde un cuerpo base realizado esencialmente como cuerpo cillndrico 32 se deriva una pieza tubular de salida 34 para medio de flujo, la cual desemboca en el tubo de sobreflujo 30 respectivamente asociado.
El cuerpo base realizado como cuerpo cillndrico 32 del respectivo colector de salida 20, en su extremo 36 que no se encuentra conectado a los tubos del generador de vapor 12, se encuentra conectado con una pieza tubular de evacuation de agua 38. A traves de esta forma de construccion, la parte de agua de la mezcla de agua - vapor en el colector de salida 20, en el punto de derivacion de la pieza tubular de salida 34 que forma el elemento de separacion de agua 28 respectivamente integrado, circula preferentemente en direction axial, alcanzando de este modo mediante el extremo 36 la pieza tubular de evacuacion de agua 38. Por el contrario, la parte de vapor de la mezcla de agua - vapor que circula en el cuerpo cillndrico 32, debido a su inercia comparativamente reducida, puede seguir mejor una desviacion forzada, afluyendo as! sobre la pieza tubular de salida 34 y los otros componentes conectados entre medio, preferentemente sobre los tubos del sobrecalentador 22 conectados aguas abajo. Para reforzar el efecto de separacion alcanzado y/o para una descarga del agua facilitada, el cuerpo cillndrico 32 puede estar inclinado hacia abajo con su direccion longitudinal, en la direccion de flujo, con respecto a la horizontal.
Del lado de salida de agua, es decir, sobre las piezas tubulares de evacuacion de agua 38, los elementos de separacion de agua 28 integrados se encuentran conectados en forma de grupos con un colector de salida 40 respectivamente comun. Un recipiente colector de agua 42, en particular una botella de separacion, se encuentra conectado aguas abajo del colector mencionado. El recipiente colector de agua 42, del lado de salida, mediante una llnea de evacuacion 44 conectada, desde la cual se deriva tambien una derivacion 45 conectada al sistema de desague, se encuentra conectado al sistema de suministro de agua 18 de la superficie de calentamiento del evaporador de paso 8, de manera que se produce un circuito de circulacion que puede operarse cerrado. Mediante este circuito de circulacion, en el funcionamiento de arranque, con carga reducida o parcial, al medio de flujo que puede evaporarse circulando en los tubos del generador de vapor 12 puede superponerse una circulacion adicional para aumentar la seguridad operativa. En funcion de los requerimientos operativos o de la necesidad, el sistema de separacion formado por los elementos de separacion de agua 28 integrados puede ser operado de manera que toda el agua que aun es arrastrada en la salida de los tubos del generador de vapor 12, proveniente del medio de flujo, sea separada, y que solo medio de flujo evaporado sea transferido a los tubos del sobrecalentador 22.
De manera alternativa, sin embargo, el sistema de separacion de agua puede ser operado tambien en el as! llamado modo de sobrealimentacion, donde no toda el agua proveniente del medio de flujo es separada, sino que junto con el vapor aun un flujo parcial del agua arrastrada es transferido a los tubos del sobrecalentador 22. En este modo de funcionamiento, el punto final de evaporacion se desplaza hacia dentro de los tubos del sobrecalentador 22. En el modo sobrealimentado de esa clase, primero tanto el recipiente colector de agua 42, como tambien los colectores de salida 40 conectados aguas arriba, se llenan completamente con agua, de manera que se forma un reflujo hasta el area de transition del respectivo elemento de separacion de agua 28, en donde se deriva la pieza tubular de salida 34. Condicionada por ese reflujo, tambien la parte de agua del medio de flujo que afluye hacia los elementos de separacion de agua 28 experimenta al menos parcialmente una desviacion, alcanzando as! junto con el vapor la pieza tubular de salida 34. La cantidad de flujo parcial que es suministrada junto con el vapor hacia los tubos del sobrecalentador 22 resulta por una parte del flujo masico de agua suministrado en total al respectivo elemento de
separacion de agua 28 y, por otra parte, del flujo masico parcial descargado mediante la pieza tubular de evacuacion de agua 38. De este modo, a traves de la variacion adecuada del flujo masico de agua suministrado y/o del flujo masico de agua descargado mediante la pieza tubular de evacuacion de agua 38, el flujo masico transferido a los tubos del sobrecalentador 22 puede ser regulado en cuanto al medio de flujo no evaporado. De este modo, a traves 5 de la seleccion de una o de las dos variables mencionadas es posible regular la cantidad de medio de flujo no evaporado transferido a los tubos del sobrecalentador 22, de manera que se regula por ejemplo una entalpla predeterminada en el extremo de la superficie de calentamiento del sobrecalentador 22.
Para posibilitar lo mencionado, un dispositivo de control 60 se encuentra asociado al sistema de separacion de agua 60, el cual, del lado de entrada, se encuentra conectado a un detector 62 disenado para determinar un valor 10 caracterlstico para la entalpla en el extremo del lado del gas de escape de la superficie de calentamiento del sobrecalentador 22. Del lado de salida, el dispositivo de control 60 actua a su vez sobre una valvula de control 64 conectada en la llnea de salida 44 del recipiente colector de agua 42. De este modo, a traves de la activacion selectiva de la valvula de control 64 puede predeterminarse el flujo de agua que es extraldo del sistema de separacion. A su vez, ese flujo masico, en los elementos de separacion de agua 28, puede ser extraldo desde el 15 medio de flujo y ser transferido a los sistemas colectores consecutivos. De este modo, a traves de la activacion de la valvula de control 64, es posible influenciar el flujo de agua derivado respectivamente en el elemento de separacion de agua 28 y, con ello, es posible influenciar la parte de agua transferida a las superficies de calentamiento del sobrecalentador 22 despues de la separacion, aun en el medio de flujo. De manera alternativa o adicional, el dispositivo de control 60 puede actuar aun sobre una bomba de circulacion 66 conectada en la llnea de salida 44, de 20 manera que tambien la tasa de afluencia del medio puede ser regulada de forma correspondiente en el sistema de separacion de agua.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Generador de vapor (1), en el cual en un canal de gas de calentamiento (6) que puede ser atravesado en una direccion del gas de calentamiento (x) aproximadamente horizontal se encuentra dispuesta una superficie de calentamiento de paso del evaporador (8) que comprende una cantidad de tubos del generador de vapor (12) conectados de forma paralela para atravesar un medio de flujo, con una cantidad de colectores de salida (20) conectados aguas abajo del lado del medio de flujo con respecto a algunos tubos del generador de vapor (12), caracterizado porque el colector de salida (20) o cada colector comprende respectivamente un elemento de separacion de agua (28) integrado, mediante el cual el respectivo colector de salida (20), del lado del vapor, se encuentra conectado a una cantidad de tubos del sobrecalentador (22), conectados aguas abajo, de una superficie de calentamiento del sobrecalentador (10).
  2. 2. Generador de vapor (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el colector de salida (20) o cada colector respectivamente se encuentra disenado esencialmente como cuerpo cillndrico (32), el cual en su extremo (36) que no se encuentra conectado con los tubos del generador de vapor (12) se encuentra conectado con una pieza tubular de evacuacion de agua (38).
  3. 3. Generador de vapor (1) segun la reivindicacion 2, caracterizado porque desde el respectivo cuerpo cillndrico (32) o desde la respectiva pieza tubular de evacuacion de agua (38) se deriva una pieza tubular de salida (34) para medio de flujo.
  4. 4. Generador de vapor (1) segun la reivindicacion 2 o 3, caracterizado porque el cuerpo cillndrico (32) y/o la pieza tubular de evacuacion de agua (38) se encuentran dispuestos con su respectiva direccion longitudinal de forma inclinada hacia abajo en la direccion de flujo con respecto a la horizontal.
  5. 5. Generador de vapor (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque algunos o todos los elementos de separacion de agua (28), del lado de salida de agua, en forma de grupos, estan conectados respectivamente con un colector de salida comun (40).
  6. 6. Generador de vapor (1) segun la reivindicacion 5, caracterizado porque un recipiente colector de agua (42) esta conectado aguas abajo con relacion al respectivo colector de salida (40).
  7. 7. Generador de vapor (1) segun la reivindicacion 6, caracterizado porque en una llnea de salida (44) conectada al recipiente colector de agua (42) se encuentra conectada una valvula de control (64) que puede ser activada mediante un dispositivo de control (60) asociado, donde el dispositivo de control (60) puede recibir un valor de entrada caracterlstico para la entalpla del medio de flujo en la salida del lado del vapor de la superficie de calentamiento del sobrecalentador (10) que se encuentra conectada aguas abajo del sistema de separacion de agua.
  8. 8. Generador de vapor (1) segun la reivindicacion 7, caracterizado porque mediante el dispositivo de control (60) puede ser activada una bomba de circulation (66) que se encuentra asociada a los tubos del generador de vapor (12).
  9. 9. Generador de vapor (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el colector de salida (20) o cada colector se encuentra dispuesto por encima del canal de gas de calentamiento (6).
  10. 10. Generador de vapor (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la superficie de calentamiento de paso del evaporador (8) esta disenada de manera que un tubo del generador de vapor (12) que es mas calentado en comparacion con otro tubo del generador de vapor (12) de la misma superficie de calentamiento de paso del evaporador (8) presenta un caudal mas elevado del medio de flujo, en comparacion con otro tubo del generador de vapor (12).
  11. 11. Generador de vapor (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque una turbina de gas se encuentra conectada aguas arriba del canal de gas de calentamiento (6).
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