ES2632435T3 - Generador de vapor ultra-supercrítico avanzado - Google Patents

Generador de vapor ultra-supercrítico avanzado Download PDF

Info

Publication number
ES2632435T3
ES2632435T3 ES14187421.4T ES14187421T ES2632435T3 ES 2632435 T3 ES2632435 T3 ES 2632435T3 ES 14187421 T ES14187421 T ES 14187421T ES 2632435 T3 ES2632435 T3 ES 2632435T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
enclosure
steam
heater
steam generator
convection passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES14187421.4T
Other languages
English (en)
Inventor
Paul S. Weitzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Babcock and Wilcox Co
Original Assignee
Babcock and Wilcox Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Babcock and Wilcox Co filed Critical Babcock and Wilcox Co
Application granted granted Critical
Publication of ES2632435T3 publication Critical patent/ES2632435T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B7/00—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus
    • F23B7/002—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus characterised by gas flow arrangements
    • F23B7/005—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus characterised by gas flow arrangements with downdraught through fuel bed and grate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/34—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes grouped in panel form surrounding the combustion chamber, i.e. radiation boilers
    • F22B21/348—Radiation boilers with a burner at the top
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F22B29/067—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes operating at critical or supercritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/002—Control by recirculating flue gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/14—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes
    • F22B37/146—Tube arrangements for ash hoppers and grates and for combustion chambers of the cyclone or similar type out of the flues
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00—Controlling superheat temperature
    • F22G5/06—Controlling superheat temperature by recirculating flue gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B7/00—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus
    • F23B7/002—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus characterised by gas flow arrangements
    • F23B7/007—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus characterised by gas flow arrangements with fluegas recirculation to combustion chamber

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Chimneys And Flues (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Abstract

Un generador de vapor (200), que comprende: un cerramiento de calentador (210) de corriente descendente formado por paredes (216) hechas de tubos refrigerados con vapor o agua, y en el que las paredes del calentador definen un extremo superior (212) y una salida de gas inferior; un cerramiento de paso de convección (230) que incluye una entrada de gas inferior y bancos de tubos horizontales situados por encima de la entrada de gas inferior; una cuba de tolva (270) que conecta la salida de gas inferior del cerramiento de calentador de corriente descendente con la entrada de gas inferior del cerramiento de paso de convección, incluyendo la cuba de tolva al menos una transportadora de cadena sumergida (274) para retirar las cenizas y los desechos del cerramiento de calentador de corriente descendente y del cerramiento de paso de convección; un terminal de salida de vapor situado en la base del generador de vapor; y una caja de vientos (218) y quemadores (220) en el extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente para generar gas de escape.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Generador de vapor ultra-supercntico avanzado Antecedentes
La presente divulgacion se refiere a sistemas generadores de vapor que pueden utilizarse junto con tecnolog^a de captura y almacenamiento de carbono (CAC) para su uso en la generacion de electricidad a partir carbon.
Durante la combustion, la energfa qmmica de un combustible se convierte en calor termico dentro del calentador de una caldera. El calor termico se captura a traves de superficies absorbentes de calor de la caldera para producir el vapor. Los combustibles utilizados en el calentador incluyen una amplia gama de sustancias solidas, lfquidas y gaseosas, entre las que se incluyen el carbon, gas natural y gasoleo. La combustion transforma el combustible en un gran numero de compuestos qmmicos. El agua y el dioxido de carbono (CO2) son los productos de la combustion completa. Las reacciones de la combustion incompleta pueden dar como resultado subproductos no deseados que pueden incluir partfculas (por ejemplo, cenizas volantes, desechos), gases acidos, tales como SOx o NOx, metales, tales como mercurio o arsenico, monoxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC).
La figura 1 ilustra el sistema de flujo de vapor y agua y el sistema de flujo de gas para una caldera 10 convencional de un paso o de dos pasos estilo Carolina con un calentador 20 capaz de funcionar desde una presion subcntica hasta una supercntica. Tal y como se conoce, la caldera 10 incluye paredes refrigeradas de cerramiento de tubo de membrana de fluido, hechas normalmente con tubos 30 de transporte de agua/vapor separados entre sf por una membrana de acero (no visible) para conseguir un cerramiento hermetico al gas. Los tubos 30, en el presente documento, se denominan tubos de agua por motivos de brevedad y simplicidad.
El generador de vapor funciona con un perfil de presion variable frente a carga (de presion subcntica a supercntica). El agua entra en el economizador a traves de la entrada 141 y absorbe el calor, despues circula desde la salida 142 del economizador hasta la entrada 143 en la base del calentador. Un envase inferior (no se muestra) puede estar presente para distribuir esta agua. El agua circula entonces hacia arriba a traves de los tubos 30 de pared del calentador. Conforme el agua circula a traves de estos tubos 30 de agua, el agua enfna los tubos expuestos al gas de escape de alta temperatura de la camara de combustion 60 y absorbe la energfa del gas de escape para convertirse en una mezcla de vapor y agua a presion subcntica (y queda un fluido de fase unica si se encuentra en condiciones de presion supercntica). El fluido se descarga en los separadores 42 de vapor verticales, donde se separa la mezcla de vapor y agua, cuando es subcntica, en vapor humedo (es decir, vapor saturado) y agua. El agua puede salir a traves de una bajante 50 y pasar desde la salida 144 hasta la entrada 141 del economizador. Cuando el fluido es supercntico, los separadores verticales actuan como conductos de transporte saliendo todo el vapor entrante por las salidas superiores. El vapor se utiliza para refrigerar el gas de escape en la trayectoria 70 de paso de conveccion del calentador a traves de los tubos de vapor o tubos de techo 75 que van desde el separador vertical. El vapor pasa entonces desde la salida 149 hasta la entrada 145 y se introduce a traves de una superficie de calentamiento del sobrecalentador 80, y despues se envfa hasta la turbina de vapor de alta presion (numero de referencia 146). El retorno del vapor desde la turbina de vapor de alta presion (numero de referencia 147) pasa a traves de la superficie de calentamiento del recalentador 90 para absorber la energfa adicional del gas de escape, y despues puede enviarse hasta una segunda turbina de vapor de baja presion o de media presion (numero de referencia 148). El vapor enviado a las turbinas es, por lo general, vapor seco (100 % vapor sin agua). El vapor de las superficies de calentamiento del sobrecalentador 80 puede enviarse hasta una turbina de alta presion (AP), y despues desde la superficie de calentamiento del recalentador 90 hasta las fases de la turbina de vapor de media presion (MP) y baja presion (BP) (no se muestra). El agua de alimentacion transportada a traves del economizador 100 tambien puede utilizarse para absorber la energfa del gas de escape antes de que el gas de escape salga de la caldera; el agua de alimentacion calentada se envfa entonces hasta los tubos 30 de cerramiento del calentador, o puede enviarse a traves del sobrecalentador 80 y del recalentador 90.
Haciendo referencia al sistema de flujo de gas, el aire para la combustion puede suministrarse al calentador 20 a traves de varios medios. Normalmente, un ventilador 102 suministra aire 104 a un calentador de aire regenerativo 106. El aire calentado se envfa entonces como aire secundario 108 a las cajas de viento para su distribucion hasta quemadores individuales y como aire primario 110 hasta el pulverizador de carbon 112, donde el carbon se seca y pulveriza. El aire primario 116 (que ahora porta partfculas de carbon) se envfa entonces hasta los quemadores 120 y se mezcla con el aire secundario 108 para llevar a cabo la combustion y la formacion del gas de escape 130 en la camara de combustion 60. El gas de escape fluye hacia arriba a traves de la camara de combustion 60 del calentador y despues continua por la trayectoria 70 de paso de conveccion hasta el tubo de escape 160 de gas de escape pasado el sobrecalentador 80, el recalentador 90 y el economizador 100. El gas de escape puede hacerse pasar entonces a traves del calentador de aire regenerativo 106 (para calentar el aire 104 entrante) y del equipo de control de contaminacion 114 y, si se desea, puede reciclarse a traves del calentador 20. El gas de escape sale de la caldera 10 a traves del tubo de escape 160 del gas de escape.
La figura 1 tambien ilustra el equipo de arranque del sistema de flujo de vapor y agua. Cuando el vapor es supercntico, se utiliza un separador 42 de vapor vertical, en lugar de un tambor de vapor horizontal convencional de
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
una caldera de circulacion natural subcntica. Una bomba de circulacion 44 de la caldera y una valvula de retencion 46 tambien estan presentes en la bajante 50 para aumentar el flujo en las paredes de cerramiento 30 del calentador y el economizador 100 durante el arranque. La bomba de circulacion de la caldera se detiene en la carga cuando el 100 % del vapor seco entra en el separador de vapor vertical desde el cerramiento del calentador. El separador de vapor vertical permanece en servicio y una columna estatica de agua permanece en la bajante 50.
Tal y como se ilustra en el presente documento, los terminales de salida de vapor de una caldera de estilo Carolina se situan en la parte superior de la caldera, generalmente a una altura relativamente elevada desde un grado de aproximadamente 61 metros (200 pies). El vapor se lleva entonces hasta una turbina de vapor a traves de canales de vapor (es decir, conductos). Los canales de vapor estan hechos de aleacion de mquel para temperaturas de vapor de 700 °C, algo que es muy caro. Debido a la ubicacion de los terminales de salida de vapor en la parte superior de la caldera, la longitud de los canales de vapor puede ser muy grande. Sena deseable ser capaces de reducir la longitud de los canales de vapor desde los terminales de salida de vapor de la caldera hasta la turbina de vapor donde el vapor se utiliza para generar electricidad.
El documento US 2013/239909 A1 divulga una estructura de disposicion adecuada para una caldera de carbon pulverizado invertida con parametros de temperatura de vapor ultraelevada, incluyendo una chimenea, en la que la chimenea se comunica con un canal de humos de enlace ascendente medio, y la parte superior del canal de humos de enlace ascendente medio se comunica con el canal de humos de un enlace descendente trasero.
El documento US 2009/188448 A1 divulga un aparato que extrae la energfa de los residuos agncolas procesados (RAP).
Sumario
Los aspectos y realizaciones particulares se disponen en las reivindicaciones independientes y dependientes adjuntas.
La presente divulgacion se refiere a un sistema de caldera que puede utilizarse junto con una turbina de vapor para generar electricidad. Los terminales de salida de vapor de la caldera se situan en la base de la caldera, en lugar de en la parte superior de la caldera. Esto reduce la necesidad de que los canales de vapor sean largos, y a su vez reduce el coste y mejora la rentabilidad del sistema en su conjunto.
En varias realizaciones del presente documento se divulga un generador de vapor que comprende: un cerramiento de calentador de corriente descendente formado por paredes hechas de tubos refrigerados con vapor o agua, y en el que las paredes del calentador definen un extremo superior y una salida de gas inferior; un cerramiento de paso de conveccion que incluye una entrada de gas inferior y bancos de tubos situados por encima de la entrada de gas inferior; una cuba de tolva que conecta la salida de gas inferior del cerramiento del calentador de corriente descendente hasta la entrada de gas inferior del cerramiento de paso de conveccion, incluyendo la cuba de tolva una transportadora de cadena sumergida para retirar las cenizas y desechos, formando la transportadora de cadena sumergida un cierre de la cuba de tolva; y un terminal de salida de vapor situado en la base del generador de vapor.
La salida de gas inferior del cerramiento de calentador de corriente descendente puede incluir una garganta que se extiende hacia fuera que se extiende hacia una lumbrera de la entrada de gas inferior del cerramiento de paso de conveccion.
El extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente puede incluir una entrada de gas para recibir gas de escape desde un calentador asociado.
El generador de vapor comprende ademas una caja de vientos y quemadores en el extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente para general el gas de escape.
El gas de escape que sale del cerramiento de paso de conveccion puede recircularse hasta el extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente, hasta una base del cerramiento de calentador de corriente descendente, y/o hasta una base del cerramiento de paso de conveccion.
El gas de escape que sale del cerramiento de paso de conveccion puede pasar a traves de un dispositivo de limpieza de partfculas y despues puede recircularse hasta el extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente, hasta una base del cerramiento de calentador de corriente descendente o hasta una base del cerramiento de paso de conveccion.
La cuba de tolva puede estar revestida de un material refractario. La transportadora de cadena sumergida puede circular en la misma direccion que el flujo de gas de escape, o puede circular transversal al flujo de gas de escape.
De manera alternativa, la cuba de tolva puede estar formada a partir de paneles de tubo refrigerados con vapor o agua. Los sellos de cubeta de agua pueden estar presentes entre el cerramiento de calentador de corriente descendente, la cuba de tolva y el cerramiento de paso de conveccion.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
El fluido de los tubos del cerramiento de calentador de corriente descendente puede fluir contra corriente con respecto al flujo de gas de escape.
El cerramiento de paso de conveccion a veces esta formado con paredes de cerramiento hechas con tubos refrigerados con vapor o agua, en el que el fluido de refrigeracion de los tubos del cerramiento de paso de conveccion fluye en la misma direccion que el flujo de gas de escape.
Los bancos de tubos horizontales en el cerramiento de paso de conveccion pueden incluir sobrecalentadores, recalentadores y economizadores.
El generador de vapor puede comprender ademas un cerramiento de paso horizontal superior conectado a un extremo superior del cerramiento de paso de conveccion y un paso bajo, conteniendo el paso horizontal superior y el paso bajo bancos de tubos adicionales.
Estas y otras caractensticas no limitantes se describen mas espedficamente mas adelante.
Breve descripcion de los dibujos
Lo que sigue es una breve descripcion de los dibujos, que se presentan con el fin de ilustrar las realizaciones de ejemplo divulgadas en el presente documento y no con el fin de limitar las mismas.
La figura 1 es un diagrama esquematico que ilustra un generador de vapor convencional de un paso supercntico o de dos pasos subcntico (estilo Babcock y Wilcox Carolina).
La figura 2 es una vista en perspectiva lateral de una primera realizacion de ejemplo de un generador de vapor de un paso de la presente divulgacion, en el que el cerramiento de calentador de corriente descendente de torre invertida incluye los quemadores que generan el gas de escape.
La figura 3 es una vista en seccion transversal de un diseno posible de la cuba de tolva, con transportadoras que circulan transversales al flujo de gas de escape. La cuba de tolva es una via interior en arco de hormigon y acero revestida de refractario que transfiere el flujo de gas de escape.
La figura 4 es otra realizacion de la cuba de tolva, estando formada con paneles de tubo refrigerados con vapor o agua.
La figura 5 es una vista en perspectiva que muestra una variante de la cuba de tolva que tiene una pared vertical. La figura 6 es una vista delantera de la cuba de tolva de la figura 5.
La figura 7 es una vista lateral de la cuba de tolva de la figura 5.
La figura 8 es una vista en lateral de otra realizacion de ejemplo de un generador de vapor de torre invertida de corriente descendente de la presente divulgacion, que muestra la turbina de vapor en relacion con el generador de vapor.
La figura 9 es una vista en perspectiva de otra realizacion de un generador de vapor de torre invertida de corriente descendente y de la canalizacion de la turbina de vapor.
La figura 10 es una vista lateral (a lo largo de un eje imaginario "y") del generador de vapor de la figura 9.
La figura 11 es una vista delantera (a lo largo de un eje imaginario "x") del generador de vapor de la figura 9.
La figura 12 es una vista en planta (es decir, desde la parte superior) del generador de vapor de la figura 9.
La figura 13 es una vista lateral que muestra la turbina de vapor al mismo grado que el generador de vapor de torre modificada (es decir, en la posicion relativa convencionalmente esperada).
La figura 14 es una vista en planta (es decir, desde la parte superior) que muestra detalles adicionales del generador de vapor de torre modificada de la figura 13.
La figura 15 es una vista lateral de una realizacion donde el generador de vapor de torre modificada tiene una elevacion de base diferente en comparacion con la turbina de vapor.
La figura 16 es una vista lateral de una realizacion donde el generador de vapor de torre modificada tiene la misma elevacion de base que la turbina de vapor.
La figura 17 es una vista lateral de otra realizacion de ejemplo de un generador de vapor de la presente divulgacion, en el que la salida de gas inferior del cerramiento de calentador de corriente descendente tiene forma de garganta que entra en una lumbrera de la entrada de gas inferior del cerramiento de paso de conveccion.
Descripcion detallada
Una comprension mas completa de los componentes, procesos y aparatos divulgados en el presente documento puede obtenerse haciendo referencia a los dibujos que acompanan. Estas figuras son simples representaciones esquematicas basadas en la comodidad y facilidad para demostrar la presente divulgacion, y por lo tanto no estan destinadas a indicar el tamano y las dimensiones relativos de los dispositivos o componentes de las mismas y/o a definir o limitar el alcance de las realizaciones descritas.
A pesar de que en la siguiente descripcion se utilizan terminos espedficos por motivos de claridad, estos terminos estan destinados solo a referirse a la estructura particular de las realizaciones seleccionadas para su ilustracion en los dibujos, y no estan destinados a definir o limitar el alcance de la divulgacion. En los dibujos y en la siguiente
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
descripcion de a continuacion, ha de entenderse que las designaciones numericas similares se refieren a componentes con funcion similar.
Las formas en singular "uno", "una" y "el", "la" incluyen referentes plurales a no ser que el contexto claramente indique lo contrario.
Tal y como se utiliza en la memoria descriptiva y las reivindicaciones, el termino "comprende" puede incluir las realizaciones de "consiste en" y "consiste esencialmente en".
Debena entenderse que los valores numericos incluyen valores numericos que son los mismos cuando se reducen al mismo numero de figuras significativas, y valores numericos que se diferencian del valor indicado en menos que el error experimental de la tecnica de medicion convencional del tipo descrito en la presente solicitud para determinar el valor.
Todos los intervalos divulgados en el presente documento incluyen el punto final indicado y pueden combinarse independientemente (por ejemplo, el intervalo de "desde 2 vatios hasta 10 vatios" incluye los puntos finales 2 vatios y 10 vatios, y todos los valores intermedios).
Tal y como se utiliza en el presente documento, puede aplicarse lenguaje aproximado para modificar cualquier representacion cuantitativa que pueda variar sin derivar en un cambio en la funcion basica con la que se relaciona. En consecuencia, un valor modificado por un termino o terminos, tales como "aproximadamente" y "sustancialmente", puede no estar limitado al valor preciso especificado en ciertos casos. El modificador "aproximadamente" debena considerarse ademas como divulgador del intervalo definido por los valores absolutos de los dos puntos finales. Por ejemplo, la expresion "desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 4" tambien divulga el intervalo "de 2 a 4".
Los terminos "lado del agua", "refrigerado con agua", "refrigerado con vapor" o "lado del fluido" se refieren a cualquier area de la caldera que se expone al agua o al vapor. Por otro lado, los terminos "lado del aire", "lado del gas" o "lado del fuego" se refieren a un area de la caldera que esta expuesta al calor directo del calentador, o en otras palabras, al gas de combustion del calentador. Donde la memoria descriptiva se refiere a agua y/o vapor, los estados lfquido y/o gaseoso de otros fluidos tambien pueden utilizarse en los metodos de la presente divulgacion.
Debena observarse que muchos de los terminos utilizados en el presente documento son terminos relativos. Por ejemplo, los terminos "superior" e "inferior" son relativos entre sf en ubicacion, es decir, un componente superior esta situado a una elevacion mayor que un componente inferior en una orientacion determinada. Los terminos "entrada" y "salida" son relativos a un fluido que fluye a traves de las mismas con respecto a una estructura determinada, por ejemplo, un fluido fluye a traves de la entrada hacia dentro de la estructura y fluye a traves de la salida hacia fuera de la estructura. Los terminos "corriente atras" y "corriente adelante" son relativos a la direccion en la que fluye el fluido a traves de varios componentes, es decir, el fluido fluye a traves de un componente corriente atras antes de fluir a traves del componente corriente adelante.
Los terminos "horizontal" y "vertical" se utilizan para indicar la direccion relativa a una referencia absoluta, es decir, el nivel del suelo. Sin embargo, no debena interpretarse que estos terminos requieran estructuras que sean absolutamente paralelas o absolutamente perpendiculares entre sf. Por ejemplo, una primera estructura vertical y una segunda estructura vertical no son necesariamente paralelas entre sf. Los terminos "parte superior" y "parte inferior" o "base" se utilizan para hacer referencia a superficies donde la parte superior siempre es mas alta que la parte inferior/base con respecto a una referencia absoluta, es decir, la superficie de la tierra. Los terminos "por encima" y "por debajo" se utilizan para hacer referencia a la ubicacion de dos estructuras con respecto a una referencia absoluta. Por ejemplo, cuando el primer componente se ubica por encima de un segundo componente, esto significa que el primer componente siempre sera mas alto que el segundo componente con respecto a la superficie de la tierra. Los terminos "hacia arriba" y "hacia abajo" tambien son relativos a una referencia absoluta; un flujo hacia arriba siempre va en contra de la gravedad de la tierra.
Tal y como se utiliza en el presente documento, el termino "supercntico" se refiere a un fluido que esta a una temperatura por encima de su temperatura cntica o a una presion por encima de su presion cntica, o a ambos. Por ejemplo, la temperatura cntica del agua es 374,15 °C, y la presion cntica del agua es 3200,1 psia (22,1 MPa). Un fluido a una temperatura que esta por encima de su punto de ebullicion a una presion determinada, pero que esta por debajo de su presion cntica, se considera un fluido "sobrecalentado" pero "subcntico". Un fluido sobrecalentado puede refrigerarse (es decir, transferir energfa) sin cambiar su fase. Tal y como se utiliza en el presente documento, el termino "vapor humedo" se refiere a una mezcla de vapor y agua saturada (es decir, vapor con menos del 100 % de calidad, donde la calidad es el porcentaje de contenido de vapor por masa). Tal y como se utiliza en el presente documento, el termino "vapor seco" se refiere a un vapor que tiene una calidad igual a o mayor del 100 % (es decir, no hay presente agua lfquida). El agua o vapor supercntico no tendra una interfaz o menisco de burbujas visible que se forme durante un proceso de calentamiento o refrigeracion debido a la tension de superficie cero al alcanzar la temperatura de punto cntico. El fluido continua actuando como un fluido de fase unica a la vez que se convierte de
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
agua a vapor o de vapor a agua, y se encuentra en una condicion termodinamica de no equilibrio cuando pueden producirse rapidos cambios en la densidad, viscosidad y conductividad termica.
En la medida en la que puedan ser necesarias explicaciones de cierta terminologfa o principios del receptor solar, la caldera y/o el generador de vapor para entender la presente divulgacion, el lector puede dirigirse a la obra Steam: its generation and use, 40a edicion, Stultz y Kitto, Eds., Copyright 1992, The Babcock & Wilcox Company, y a la obra Steam: its generation and use, 41a edicion, Kitto y Stultz, Eds., Copyright 2005, The Babcock & Wilcox Company, cuyos textos se incorporan en el presente documento por referencia como si se expusieran por completo en el presente documento.
En la caldera convencional de la figura 1, los terminales de salida de vapor estan en el centro de la parte superior de la estructura. La parte superior de la estructura es relativamente alta, aproximadamente 61 a 76 metros (200 a 250 pies). Tal altura es necesaria para que el calentador tenga un volumen suficiente para que las partfculas de carbon puedan combustionar totalmente, para que los tubos de agua absorban la energfa termica, y para disminuir la temperatura del gas de escape por debajo de la temperatura de fusion de cenizas (minimizando la formacion de desechos y suciedad en los diversos bancos de tubos). Es deseable disminuir ademas la altura de los terminales de salida de vapor, de modo que se acerquen mas a la turbina de vapor y ofrezcan una altura de ajuste total mas pequena. La presente divulgacion se refiere a tal generador de vapor redactado. En particular, el generador de vapor de la presente divulgacion es un generador de vapor ultra-supercntico avanzado, que puede producir una presion de vapor de salida de 25 MPa (3625 psia) o mas, incluyendo 29 MPa (4200 psia) o mas; y una temperatura de vapor de salida de 570 °C (1058 °F) o mas, incluyendo 730 °C (1346 °F) o mas. A diferencia de la caldera de tambor de circulacion natural donde las paredes de cerramiento del calentador funcionan a temperaturas casi uniformes, cercanas a la temperatura de saturacion, el generador de vapor ultra-supercntico de un paso avanzado de la presente divulgacion no presenta temperaturas de las paredes del cerramiento relativamente uniformes cercanas a la saturacion. El generador de vapor supercntico de un paso convencional ha de disenarse cuidadosamente para que tenga relativamente pocas diferencias y una geometna, caractensticas de flujo termohidraulico y condiciones de absorcion de calor muy similares en todos los tubos de pared de cerramiento soldados. El presente diseno permite asf la union de una serie de cerramientos separados a lo largo de la trayectoria de flujo de gas que puede funcionar a diferentes temperaturas de material.
En la caldera (de dos pasos) Carolina de la figura 1, el gas de escape fluye hacia arriba, despues horizontalmente y hacia abajo a traves de los bancos de tubos. En los generadores de vapor de la presente divulgacion, esta trayectoria de flujo de gas ocurre a la inversa. El gas de escape primero fluye hacia abajo, despues horizontalmente y despues hacia arriba a traves de los bancos de tubos que convierten el agua en vapor sobrecalentado o supercntico. Esta disposicion permite que los terminales de vapor esten mas abajo (mas cercanos al suelo) y mas cerca de la turbina de vapor.
La figura 2 es una vista en perspectiva lateral de una primera realizacion de ejemplo de un generador de vapor 200 de la presente divulgacion. El generador de vapor incluye generalmente tres estructuras: un cerramiento de calentador 210 de corriente descendente, una cuba de tolva 270 y un cerramiento de paso de conveccion 230. En esta figura, el cerramiento de calentador de corriente descendente se muestra a la izquierda. El cerramiento de calentador 210 de corriente descendente esta formado por paredes 216 hechas de tubos refrigerados con vapor o agua, que pueden estar dispuestas verticalmente o en espiral. Las paredes 216 de cerramiento de calentador definen un extremo superior 212 y un extremo inferior 214. El extremo superior y el extremo inferior estan en extremos opuestos de las paredes de calentador. Tal y como se ilustra en el presente documento, una caja de vientos 218 y unos quemadores 220 se situan cerca del extremo superior del calentador. Los quemadores pueden estar dispuestos en el techo (es decir, en el extremo superior) o en la parte superior de las paredes de calentador. Los quemadores pueden estar situados en las cuatro paredes, opuestos en dos de las paredes, o cerca de las esquinas de las cuatro paredes.
En uso, el aire y el carbon se introducen en el extremo superior 212 por la caja de vientos 218 o vestfbulo del techo, y combustionan utilizando los quemadores 220 para generar el gas de escape 202 caliente. Pueden utilizarse la oxicombustion (es decir, utilizando gas recirculado enriquecido con oxfgeno) o la calcinacion con aire. La caja de vientos tambien genera un flujo de aire que hace que el gas de escape fluya hacia abajo debido a ventiladores de tiro mecanico (en lugar de elevarse, como hana de manera natural; la corriente descendente esta ayudada por la pared que enfna el gas de escape). Una salida de gas inferior 222 esta presente en el extremo inferior 214, a traves del que el gas de escape caliente sale del cerramiento de calentador 210. El gas de escape fluye a traves de una cuba de tolva 270 situada en la base del cerramiento del calentador. La cuba de tolva 270 conecta de manera fluida la salida de gas inferior 222 del cerramiento del calentador de corriente descendente con una entrada de gas inferior 236 del cerramiento de paso de conveccion. La cuba de tolva tambien sella de manera flexible la salida de gas inferior y la entrada de gas inferior. Cuando sale del cerramiento de calentador de corriente descendente, el gas de escape puede tener una temperatura de aproximadamente 500 °F hasta aproximadamente 2500 °F. El gas de escape 202 fluye entonces hacia arriba a traves del cerramiento de paso de conveccion 230 mas alla de los bancos de tubos dispuestos horizontalmente que actuan como superficies de sobrecalentador 240, recalentador 242, y/o economizador 244. Estas superficies capturan la energfa adicional del gas de escape. Cuando sale del cerramiento de paso de conveccion, el gas de escape puede tener una temperatura desde aproximadamente 116 °C (240 °F)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
hasta aproximadamente 441 °C (825 °F). El cerramiento de paso de conveccion 230 en sf tambien tiene un extremo superior 232 y un extremo inferior 234.
El gas de escape puede pasar a traves de un calentador de aire regenerativo para transferir cierta cantidad de la ene^a termica restante al aire entrante. El gas de escape tambien puede enviarse a unidades de control de contaminacion para eliminar los subproductos no deseados. Por ejemplo, el gas de escape puede pasar a traves de una unidad de reduccion catalttica selectiva (RCS) para eliminar el NOx, una unidad de desulfuracion de gas de escape (FGD, por sus siglas en ingles) para eliminar el SOx, y/o un dispositivo de limpieza de partfculas (por ejemplo, un filtro de mangas o precipitador electrostatico). Las unidades de control de contaminacion y el calentador de aire regenerativo estan colocados en un orden adecuado para una reduccion optima de la contaminacion. Por ejemplo, en algunas realizaciones espedficas, la unidad de RCS esta colocada corriente atras del calentador de aire regenerativo. Si se desea, el gas de escape que sale del cerramiento de paso de conveccion puede recircularse hasta la caja de vientos o vestibulo 218, en la parte superior del cerramiento de calentador, una practica que generalmente se denomina recirculacion de gas. Si se desea, el gas de escape que sale del cerramiento de paso de conveccion tambien puede ser recirculado hacia la base 252 del cerramiento de calentador de corriente descendente para controlar la temperatura del vapor y/o hacia la base 254 del cerramiento de paso de conveccion para controlar la temperatura del gas de escape, lo que generalmente se denomina atemperacion de gas. El generador de vapor puede incluir cualquiera de estas trayectorias de recirculacion, o puede incluir las tres trayectorias de recirculacion.
Con respecto al flujo de fluido en el cerramiento de calentador de corriente descendente, entra agua relativamente fna desde la salida del economizador hasta el generador de vapor en la base de las paredes 216 del calentador, y fluye por los tubos de agua, convirtiendose en una mezcla de vapor/agua, absorbiendo la energfa termica del gas de escape. Este agua fluye contracorriente con respecto al flujo de gas de escape (es decir, el agua fluye hacia arriba mientras que el gas de escape fluye hacia abajo). La mezcla de agua/vapor se recoge en los colectores de salida y se envfa hasta los separadores 260 de vapor verticales y se separa en vapor humedo y agua. El vapor se envfa al cerramiento de paso de conveccion 230 a traves del sobrecalentador 240 y despues hacia la turbina de vapor, y despues vuelve desde la turbina de vapor para pasar a traves de los bancos de tubos del recalentador 242 en el cerramiento de paso de conveccion. En algunas realizaciones, el cerramiento de paso de conveccion tambien esta formado por paredes de cerramiento hechas con tubos refrigerados con vapor o agua, que tambien pueden capturar la energfa. En tales realizaciones, el flujo de fluido en las pareces de cerramiento del cerramiento de paso de conveccion va en la misma direccion que el flujo de gas de escape (es decir, ambos fluyen hacia arriba). Generalmente, el cerramiento de calentador de corriente descendente se enfna con agua a cargas inferiores y se convierte en vapor refrigerado cerca de la salida a cargas mas elevadas, a la vez que el cerramiento de paso de conveccion se enfna con vapor.
El vapor supercntico y/o el vapor recalentado salen en uno o mas terminales de salida de vapor situados en la base 264 del cerramiento de paso de conveccion, que es parte del generador de vapor. El terminal de salida de vapor recalentado esta marcado con el numero de referencia 261, mientras que el terminal de salida de vapor supercntico esta marcado con el numero de referencia 262, y, o bien uno, o ambos de estos terminales de salida pueden estar presentes. El termino "base" se refiere en el presente documento a un tercio de la parte inferior de la altura del generador de vapor. Por ejemplo, si el generador de vapor tiene una altura de aproximadamente 18 metros (60 pies), entonces el/los terminal(es) de salida de vapor esta(n) a una altura de aproximadamente 6,1 metros (20 pies). Debena reconocerse que el cerramiento de calentador y el cerramiento de paso de conveccion pueden tener diferentes alturas.
En este sentido, los canales de vapor del vapor principal y de la canalizacion de recalentamiento en caliente necesarios para hacer funcionar un generador de vapor ultra-supercntico avanzado a 700 °C (1292 °F) son como cuatro (4) veces el coste del material por masa de los canales de vapor necesarios para hacer funcionar un generador de vapor a 600 °C (1112 °F). Puede ser ventajoso entonces utilizar el presente diseno para bajar el terminal de salida de vapor, en lugar de sufrir los costes de tal canalizacion.
Los bancos de tubos en el cerramiento de paso de conveccion debenan poder drenarse. Los depositos internos se dispersan generalmente a lo largo de hileras de tubos, de modo que no se concentran en las curvas inferiores de las secciones colgantes. En la conexion con las paredes del cerramiento, los sellos de expansion de agua o las juntas de expansion hermeticas al gas (no se muestran) estan presentes entre las paredes del cerramiento y los bancos de tubos.
Volviendo a la figura 2, la cuba de tolva 270 conecta de manera flexible el cerramiento de calentador 210 de corriente descendente con el cerramiento de paso de conveccion 230. La cuba de tolva es, de manera deseable, adiabatica. La cuba de tolva 270 incluye una o mas salidas de cenizas y desechos conectadas a la(s) transportadora(s) de cadena sumergida 274. Se contempla que las cenizas y desechos caen en la(s) transportadora(s) de cadena sumergida y se desechan. La transportadora de cadena puede ir en la misma direccion que el flujo de gas de escape, o puede ser transversal con respecto al flujo de gas de escape. Tal y como se ilustra en el presente documento, la transportadora de cadena va en la misma direccion.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
La figura 3 es una realizacion alternativa de la cuba de tolva 270, en la que las transportadoras de cadena son transversales con respecto al flujo de gas de escape 202. Dos transportadoras de cadena sumergida 474 son visibles en la cuba de tolva 270 bajo el cerramiento de calentador 210 de corriente descendente y el cerramiento de paso de conveccion 230. Tal y como se ve en esta figura, una diferencia es que la base 412 del cerramiento de calentador de corriente descendente y la base 432 del cerramiento de paso de conveccion estan inclinadas para guiar las cenizas/desechos hacia las transportadoras de cadena sumergida.
La figura 4 es otra realizacion de la cuba de tolva. En este caso, la cuba de tolva tambien esta formada a partir de paneles de tubo refrigerados con vapor o agua. Los paneles de tubo 500 que forman los lados de la cuba de tolva estan soportados por la parte inferior, mientras que el techo 502 de la cuba de tolva esta soportado por la parte superior, utilizando las paredes laterales de la cuba de tolva. Los sellos de cubeta de agua o sellos no metalicos 504 pueden crearse entre la cuba de tolva 270, el cerramiento de calentador 210 de corriente descendente y el cerramiento de paso de conveccion 230. La transportadora de cadena 274 se ilustra formando el cerramiento de la cuba de tolva.
Las figuras 5-7 son varias vistas que ilustran otra variacion posible sobre la estructura de la cuba de tolva 270. El cerramiento de calentador 210 de corriente descendente se encuentra a la izquierda, y el cerramiento de paso de conveccion 230 se encuentra a la derecha. La parte inferior de la cuba de tolva contiene dos transportadoras de cadena sumergida 474. La base 412 del cerramiento de calentador de corriente descendente esta inclinada para guiar las cenizas/desechos hacia las transportadoras. Ademas, una pared vertical 292 esta situada en la cuba de tolva entre las dos transportadoras. La base 294 de la pared vertical esta inclinada lateralmente en ambas direcciones para guiar las cenizas/desechos hacia las transportadoras. Hay arcos 296 presentes en el centro de la cuba de tolva y pueden utilizarse para soportar los paneles 502 de tubo superiores de la cuba de tolva. La pared vertical puede tener cualquier longitud deseada. Los sellos de cubeta de agua 504 entre la cuba de tolva, el cerramiento de calentador de corriente descendente y el cerramiento de paso de conveccion tambien son visibles. Se contempla que el nivel del suelo estana al nivel de los sellos de cubeta de agua. La cuba en sf puede estar hecha de hormigon, refractario y tierra. Los circuitos de tubos de refrigeracion por agua pueden colocarse en las paredes y/o arcos de la cuba.
Haciendo referencia espedfica a la figura 6, debena observarse que la base 294 de las paredes verticales esta inclinada para crear un embudo para las cenizas/desechos, teniendo la abertura 480 resultante una anchura 482 que es menor que la anchura 484 de la transportadora de cadena sumergida 486. La posicion de mantenimiento de la transportadora se representa en este punto 488. Se contempla que, tal y como sea necesario para el mantenimiento y otros fines, las transportadoras pueden apagarse.
Ya que el cerramiento de calentador y el cerramiento de paso de conveccion estan disenados para funcionar a un diferencial de temperatura elevado, la cuba de tolva 270 ha de ser capaz de llevar a cabo la trasferencia de gas de escape muy caliente. La cuba de tolva puede estar revestida de un material refractario 276, que es qmmica y ffsicamente estable a altas temperaturas. Entre los ejemplos de materiales refractarios adecuados se incluyen ladrillos refractarios que contienen oxido de aluminio, sflice u oxido de magnesio, o losetas de ceramica. Tales materiales pueden soportar temperaturas de 1538 °C (2800 °F) hasta 1649 °C (3000 °F). Tal y como se ilustra en el presente documento, la cuba de tolva tiene una anchura 282, ladrillos refractarios 276, situados en torno a toda la periferia de la cuba, un aislamiento 278 que rodea los ladrillos, y que tienen las dimensiones apropiadas. La parte superior de la cuba de tolva tiene una altura 284, y la parte inferior de la cuba de tolva tiene una altura 286. Presente en la parte inferior hay un sistema de transporte mecanico 280 (por ejemplo, una transportadora de cadena sumergida) que retira las cenizas de la cuba de tolva.
La figura 8 es una vista lateral de una realizacion del generador de vapor de torre invertida de corriente descendente y de la turbina de vapor. El cerramiento de calentador 1010 de corriente descendente se encuentra a la izquierda, y el cerramiento de paso de conveccion 1030 se encuentra a la derecha. La turbina de vapor 1100 esta a la derecha del todo. Las lmeas continuas 1122 representan los canales de vapor que llevan el vapor supercntico y/o el vapor recalentado hasta la turbina de vapor. Los rectangulos de puntos 1128 representan los recalentadores/sobrecalentadores. Los rectangulos 1156 representan los economizadores. El rectangulo 1134 representa un generador de vapor de baja presion separado para producir vapor auxiliar con fines de utilidad. La cuba de tolva 270 tambien se muestra en esta figura. De nuevo, la base 412 esta inclinada longitudinalmente para dirigir las cenizas/desechos hacia las transportadoras 474.
Las figuras 9-12 son varios dibujos que muestran otra realizacion de un generador de vapor. Esta realizacion contiene el cerramiento de calentador 1010 de corriente descendente, la cuba de tolva 1070 y el cerramiento de paso de conveccion 1030, y tambien contiene un paso bajo 1092 adicional.
La figura 9 es una vista en perspectiva del exterior del generador de vapor. El cerramiento de calentador 1010 de corriente descendente se encuentra a la izquierda del todo, y el cerramiento de paso de conveccion 1030 se encuentra en el centro. La cuba de tolva 1070 es la estructura triangular que vincula la base del cerramiento de paso de conveccion 1030 con la base del cerramiento de calentador 1010 de corriente descendente. El paso bajo 1092 es la estructura a la derecha del todo. El rectangulo en la parte inferior de la cuba de tolva representa la transportadora
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
de cadena 1074 que retira las cenizas/desechos. Las lmeas continuas 1122 representan la canalizacion de salida de vapor. Los drculos 1126 representan las aberturas de quemadores en la parte superior del cerramiento de calentador de corriente descendente. El numero de referencia 1120 es la estructura que conecta el cerramiento de paso de conveccion 1030 con el paso bajo 1092.
La figura 10 es una vista lateral (a lo largo de un eje imaginario "y") del generador de vapor y de la turbina de vapor. Los rectangulos de puntos 1128 representan los bancos de tubos horizontales que sirven como recalentadores/sobrecalentadores, y proporcionan los terminales de vapor de salida cerca de la base del generador de vapor/cerramiento de paso de conveccion. Las lmeas discontinuas 1122 representan los canales de vapor que llevan el vapor supercntico y/o el vapor recalentado hasta la turbina de vapor. La turbina de vapor 1100 esta contenida en un pabellon marcado con el numero de referencia 1130. Debena observarse que la turbina de vapor esta situada sobre la elevacion 1132 con respecto al generador de vapor.
La figura 11 es una vista delantera (a lo largo de un eje imaginario "x") del generador de vapor y de la turbina de vapor. El cerramiento de paso de conveccion 1030 no es totalmente visible en este punto, ya que esta detras del pabellon que contiene la turbina de vapor. El paso bajo 1092 adicional se ve en la derecha. De nuevo, los rectangulos de puntos 1128 representan los recalentadores/sobrecalentadores. Los rectangulos a rayas 1156 representan los bancos de tubos horizontales que sirven como economizadores. El rectangulo 1134 negro solido representa un generador de vapor de baja presion separado para producir vapor auxiliar con fines de utilidad, tales como para retirar el hollm. El uso de un refrigerante de temperatura inferior ayuda a reducir la temperatura del gas de escape y no utiliza un vapor de alta presion a alta temperatura superelevado para servicios de nivel inferior. El rectangulo a rayas 1136 representa un espacio en el que se instalan futuras superficies de calentamiento (por ejemplo, para modificaciones durante la vida util del generador de vapor). La turbina de vapor esta marcada con el numero de referencia 1100.
La figura 12 es una vista en planta (es decir, desde la parte superior) del generador de vapor 1000 y de la turbina de vapor 1100. Tal y como se ve en esta figura, las lmeas 1122 ilustran los canales de vapor que alimentan la turbina de vapor. Los canales de vapor discurren desde los terminales 1062 de salida de vapor sobre el cerramiento de paso de conveccion 1030 hasta multiples ubicaciones sobre la turbina de vapor.
La figura 13 es una vista lateral (a lo largo de un eje imaginario "x") de otra realizacion de un generador de vapor de torre modificada y de la turbina de vapor. Los rectangulos de puntos 1128 representan los recalentadores/sobrecalentadores. Los rectangulos a rayas 1156 representan los economizadores. El rectangulo 1134 negro solido representa un generador de vapor de baja presion separado para producir vapor auxiliar con fines de utilidad. El rectangulo a rayas 1136 representa las superficies de calentamiento futuras. El conducto de aire 1140 secundario que lleva desde el calentador de aire regenerativo 1142 tambien se muestra en esta figura. Las lmeas discontinuas 1122 son los canales de vapor que alimentan la turbina de vapor 1100 con vapor supercntico y/o vapor recalentado. Las lmeas continuas 1148 son los conductos de vapor recalentado de agua de alimentacion y fnos de los calentadores de agua de alimentacion y de la turbina de vapor.
La figura 14 es una vista en planta (es decir, desde la parte superior) que muestra detalles adicionales del generador de vapor de torre modificada. Las lmeas 1158 del medio representan la superficie de calentamiento de conveccion. Los dos drculos 1144 de la derecha representan los calentadores de aire regenerativos. Las nueve estructuras 1152 con forma hexagonal representan pulverizadores de carbon.
La figura 15 es una vista lateral (a lo largo de un eje imaginario "x") del generador de vapor de torre modificada que tiene una elevacion de base diferente en comparacion con la turbina de vapor 1100, lo que reduce la longitud del conducto de vapor. La estructura 1154 del centro representa el cerramiento de calentador. El cerramiento de paso de conveccion 1155 esta por encima del cerramiento de calentador. El rectangulo 1156 de la derecha representa el paso bajo adicional de corriente descendente del cerramiento de paso de conveccion. Las lmeas 1122 son los canales de vapor que alimentan la turbina de vapor 1100 con vapor supercntico y/o vapor recalentado. Las lmeas negras 1148 son los conductos de vapor recalentado de agua de alimentacion y fnos de los calentadores de agua de alimentacion y de la turbina de vapor. Debena observarse que las lmeas negras discurren desde la turbina de vapor hasta el cerramiento de paso de conveccion horizontal, que no es completamente visible aqrn. De nuevo, ha de observarse que la turbina de vapor esta situada sobre la elevacion 1132. La figura 16 es similar a la figura 15, exceptuando que la turbina de vapor 1100 esta situada a la misma elevacion 1133 que el generador de vapor.
Se observa que el cerramiento de paso de conveccion se representa en las diversas figuras teniendo una unica trayectoria de gas. Tambien se contempla que el cerramiento de paso de conveccion puede incluir trayectorias de gas paralelas, donde una trayectoria de gas puede utilizarse para controlar la temperatura del vapor utilizando la polarizacion del gas.
La figura 17 es una vista lateral que muestra otra realizacion del generador de vapor de torre invertida de corriente descendente. Esta realizacion tambien incluye un cerramiento de calentador 1010 de corriente descendente, un cerramiento de paso de conveccion 1030 y un cilindro de tolva 1070. Como antes, hay presente una salida de gas inferior en el extremo inferior del cerramiento de calentador de corriente descendente, y hay presente una entrada de
5
10
15
20
25
30
gas inferior en el extremo inferior del cerramiento de paso de conveccion. En este caso, la parte superior de la cuba de tolva esta formada por extremos inferiores del cerramiento de calentador 1010 de corriente descendente y del cerramiento de paso de conveccion 1030. La salida de gas inferior 1022 del cerramiento de calentador 1010 de corriente descendente incluye una boquilla que se extiende hacia fuera que reduce su diametro conforme se extiende desde las paredes 1016 de la cuba de escape para formar una garganta 1026. La entrada de gas inferior 1036 del cerramiento de paso de conveccion 1030 incluye una lumbrera 1038 orientada hacia dentro. Se contempla que la garganta 1026 de la salida de gas inferior se extienda hacia la lumbrera 1038 de la entrada de gas inferior para formar un pasaje a traves del que puede fluir el gas de escape (flecha 1002) desde el cerramiento de calentador de corriente descendente hacia el cerramiento de paso de conveccion. Debena observarse que las paredes (1016, 1035) de la cuba de escape y del cerramiento de paso de conveccion, respectivamente, no estan soldadas entre sr Sin embargo, las caras verticales planas de los dos cerramientos esta colocadas muy cerca entre sf y permiten el uso de conexiones de cierre rapido flexibles de sellado hermetico al gas. Ademas, puede utilizarse el arriostramiento (no se muestra) para controlar el movimiento relativo de los dos cerramientos que pueden producirse. El cerramiento de calentador 1010 de corriente descendente y el cerramiento de paso de conveccion 1030 incluyen una abertura en la parte inferior de la cuba de tolva, donde se situa la transportadora de cadena sumergida 274. Los diversos bancos (recalentamiento, sobrecalentamiento, economizador) del cerramiento de paso de conveccion 1030 no se ilustran en esta figura.
Por lo tanto, desde una perspectiva, se ha descrito un generador de vapor supercntico que incluye un cerramiento de calentador de corriente descendente, una cuba de tolva y un cerramiento de paso de conveccion, uniendo la cuba de tolva el cerramiento de calentador de corriente descendente y el cerramiento de paso de conveccion entre sf. El gas de escape desciende a traves del cerramiento de calentador de corriente descendente y a traves de la cuba de tolva y asciende a traves del cerramiento de paso de conveccion. Esta estructura permite que los terminales de vapor de salida, que proporcionan acceso al vapor supercntico resultante y/o al vapor de recalentamiento, se situen en la base del generador de vapor en lugar de en la parte superior del generador de vapor, como ocurre en las calderas convencionales. Esto reduce la longitud de los canales de vapor desde el generador de vapor hasta una turbina de vapor que produce electricidad utilizando el vapor supercntico.
La presente divulgacion se ha descrito haciendo referencia a las realizaciones de ejemplo. Obviamente, a los que lean y entiendan la descripcion detallada anterior, se les podran ocurrir modificaciones y alteraciones de la misma. Se pretende que se interprete que la presente divulgacion incluye todas tales modificaciones y alteraciones en la medida en que se incluyan en el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Un generador de vapor (200), que comprende:
    un cerramiento de calentador (210) de corriente descendente formado por paredes (216) hechas de tubos refrigerados con vapor o agua, y en el que las paredes del calentador definen un extremo superior (212) y una salida de gas inferior;
    un cerramiento de paso de conveccion (230) que incluye una entrada de gas inferior y bancos de tubos horizontales situados por encima de la entrada de gas inferior;
    una cuba de tolva (270) que conecta la salida de gas inferior del cerramiento de calentador de corriente descendente con la entrada de gas inferior del cerramiento de paso de conveccion, incluyendo la cuba de tolva al menos una transportadora de cadena sumergida (274) para retirar las cenizas y los desechos del cerramiento de calentador de corriente descendente y del cerramiento de paso de conveccion; un terminal de salida de vapor situado en la base del generador de vapor; y
    una caja de vientos (218) y quemadores (220) en el extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente para generar gas de escape.
  2. 2. El generador de vapor de la reivindicacion 1, en el que el extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente incluye una entrada de gas para recibir gas de escape desde un calentador asociado.
  3. 3. El generador de vapor de la reivindicacion 1 o 2, en el que el gas de escape que sale del cerramiento de paso de conveccion es recirculado hasta uno o mas del grupo que comprende: el extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente; una base del cerramiento de calentador de corriente descendente; y una base del cerramiento de paso de conveccion.
  4. 4. El generador de vapor de cualquier reivindicacion anterior, en el que el gas de escape que sale del cerramiento de paso de conveccion pasa a traves de uno o mas seleccionados del grupo que comprende: un calentador de aire regenerativo (1142); y un dispositivo de limpieza de partfculas; y despues es recirculado hasta el extremo superior del cerramiento de calentador de corriente descendente, hasta una base del cerramiento de calentador de corriente descendente, o hasta una base del cerramiento de paso de conveccion.
  5. 5. El generador de vapor de cualquier reivindicacion anterior, en el que la cuba de tolva esta revestida de un material refractario.
  6. 6. El generador de vapor de la reivindicacion 1, en el que la transportadora de cadena sumergida circula en una direccion con respecto al flujo de gas de escape, seleccionada la direccion del grupo que comprende: en la misma direccion que el flujo de gas de escape; y transversal con respecto al flujo de gas de escape.
  7. 7. El generador de vapor de cualquier reivindicacion anterior, en el que la cuba de tolva tambien esta formada a partir de paneles (500, 502) de tubo refrigerados con vapor o agua.
  8. 8. El generador de vapor de la reivindicacion 7, en el que los sellos de cubeta de agua (504) estan presentes entre el cerramiento de calentador de corriente descendente, la cuba de tolva, y el cerramiento de paso de conveccion.
  9. 9. El generador de vapor de cualquier reivindicacion anterior, en el que el fluido de los tubos del cerramiento de calentador de corriente descendente fluye contra corriente con respecto al flujo de gas de escape.
  10. 10. El generador de vapor de cualquier reivindicacion anterior, en el que el cerramiento de paso de conveccion esta formado con paredes de cerramiento hechas de tubos refrigerados con vapor o agua, en el que el fluido de refrigeracion de los tubos del cerramiento de paso de conveccion fluye en la misma direccion que el flujo de gas de escape.
  11. 11. El generador de vapor de cualquier reivindicacion anterior, en el que los bancos de tubos horizontales del cerramiento de paso de conveccion incluyen sobrecalentadores (240), recalentadores (242), y economizadores (244).
  12. 12. El generador de vapor de cualquier reivindicacion anterior, en el que el generador de vapor comprende ademas un cerramiento de paso horizontal superior conectado a un extremo superior del cerramiento de paso de conveccion y un paso bajo, conteniendo el paso horizontal superior y el paso bajo bancos de tubos adicionales.
  13. 13. El generador de vapor de cualquier reivindicacion anterior, en el que la cuba de tolva esta formada por una garganta que se extiende hacia fuera de la salida de gas inferior del cerramiento de calentador de corriente descendente que se extiende hacia una lumbrera de la entrada de gas inferior del cerramiento de paso de conveccion.
  14. 14. El generador de vapor de la reivindicacion 1, en el que la cuba de tolva incluye una primera transportadora de cadena sumergida (474) por debajo del cerramiento de calentador de corriente descendente, y una segunda transportadora de cadena sumergida (474) por debajo del cerramiento de paso de conveccion, orientadas la primera y segunda transportadoras de cadena sumergida transversalmente con respecto al flujo de gas de escape, una base
    5 (412) del cerramiento de calentador de corriente descendente inclinada para guiar las cenizas/desechos hacia la
    primera transportadora de cadena sumergida, y una base (432) del cerramiento de paso de conveccion inclinada para guiar las cenizas/desechos hacia la segunda transportadora de cadena sumergida.
  15. 15. El generador de vapor de la reivindicacion 1, en el que la transportadora de cadena sumergida esta orientada en 10 la misma direccion que el flujo de gas de escape, y pasa por debajo del cerramiento de calentador de corriente
    descendente y del cerramiento de paso de conveccion.
ES14187421.4T 2013-10-03 2014-10-02 Generador de vapor ultra-supercrítico avanzado Active ES2632435T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201314044900 2013-10-03
US14/044,900 US9874346B2 (en) 2013-10-03 2013-10-03 Advanced ultra supercritical steam generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2632435T3 true ES2632435T3 (es) 2017-09-13

Family

ID=51726337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES14187421.4T Active ES2632435T3 (es) 2013-10-03 2014-10-02 Generador de vapor ultra-supercrítico avanzado

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9874346B2 (es)
EP (1) EP2857746B1 (es)
CN (1) CN104515125B (es)
AU (1) AU2014213495B2 (es)
BR (1) BR102014021446A2 (es)
CA (1) CA2865665A1 (es)
CL (1) CL2014002508A1 (es)
ES (1) ES2632435T3 (es)
HU (1) HUE035813T2 (es)
NZ (1) NZ629103A (es)
PL (1) PL2857746T3 (es)
TW (1) TWI615542B (es)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109098798B (zh) * 2018-08-31 2020-12-22 江铃控股有限公司 多燃料热电转化装置
CN110332507A (zh) * 2019-07-31 2019-10-15 乐山市乐锅锅炉有限公司 全自动蒸汽发生器
CN111123704A (zh) * 2019-12-09 2020-05-08 国家能源集团泰州发电有限公司 一种二次再热机组再热汽温的节能型预测控制方法
CN112595756A (zh) * 2020-12-17 2021-04-02 山东建筑大学 一种钢拱结构热力耦合试验系统及工作方法
CN112682771B (zh) * 2020-12-28 2022-11-01 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种w型火焰二次再热超超临界锅炉及汽温调节方法
CN114110548B (zh) * 2021-10-29 2023-11-24 国能四川天明发电有限公司 一种蒸汽供应设备及其控制方法

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3040719A (en) * 1952-04-21 1962-06-26 Bailey Meter Co Vapor generating and superheating systems
US3161180A (en) * 1952-11-26 1964-12-15 Babcock & Wilcox Co Control systems
US2982266A (en) * 1955-03-10 1961-05-02 Babcock & Wilcox Co Binary fluid power plant and method of operating the same
NL287832A (es) * 1962-12-21
US3245385A (en) * 1963-08-07 1966-04-12 Babcock & Wilcox Co Forced flow vapor generating unit
US3192909A (en) * 1963-12-27 1965-07-06 Combustion Eng Use of gas recirculation for superheat temperature control
US3205870A (en) * 1964-03-17 1965-09-14 Babcock & Wilcox Co Control system for steam generators
US3324837A (en) * 1964-05-27 1967-06-13 Foster Wheeler Corp Multiple pass design for once-through steam generators
GB1114443A (en) * 1964-05-27 1968-05-22 Foster Wheeler Corp Multiple pass construction for once-through steam generators
DE1245392B (de) * 1964-05-28 1967-07-27 Escher Wyss Ag Strahlungs- und Konvektionserhitzer
US3580226A (en) * 1969-12-04 1971-05-25 Combustion Eng Steam generator using gas recirculation
US3665893A (en) * 1970-12-29 1972-05-30 Babcock & Wilcox Co Vapor generator tube arrangement
US3927627A (en) * 1974-11-29 1975-12-23 Foster Wheeler Energy Corp Steam generating system and method utilizing exhaust gas recirculation
US4398504A (en) * 1980-01-23 1983-08-16 Combustion Engineering, Inc. Steam generating heat exchanger
DE3147802A1 (de) * 1980-08-07 1983-06-16 Rudolf Dr. 6800 Mannheim Wieser "wasserrohrkessel"
CH656637A5 (de) * 1981-10-26 1986-07-15 Sulzer Ag Gaskuehler-anordnung zu kohlevergasungsanlage.
US4442795A (en) * 1982-04-26 1984-04-17 Electrodyne Research Corporation Recirculating fluidized bed combustion system for a steam generator
US4462341A (en) * 1983-01-07 1984-07-31 Strohmeyer Jr Charles Circulating fluidized bed combustion system for a steam generator with provision for staged firing
US4442797A (en) * 1983-01-24 1984-04-17 Electrodyne Research Corporation Gas and particle separation means for a steam generator circulating fluidized bed firing system
US4479355A (en) * 1983-02-25 1984-10-30 Exxon Research & Engineering Co. Power plant integrating coal-fired steam boiler with air turbine
US4494468A (en) * 1983-12-23 1985-01-22 Combustion Engineering, Inc. Steam generator with gas recirculation to the ash hopper region of the furnace
DE3542803C1 (es) * 1985-12-04 1987-01-29 L. & C. Steinmueller Gmbh, 5270 Gummersbach, De
US4709663A (en) * 1986-12-09 1987-12-01 Riley Stoker Corporation Flow control device for solid particulate material
US4709662A (en) * 1987-01-20 1987-12-01 Riley Stoker Corporation Fluidized bed heat generator and method of operation
US4745884A (en) * 1987-05-28 1988-05-24 Riley Stoker Corporation Fluidized bed steam generating system
US5237963A (en) * 1992-05-04 1993-08-24 Foster Wheeler Energy Corporation System and method for two-stage combustion in a fluidized bed reactor
US5343830A (en) * 1993-03-25 1994-09-06 The Babcock & Wilcox Company Circulating fluidized bed reactor with internal primary particle separation and return
KR19990071571A (ko) * 1995-12-01 1999-09-27 로버트 제이. 에드워즈 복수의 노 출구를 갖춘 순환유동상 반응로
DE19722305C1 (de) * 1997-05-28 1998-10-01 Forschungszentrum Juelich Gmbh Vorrichtung zur Kühlung und Durchmischung von Störfallatmosphären
US5967098A (en) * 1998-06-22 1999-10-19 Tanca; Michael C. Oil shale fluidized bed
US6325001B1 (en) * 2000-10-20 2001-12-04 Western Syncoal, Llc Process to improve boiler operation by supplemental firing with thermally beneficiated low rank coal
JP2002139202A (ja) * 2000-11-01 2002-05-17 Samson Co Ltd 蒸気ボイラの気液分離構造
EP1241323A1 (de) * 2001-03-15 2002-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage sowie Dampfkraftanlage
US20050070751A1 (en) * 2003-09-27 2005-03-31 Capote Jose A Method and apparatus for treating liquid waste
US7193123B2 (en) * 2004-05-21 2007-03-20 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Process and apparatus for cracking hydrocarbon feedstock containing resid to improve vapor yield from vapor/liquid separation
US8523963B2 (en) * 2004-10-12 2013-09-03 Great River Energy Apparatus for heat treatment of particulate materials
US7806090B2 (en) * 2008-01-28 2010-10-05 Mcburney Sr John Curtis Boiler apparatus for combusting processed agriculture residues (PAR) and method
CN201680378U (zh) * 2010-03-31 2010-12-22 华西能源工业股份有限公司 用于垃圾焚烧的循环流化床锅炉
CN102147105B (zh) * 2011-04-11 2012-11-21 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构
CN102425775A (zh) * 2011-12-06 2012-04-25 山西蓝天环保设备有限公司 燃烧器顶置u形火焰立式煤粉燃烧油田注气锅炉
WO2015124007A1 (zh) * 2014-02-19 2015-08-27 王森 多功能惯性重力分离器与多种炉型于一体的流化床锅炉

Also Published As

Publication number Publication date
US20150096507A1 (en) 2015-04-09
CN104515125B (zh) 2018-05-08
TWI615542B (zh) 2018-02-21
CL2014002508A1 (es) 2015-01-09
CN104515125A (zh) 2015-04-15
NZ629103A (en) 2016-06-24
AU2014213495A1 (en) 2015-04-23
CA2865665A1 (en) 2015-04-03
EP2857746A1 (en) 2015-04-08
EP2857746B1 (en) 2017-05-31
TW201529956A (zh) 2015-08-01
HUE035813T2 (en) 2018-05-28
US9874346B2 (en) 2018-01-23
BR102014021446A2 (pt) 2015-09-22
PL2857746T3 (pl) 2017-12-29
AU2014213495B2 (en) 2018-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2632435T3 (es) Generador de vapor ultra-supercrítico avanzado
ES2625929T3 (es) Refrigerador de gas de síntesis radiante
ES2284919T3 (es) Generador de vapor de lecho fluidizado circulante con combustion de oxigeno.
US8511258B2 (en) Coal boiler and coal boiler combustion method
ES2616037T3 (es) Depósito economizador de paso dividido con calentador de aire de serpentín de agua integrado y desviación de agua de alimentación
ES2789002T3 (es) Conducto de escape y caldera
US8281752B2 (en) Package boiler having steam generating units in tandem
JP6056371B2 (ja) ボイラシステム
ES2429872T3 (es) Generador de vapor continuo con combustión atmosférica en lecho fluidizado circulante
ES2307493T3 (es) Generador de vapor calefaccionado con combustibles fosil.
ES2222900T3 (es) Generador de vapor continuo quemado con combustible fosil.
RU2669091C1 (ru) Котел с циркулирующим кипящим слоем и способ монтажа котла с циркулирующим кипящим слоем
BRPI1101749A2 (pt) caldeira para produzir e recuperar energia térmica
AU2006293599C1 (en) Water tube boiler
CN205535709U (zh) 一种烟道余热利用系统
CN201858631U (zh) 含腐蚀性物质可燃气体燃烧锅炉
ES2377582T3 (es) Procedimiento para la regulación de la temperatura de gas de combustión
TWI789359B (zh) 切線方向點火鍋爐及操作切線方向點火鍋爐的方法
CN220669427U (zh) 立式方炉膛蒸汽发生装置
CN102384460A (zh) 一种立式烟管余热锅炉
CN101988696A (zh) 黄磷尾气燃烧锅炉
JP2023552273A (ja) 循環流動床ボイラ
CN101988695B (zh) 含腐蚀性物质可燃气体燃烧锅炉
CN203572008U (zh) 锅炉
JP2010071597A (ja) ボイラ装置