ES2692406T3 - Calentador secundario de agua de alimentación - Google Patents

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ES2692406T3 ES16397534.5T ES16397534T ES2692406T3 ES 2692406 T3 ES2692406 T3 ES 2692406T3 ES 16397534 T ES16397534 T ES 16397534T ES 2692406 T3 ES2692406 T3 ES 2692406T3
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Jarmo MANSIKKASALO
Kari Haaga
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Abstract

Una planta (900) de producción de energía que comprende - una disposición de una turbina (410, 420) de vapor y un generador (415, 425) para producir energía eléctrica utilizando vapor. - una caldera (100) que tiene - un horno (105). - un ducto (110) de gases de combustión para vehicular gases de combustión del horno (105). - un recipiente (250). - tubería de recalentador (260, 270) para recalentar vapor y transportar vapor desde el recipiente (250) a turbina (410) de vapor. - tuberías (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentación para alimentar agua y/o vapor al recipiente (250). - un último economizador (210) que está en la dirección del flujo de agua de alimentación en las tuberías (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentación el último economizador (210) que forma una parte de la tubería de agua de alimentación, y está dispuesto en una ubicación tal que ningún otro economizador está dispuesto en la dirección del flujo de agua de alimentación entre el último economizador (210) y el recipiente (250) en la tubería de agua de alimentación. - un calentador (310) secundario - configurado para calentar agua y/o vapor que circula en las tuberías (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentación utilizando vapor de calentamiento y - dispuesto, en la dirección del flujo del agua de alimentación en las tuberías (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentación y a lo largo de la tubería de agua de alimentación (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332), aguas arriba del recipiente (250) y aguas abajo del último economizador (210) y - una tubería (610, 610a, 610b, 610c) para transportar el vapor de calentamiento al calentador (310) secundario, en el que - la tubería (610, 610a, 610b, 610c) está configurada para transportar el vapor de calentamiento al calentador (310) secundario desde al menos uno de - una ubicación de la tubería del recalentador (260, 270), estando dispuesta la ubicación, en la dirección del flujo del vapor en la tubería del recalentador, aguas debajo de al menos una fase de la turbina (410) de vapor, - la turbina (410) de vapor, y - una red de vapor configurada para recibir vapor de otra caldera.

Description

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DESCRIPCION
Calentador secundario de agua de alimentacion Campo tecnico
La invencion se refiere a centrales de produccion de energfa. La invencion se refiere a calderas. La invencion se refiere a la produccion de electricidad quemando algo de combustible. Algunas realizaciones de la invencion se refieren a calderas de recuperacion. Algunas realizaciones de la invencion se refieren a la utilizacion de licor negro.
Antecedentes
Las plantas de produccion de energfa se utilizan para producir electricidad. A veces, las plantas de produccion de energfa se utilizan ademas para producir calor. Frecuentemente una planta de produccion de energfa comprende una caldera que tiene un horno. Al quemar combustible en el horno, el agua puede hervir para producir vapor. El vapor se puede usar para producir energfa mecanica, que se convierte en electricidad. Ademas, se puede utilizar parte del calor, por ejemplo, para calefaccion urbana, secado, limpieza u otros fines, por lo tanto la energfa termica (calor del vapor / agua, que incluye el calor latente del vapor) y / o la energfa (presion) mecanica se pueden usar como tales.
El uso efectivo de recursos, en particular el combustible, requiere que la eficiencia energetica de la planta de produccion de energfa sea alta. La eficiencia energetica esta relacionada con al menos dos cosas. Primera, cuanta electricidad se puede producir por unidad de combustible. Segunda, como de baja es la temperatura de los gases de combustion que salen del proceso. Comunmente, la temperatura de los gases de combustion se reduce a un nivel suficientemente bajo mediante la aplicacion en cantidad suficiente de superficies de transferencia de calor en la caldera.
Se conoce una caldera a traves del documento US 2006/0236696. Tal caldera comprende un horno para quemar licor gastado para producir gases de combustion, un sistema de circulacion de agua / vapor que tiene recalentadores y una turbina de vapor. El sistema de circulacion esta conectado a la turbina de vapor que comprende una parte de alta presion. El sistema de circulacion de agua / vapor de la caldera de recuperacion esta provisto de un recalentador para recalentear el vapor de la parte de alta presion de la turbina. Se conoce una caldera de dos niveles de presion a traves del documento US 2009/0241860. La caldera comprende dos hornos que operan a diferentes temperaturas. Se conoce una caldera que tiene un pre-economizador para calentar agua de alimentacion a traves del documento EP 2434051.
Resumen
El objetivo de la presente invencion es aumentar la eficiencia de una planta de produccion de energfa, en la que se utiliza una caldera para producir vapor y se utiliza una turbina de vapor para producir energfa mecanica mediante el uso de vapor. Una planta de produccion de energfa de acuerdo con una realizacion de la invencion esta configurada para producir mas vapor que una planta de produccion de energfa convencional que usa la misma cantidad de combustible. De esta manera, tambien se puede aumentar la cantidad de electricidad por combustible usado.
De acuerdo con diversas realizaciones, se dispone un calentador secundario en conexion con la caldera. El calentador secundario es un intercambiador de calor que esta configurado para calentar agua de alimentacion mediante el uso de vapor de calefaccion. Preferiblemente, el vapor de calentamiento para el calentador secundario esta recalentado. El vapor de calentamiento se puede conducir al calentador secundario a partir de la turbina de vapor. Como alternativa o ademas, el vapor de calentamiento puede ser transportado desde la tubena del recalentador despues de una fase de una turbina de vapor. Como alternativa o ademas, el vapor de calentamiento puede ser transportado desde una red de vapor configurada para recibir vapor de otra caldera. El calentador secundario esta dispuesto, en la direccion del flujo de agua de alimentacion, despues del ultimo economizador y antes del deposito, es decir, entre el ultimo economizador y el deposito y como una parte de la tubena de agua de alimentacion.
La invencion se describe en terminos mas precisos en la reivindicacion 1 independiente. Las formas de realizacion preferidas se describen en las reivindicaciones dependientes. Los metodos para operar la planta de produccion de energfa se describen en las reivindicaciones de utilizacion.
Breve descripcion de los dibujos
las figuras 1a y 1b muestran implantaciones esquematicos de una planta de produccion de energfa de acuerdo con dos realizaciones de la invencion, que incluyen las circulaciones de agua de alimentacion y vapor; y el flujo de gases de combustion, asf como el aire y las alimentaciones de combustible,
la figura 2 muestra una vista principal de una planta de produccion de energfa segun una realizacion de la invencion, la figura 3 muestra en detalle un calentador secundario, y
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las figuras 4a, 4b y 5 a 8 muestran vistas principales de plantas de produccion de ene^a de acuerdo con las realizaciones de la invencio.
Descripcion detallada
En esta descripcion, la presion viene dada en unidades de bar(a), que significa presion absoluta en bares, a menos que se indique una presion diferente. En esta descripcion los terminos aguas arriba y aguas abajo, asf como despues, antes y entre se refiere a las direcciones de algun flujo de algun medio en la planta de produccion de energfa cuando la planta de produccion de energfa esta en servicio.
En esta descripcion, la expresion una cosa para un proposito debe ser entendida para describir (a) lo que ha sido explfcitamente descrito, (b) una realizacion, en la que la cosa es adecuada para el proposito y (c) una realizacion, en la que la cosa esta configurada para realizar el proposito.
Las realizaciones de la invencion se tratan en dicho contexto, en el que la planta de produccion de energfa comprende una caldera de recuperacion es decir una caldera de recuperacion de sosa caustica. Una caldera de recuperacion es parte de un proceso de despulpado en el que el licor negro se quema para recuperar productos qmmicos inorganicos para reutilizar en el proceso de despulpado. Ademas, se genera calor, y el calor se utiliza tfpicamente tambien para producir electricidad. Aparentemente, las realizaciones de la invencion se pueden utilizar tambien con otros tipos de calderas que tienen un horno configurado para quemar u oxidar algun combustible.
Debido a que una caldera de recuperacion es parte de un proceso Kraft de despulpado, el calor producido por la caldera generalmente no puede ser utilizado para calefaccion urbana, porque las fabricas de despulpado estan ffsicamente ubicadas suficientemente lejos de los habitantes. Como la invencion tiene como objetivo principal aumentar la cantidad de electricidad producida a partir de la misma cantidad de combustible, las realizaciones son particularmente adecuadas para calderas de recuperacion. Sin embargo, las realizaciones tambien pueden usarse en conexion con otros tipos de calderas.
En las realizaciones, se utiliza una turbina de vapor para producir energfa mecanica, en particular energfa de rotacion, utilizando la energfa (calor y presion) del vapor. En la tecnica, se conocen diferentes tipos de turbinas de vapor, incluidas las turbinas de condensacion, turbinas de contrapresion y turbinas de recalentamiento.
Las turbinas de condensacion se encuentran mas comunmente en las plantas de produccion de energfa electrica. Estas turbinas reciben vapor de una caldera y exhaustan a un condensador. El vapor exhaustado esta a una presion muy por debajo de la atmosferica y se encuentra en un estado parcialmente condensado, tfpicamente de una calidad del vapor cercana al 90%. El termino calidad del vapor se refiere a la cantidad proporcional (fraccion en masa) de vapor en la cantidad total de la mezcla de vapor saturado/agua.
Las turbinas sin condensacion, es decir, con contrapresion, se utilizan mas comunmente para aplicaciones de vapor de proceso. La presion de exhaustacion es controlada por medio de una valvula de regulacion para adaptarse a las necesidades de la presion del vapor del proceso. Estas se encuentran comunmente en refinenas, unidades de calefaccion urbana, plantas de celulosa y papel y plantas de desalinizacion en las que se necesitan grandes cantidades de vapor de proceso de baja presion. La presion del vapor que sale de la turbina de vapor es tfpicamente de al menos 5 bar (a).
Las turbinas de recalentamiento se utilizan mas comunmente en plantas de produccion de energfa electrica. En una turbina de recalentamiento, el flujo de vapor sale de una seccion de alta presion de la turbina y se devuelve a la caldera en donde se le anade un recalentamiento adicional. El vapor vuelve entonces a una seccion de presion intermedia de la turbina y continua su expansion. Utilizar recalentamiento en un ciclo aumenta la produccion de trabajo de la turbina y tambien la expansion alcanza su finalizacion antes de que el vapor se condense, minimizando por lo tanto la erosion de los alabes de las ultimas filas. En la mayona de los casos, el maximo numero de recalentamientos empleados en un ciclo es dos ya que el coste de recalentar el vapor desaconseja el incremento de salida de potencia de la turbina.
Las plantas de produccion de energfa de las realizaciones de la invencion pueden comprender una turbina de vapor de contrapresion o una turbina de vapor de condensacion. Sin embargo, se ha constatado que una planta de produccion de energfa que tiene una turbina de vapor de contrapresion para alimentar un generador de electricidad se beneficia mas de un calentador secundario que de una turbina de condensacion. Esto se debe a la cantidad reducida de vapor para la turbina despues de dejar salir un poco de vapor de calefaccion para un calentador secundario. Asf, mas preferiblemente, las plantas de produccion de energfa comprenden una turbina de vapor de contrapresion.
La turbina de vapor de contrapresion esta configurada para emitir solamente un vapor tal que tiene una presion de al menos 5 bar (a). La turbina de vapor de contrapresion tambien puede configurarse para emitir vapor de media o alta presion, como vapor de calentamiento para ser utilizado para calentar agua de alimentacion en un calentador secundario y opcionalmente tambien en un calentador intermedio y / o precalentador. Con referencia a la figura 1a, en el caso en que se utilice una turbina 410 de recalentamiento de vapor, la turbina 410 de recalentamiento de vapor es, por definicion, una turbina de contrapresion puesto que el vapor es expulsado y transportado a un recalentador
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270 a un nivel razonablemente alto de presion. Cuando una turbina 410 de vapor comprende al menos dos salidas para vapor a dos presiones diferentes, la turbina de vapor se considera que comprende al menos dos fases. El vapor se puede transportar al calentador secundario 310, por ejemplo, desde una salida (ver tubenas 610, 610a), o despues de haber sido transportado dentro de la tubena del recalentador, desde la ubicacion de la tubena 260, 270 del recalentador, que esta dispuesta, en la direccion del flujo de vapor en la tubena del recalentador y a lo largo de tubena del recalentador, aguas debajo de al menos una fase de la turbina de vapor (ver las tubenas 610, 610b).
Con referencia a la figura 1a, una planta 900 de produccion de energfa comprende una turbina 410 de vapor, tal como una turbina 410 de vapor de contrapresion, para producir energfa mecanica de rotacion, como un par que actua sobre un eje de rotacion, utilizando vapor. La turbina 410 de vapor esta conectada a un generador 415 configurado para generar electricidad a partir de la energfa mecanica. Como se indica en la figura 1a, la planta 900 de produccion de energfa puede comprender tambien otra turbina 420 de vapor y otro generador 425. Como se indico anteriormente, el recalentamiento se puede aplicar incluso si solo se utiliza una turbina de vapor. A partir de la ultima turbina 420 de vapor, cierta cantidad de vapor de baja presion se transporta para su uso, por ejemplo, en el secado o la limpieza, y otra cantidad de vapor, opcionalmente despues de dicha utilizacion, se puede condensar y recircular al tanque 200 de agua de alimentacion. El agua de alimentacion se alimenta a una tubena de agua de alimentacion, que incluye los economizadores 220, 210, desde un tanque 200 de agua de alimentacion. La tubena de agua de alimentacion y el flujo de agua de alimentacion se indican en la figura mediante lmeas, y la direccion del flujo de agua se indica mediante las flechas. Se indican tambien las tubenas del recalentador y el flujo de vapor en la figura por las lmeas, y la direccion del flujo del vapor esta indicada por las flechas.
La planta 900 de produccion de energfa comprende ademas una caldera 100, tal como una caldera de recuperacion. Las paredes de la caldera 100 limitan un horno 105 y un conducto 110 de gases de combustion para conducir los gases de combustion fuera del horno 105. Como es sabido, el calor se recupera de los gases de combustion mediante intercambiadores de calor, tales como los recalentadores (260, 270), economizadores (210, 220) y una circulacion 290 en ebullicion. La circulacion 290 en ebullicion puede comprender, por ejemplo, tubenas de transferencia de calor incrustadas en las paredes de la caldera 100. Ademas o alternativamente, la circulacion 290 en ebullicion puede comprender una pantalla de agua (no mostrada) dispuesta en el horno. Ademas o alternativamente, la circulacion 290 en ebullicion puede comprender un banco de calderas dispuesto en el horno. Tfpicamente, la circulacion 290 en ebullicion, incluye bajantes para transportar agua a otras partes de la circulacion 290 en ebullicion.
El agua a calentar y a hervir se denomina comunmente agua de alimentacion. El agua de alimentacion se alimenta a la caldera 100 desde el tanque 200 de agua de alimentacion. El agua de alimentacion corre a traves de la tubena de agua de alimentacion que incluye los economizadores 210, 220 (o un economizador 210) hacia un recipiente 250. El agua del recipiente se hace circular a traves de la circulacion 290 de ebullicion, por lo que el agua hierve, y el vapor producido se transporta de vuelta hacia el recipiente 250. Como se indico anteriormente, en funcionamiento, el recipiente 250 contiene tanto agua lfquida como vapor. Desde el recipiente, el vapor se conduce a traves de un
recalentador 260 hasta una primera turbina 410 de vapor, despues de lo cual el vapor se recalienta en el segundo
recalentador 270 y se transporta a una segunda turbina 420 de vapor. Como se indica en la figura 5, tambien es posible que tenga solamente una turbina 410 de vapor. Como se indica en la figura 5, tambien es posible tener
unicamente un recalentador 260. Como se india en la figura 5, tambien es posible tener unicamente un
economizador 210.
Un economizador (210, 220, 230) es un intercambiador de calor configurado para calentar agua de alimentacion mediante intercambio de calor con los gases de la combustion. En particular, en el economizador, el agua de alimentacion esta en forma lfquida. Como es sabido, la transferencia de calor desde una superficie de transferencia de calor caliente a un lfquido (por ejemplo agua de alimentacion) es mucho mas eficiente, por ejemplo en terminos de resistencia termica, que a un gas (por ejemplo vapor). Esto da como resultado que, en funcionamiento la caldera 100, los materiales del economizador, en particular las superficies de transferencia de calor de los mismos, tienen mucho mas baja temperatura que si el vapor se calentara en el mismo. En consecuencia, los materiales de los economizadores estan disenados para soportar solo una temperatura relativamente baja (en relacion, por ejemplo, a los recalentadores), porque los materiales son mas baratos que, por ejemplo, los materiales adecuados para los recalentadores. Por lo tanto, en funcionamiento, la caldera 100 se conduce de tal manera que el agua de alimentacion no hierve en los economizadores 210, 220, 230, en particular el ultimo economizador 210. La ebullicion reducina la transferencia de calor desde el economizador hasta el medio de transferencia de calor de los economizadores, y correlacionana incrementar la temperatura del economizador por encima del lfmite de diseno. Esto podna llevar a la rotura del economizador, lo que causana una explosion, ya que la presion del agua de alimentacion circulando por el economizador sena alta.
A traves de los economizadores 210, 220 (y opcionalmente tambien 230 y 240, ver figuras 6 y 8), el agua de alimentacion se alimenta al recipiente 250. El agua de alimentacion se alimenta desde un tanque 200 de agua de alimentacion. Tfpicamente el agua de alimentacion se alimenta utilizando al menos una bomba 202 de agua de alimentacion. La presion en el tanque 200 de agua de alimentacion puede ser, por ejemplo, de 4 bar (a) a 6 bar (a). La bomba 202 de agua de alimentacion esta configurada para aumentar la presion del agua de alimentacion a un nivel tal que el agua pueda alimentar el recipiente 250. Tfpicamente un nivel suficiente es mayor que la presion en el recipiente 250. El agua de alimentacion se transporta desde el tanque 200 hasta el recipiente 250 a traves de la
tubena de agua de alimentacion que incluye los economizadores 210, 220, 230, 240 y los diversos calentadores 310, 320, 330, 322, 332. Por lo tanto el termino “tubena de agua de alimentacion” se considera que incluye solamente las tubenas que estan, en la direccion del flujo del agua de alimentacion, entre el tanque 200 de agua de alimentacion y el recipiente 250. Por lo tanto, en funcionamiento, el agua de alimentacion esta configurada para fluir 5 desde el tanque 200 de agua de alimentacion y el recipiente 250 a traves de la tubena de agua de alimentacion. Por el contrario, tales elementos (si los hay) de tubena a traves de los cuales el vapor y / o el condensado esta, en funcionamiento, configurado para fluir desde el recipiente 250 al tanque 200 de agua de alimentacion no forman parte de la tubena de agua de alimentacion.
Como se indico anteriormente, en el recipiente 250, la temperatura y la presion corresponden a una temperatura de 10 saturacion y presion de agua, porque el agua se hierve en el circuito 290. Ejemplos de presiones en el recipiente 250 incluyen 90 bar(a), 100 bar(a), 110 bar(a), 120 bar(a), 130 bar(a), 140 bar(a) y 150 bar(a). Sin embargo, la presion puede ser significativamente menos, tal como 40 bar(a), dependiendo del diseno. Ademas, como se indico anteriormente, en los economizadores 210, 220, la temperatura debe ser algo mas baja que la temperatura de saturacion correspondiente para evitar la ebullicion. Por lo tanto, la circulacion 290 de ebullicion no solamente hierve 15 el agua, sino que tambien calienta el agua hasta el punto de ebullicion. Se ha notado que la cantidad de electricidad disponible en el generador 415 se puede aumentar mediante el incremento de la temperatura del agua de alimentacion que entra en el recipiente 250. Esto puede ser, al menos en parte, debido al aumento de la cantidad de vapor producido. Sin embargo, por razones de seguridad, debe de haber una diferencia de temperatura razonable entre la temperatura del agua de alimentacion en el ultimo economizador 210 y la temperatura del agua / vapor en el 20 recipiente 250. El problema de hervir el agua de alimentacion ya en los economizadores se encuentra facilmente en situaciones, donde se utiliza un calentador intermedio (320, 322) y / o un precalentador (330, 332) (ver, por ejemplo, las figuras 1a y 2).
En cuanto al termino “ultimo economizador”, los ultimos economizadores 210 se refieren a un intercambiador de calor
25 - del cual al menos una parte, tal como la superficie 212, 214 de transferencia de calor, se dispone en el ducto 110
de gas de combustion,
- que esta configurado para calentar agua de alimentacion de la tubena de agua de alimentacion intercambiando calor con gases de combustion,
- que esta dispuesto, en la direccion del flujo de agua de alimentacion (estando el flujo dentro de la superficie de 30 transferencia de calor, por ejemplo tubena) aguas arriba del recipiente 250 y
- que esta dispuesto en una ubicacion tal que ningun otro economizador (por ejemplo 220, 230) esta dispuesto en la direccion del flujo de agua de alimentacion entre el ultimo economizador 210 y el recipiente 250 en la tubena de agua de alimentacion.
En cuanto al termino “otro economizador” (220, 230) en el ultimo punto, el otro economizador 220 se refiere a un 35 intercambiador
- de los cuales al menos una parte, tal como una superficie 222 de transferencia de calor, esta dispuesta en el ducto 110 de gas de combustion y
- que esta configurado para calentar el agua de alimentacion de las tubenas de agua de alimentacion intercambiando calor con gases de combustion.
40 Un economizador comprende tfpicamente multiples tubos de transferencia de calor. Los tubos de transferencia de calor tfpicamente comprenden al menos partes rectas, como se muestra en las figuras 1a y 1b. Las partes rectas estan tfpicamente orientadas paralelas entre sf Para transferir el calor de los gases de combustion al agua de alimentacion a traves de los tubos de transferencia de calor, los gases de combustion estan, en funcionamiento, configurados para fluir entre los tubos de transferencia de calor.
45 La figura 1a muestra una realizacion con dos economizadores 210, 220 dispuestos en un ducto 110 de gases de combustion. Dentro del ducto de gases de combustion, los gases de combustion, en funcionamiento, fluyen entre las superficies de transferencia de calor del ultimo economizador 210 hacia abajo. Ademas, dentro del ducto de gases de combustion, en funcionamiento, fluyen entre las superficies de transferencia de calor del otro economizador 220 hacia abajo. Ademas, un paso 110a de gases de combustion esta dispuesto horizontalmente entre los 50 economizadores 210, 220 para transportar los gases de combustion desde el fondo del ultimo economizador 210 hasta la parte superior del otro economizador 220. Los gases de combustion pueden salir del ducto 110 de gases de combustion desde abajo, o pueden continuar fluyendo en el ducto hacia otros componentes, tales como un dispositivo 510 de limpieza y/o un enfriador 520 de gases de combustion.
Con referencia a la figura 1a, el ultimo economizador 210 se puede disponer en una direccion longitudinal relativa a 55 la direccion promedio del flujo de gases de combustion entre los tubos de transferencia de calor del ultimo economizador 210. En general, la direccion del flujo de gases de combustion es vertical. Por lo tanto, el ultimo
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economizador 210 puede comprender tubos de transferencia de calor, cuyas partes rectas estan orientadas en una direccion sustancialmente vertical. Esta orientacion es beneficiosa, en particular para el ultimo economizador 210, porque esta orientacion reduce la acumulacion de suciedad sobre las superficies de transferencia de calor del ultimo economizador 210. Una direccion sustancialmente vertical puede formar un angulo de como maximo 30 o a lo sumo 10 grados con la direccion vertical. En esta realizacion, el ultimo economizador 210 comprende tubos de transferencia de calor que tienen partes rectas que estan orientadas en paralelo entre sf Ademas, la direccion longitudinal de las partes rectas forma un angulo de como maximo 30 grados o a lo sumo 10 grados con la direccion promedio del flujo de gases de combustion entre dichos tubos de transferencia de calor del ultimo economizador 210.
Con referencia a la figura 1b, el ultimo economizador 210 puede estar dispuesto en una direccion transversal relativa a la direccion promedio del flujo de gases de combustion entre los tubos de transferencia de calor del ultimo economizador. En general, la direccion del flujo de gases de combustion es vertical. Por lo tanto, el ultimo economizador 210 puede comprender tubos de transferencia de calor, cuyas partes rectas estan orientadas en una direccion sustancialmente horizontal. Una direccion sustancialmente horizontal puede formar un angulo de como maximo 30 grados o a lo sumo 10 grados con una direccion horizontal. Esta orientacion puede ser beneficiosa en otros economizadores, en particular en el post economizador 240 (ver figuras 7 y 8), ya que tal orientacion puede incrementar el coeficiente de transferencia de calor entre los gases de combustion y los tubos de transferencia de calor. Ademas, en el post economizador 240 los gases de combustion puede haber sido lavados, por ejemplo, con un limpiador 510, tal como un precipitador 510 electrostatico. En la realizacion de la figura 1b, el ultimo economizador 210 comprende tubos de transferencia de calor que tienen partes rectas y partes curvadas de tal manera que las partes rectas estan orientadas paralelas entre sf Ademas, la direccion longitudinal de las partes rectas forma un angulo de al menos 60 grados o al menos 80 grados con la direccion promedio de los gases de combustion entre los citados tubos de transferencia de calor del ultimo economizador 210.
Como se indico anteriormente, el ultimo economizador 210 comprende una superficie 212 de transferencia de calor, es decir, una ultima superficie 212 de transferencia de calor del ultimo economizador 210, en el ducto 110 de los gases de combustion, siendo la ultima superficie 212 de transferencia de calor, en la direccion del flujo de agua de alimentacion, la ultima superficie de transferencia de calor que esta configurada para calentar agua de alimentacion de la tubena de agua de alimentacion mediante intercambio de calor con los gases de combustion.
Como se indica en las figuras, el ultimo economizador 210 tambien es tfpicamente, en la direccion del flujo de los gases de combustion, el primer economizador. Esto es, el termino “ultimo economizador”, puede referirse tambien a un intercambiador de calor que comprende una superficie 214 de transferencia de calor, es decir, una primera superficie 214 de transferencia de calor del ultimo economizador 210, en el ducto 110 de gases de combustion, siendo la primera superficie 214 de transferencia de calor, en la direccion del flujo de gases de combustion (estando el flujo fuera de la superficie de transferencia de calor, por ejemplo, tubena) la citada primera superficie de transferencia de calor que esta configurada para calentar agua de alimentacion de la tubena de agua de alimentacion mediante intercambio de calor con los gases de combustion. En otras palabras, el ultimo economizador 210 puede referirse a un economizador,
- que es el unico economizador o
- de los cuales, una superficie de transferencia de calor esta dispuesta en el ducto 110 de los gases de combustion, en la direccion del flujo de los gases de combustion (estando el flujo fuera de la superficie de transferencia de calor, por ejemplo, tubena), aguas arriba de todos los otros economizadores.
En cuanto al termino “otros economizadores”, ver arriba. Como es evidente, si la planta de produccion de energfa comprende solamente un economizador, el unico economizador es tambien el primer economizador en el ducto de gases de combustion, en la direccion del flujo de los gases de combustion. En cuanto a la ultima y primera superficies 212, 214 de transferencia de calor del ultimo economizador 210, pueden tener la misma superficie.
El ultimo economizador 210 que comprende la ultima superficie 212 de transferencia de calor asegura que el calentador secundario trabaja de forma apropiada. El ultimo economizador 210 que comprende la primera superficie 214 de transferencia de calor asegura que todos los economizadores 210, 220, 230 recuperan calor de los gases de combustion eficientemente.
Con referencia a las figuras 1a, 1b, 2 y 3 para incrementar la temperatura del agua de alimentacion que entra en el recipiente 250 (para razones, ver arriba), se dispone un calentador 310 secundario (es decir, un post calentador 310 para abreviar), en la direccion del flujo del agua de alimentacion (y a lo largo de la tubena de agua de alimentacion), despues (es decir, aguas debajo de) el ultimo economizador 210 y antes (es decir, aguas abajo de) el recipiente 250.
Con referencia a la figura 3, el calentador 310 secundario es un intercambiador de calor que esta configurado para calentar el agua de alimentacion mediante la utilizacion de vapor de calentamiento. Preferiblemente, el calentador 310 secundario esta configurado para usar vapor de calentamiento sobrecalentado. Preferiblemente, el calentador 310 secundario esta configurado para usar vapor de calentamiento cuya temperatura es de al menos 350°C. Por lo tanto, en una realizacion, la temperatura del vapor en al menos alguna ubicacion dentro de la tubena 610, 610a,
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610b, 610c, tal como en la salida 412, es, en funcionamiento, al menos de 350°C.
El calentador 310 secundario comprende una tubena 312 de intercambiador de calor, en la que el agua de alimentacion esta configurada para circular. El calentador 310 secundario comprende ademas una carcasa 314 de tal manera que el vapor de calentamiento esta configurado para circular entre la carcasa y la tubena del intercambiador de calor. En la alternativa, el vapor de calentamiento podna circular a traves de los tubos 312, y el agua de alimentacion podna circular entre la carcasa 314 y los tubos 312. Los materiales para las partes del calentador 310 secundario estan seleccionados de tal manera que resistan la temperatura y la presion de diseno en funcionamiento. En particular, en dicha realizacion, en la que el vapor de calentamiento esta configurado para circular entre la carcasa y la tubena del intercambiador de calor (ver arriba), el material de la carcasa 314 esta seleccionado de tal manera que la carcasa 314 esta configurada para resistir vapor que tiene una presion de al menos 40 bar(a) y la temperatura de al menos 250°C. Sin embargo, en un diseno alternativo, pueden ser necesarios materiales mas resistentes. Por lo tanto, en una realizacion la carcasa 314 esta configurada para resistir vapor que tiene una presion de al menos 60 bar(a) y la temperatura de al menos 500°C ( es decir, los materiales se seleccionan y la estructura se disena en consecuencia).
Con referencia a la figura 1a, una tubena 610 esta configurada para transportar vapor de calentamiento al calentador 310 secundario. La planta 900 de produccion de energfa puede comprender una tubena 610a, 610 configurada para transportar vapor de calentamiento desde la turbina 410 de vapor al calentador 310 secundario. Ademas de que alternativamente, la planta 900 de produccion de energfa puede comprender una tubena 610b, 610 configurada para transportar vapor de calentamiento desde las tubenas 260, 270, de sobrecalentamiento, desde una ubicacion aguas abajo desde al menos una fase de una turbina de vapor (410, 420) en la direccion del flujo del vapor, hasta el calentador 310 secundario. Ademas de que alternativamente, la planta 900 de produccion de energfa puede comprender una tubena 610c, 610 configurada para transportar vapor de calentamiento desde una red de vapor hacia el calentador 310 secundario. La red de vapor esta configurada para recibir vapor de otra caldera tal como desde (a) otra caldera de la misma planta o de otra planta y/o (b) otra turbina de vapor de la misma planta o de otra planta. Tambien la otra caldera puede comprender un horno.
Con referencia a la figura 1a, la planta 900 de produccion de energfa puede comprender mas de una turbina de vapor si se usa una turbina de recalentamiento. En tal caso, la tubena 610 puede configurarse para transportar vapor de calentamiento desde una cualquiera de las turbinas 410, 420 de vapor, o desde la tubena del recalentador a partir de entonces. Preferiblemente, como se indica en la figura 1, la tubena 610 esta configurada para transportar vapor de calentamiento desde la indicada turbina 410 de vapor ( o desde una ubicacion dentro de la tubena del recalentador despues de una fase de esta turbina), que esta en la direccion del flujo de vapor de la primera turbina de vapor despues del recipiente 250, hacia el calentador 310 secundario. En una realizacion, la tubena 610 es adecuada para transportar vapor sobrecalentado, o asf configurado. Otra tubena 612 esta configurada para transportar vapor de calentamiento y/o un condensado del mismo fuera del calentador 310 secundario. La tubena 612 puede estar configurada para transportar el vapor de calentamiento y/o un condensado del mismo a un calentador 320 intermedio, un precalentador 330, una turbina (410, 420) de vapor, la tubena del recalentador, el tanque 200 de agua de alimentacion o para algun otro uso, tal como la limpieza de las superficies de intercambio de calor. Sin embargo, la presion en la tubena 612 puede estar controlada, por ejemplo, con la valvula 613 (ver la figura 3). Como la presion aguas arriba de la valvula 613 puede ser mas alta que aguas debajo de la valvula 613, el condensado del vapor de calentamiento puede sacarse del calentador 310 secundario a traves de la tubena 612. Ademas, a medida que se baja la presion en la valvula 613, el vapor condensado puede vaporizar a un vapor de mas alta calidad. Por lo tanto, incluso si se deja salir agua (a alta presion) del calentador 310 secundario, se puede usar como vapor (baja presion) posteriormente. Aqrn los terminos alta y baja presion no se refieren a ninguna presion absoluta, sino solamente en relacion entre sf.
Con referencia a la figura 8, en una realizacion, el vapor de calentamiento y/o el condensado del mismo se transportan a un tanque 350 de flash. El tanque 350 de flash se puede usar, por ejemplo, cuando el vapor de calentamiento y/o el condensado del mismo se utilizan para otros fines que el calentamiento del agua de alimentacion y/o aire de combustion. La limpieza, tal como del hollm, es un ejemplo de dicho uso. Sin embargo, en vista de la produccion de electricidad, puede ser beneficioso reutilizar el vapor de calentamiento para producir electricidad, ya que el vapor todavfa tiene algo de energfa termomecanica (calor y presion). Asf, una realizacion comprende una tubena 351 configurada para transportar (i) el vapor de calentamiento y/o el condensado del mismo a un recalentador 270, (ii) el vapor de calentamiento a otra turbina 420 de vapor, y/o (iii) el vapor de calentamiento a la misma turbina 410 de vapor de la cual se toma el vapor de calentamiento. Para que la ultima opcion (iii) se funcional, la turbina 410 de vapor debe tener una entrada para vapor de baja presion. Sin embargo, como el vapor en la tubena 351 puede tener una presion significativamente mas alta que la baja presion final de la turbina 410 de vapor, esta disposicion tambien puede ser tecnicamente factible.
En cuanto a los terminos “calentador intermedio” y “precalentador”, esta dispuesto un precalentador 330, en la direccion del flujo del agua de alimentacion, aguas arriba de todos los economizadores (240 en la figura 7) que esta/estan dispuesto/s, en la direccion del flujo de los gases de combustion, aguas arriba de un dispositivo 510 de limpieza de los gases de combustion. Como se indica en la figura 4a, cuando la planta de produccion de energfa esta libre de tales economizadores (240, 220 en la figura 8; o 240 en la figura 7) que esta/estan dispuesto/s, en la direccion del flujo de los gases de combustion, aguas arriba de un dispositivo 510 de limpieza de los gases de
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combustion, el precalentador 330 esta dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena de agua de alimentacion, aguas arriba de todos los economizadores (210, 220, 230). En el caso en que la planta de produccion de energfa esta libre del dispositivo 510 de limpieza, el precalentador 330 puede estar dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena de agua de alimentacion, aguas arriba de todos los economizadores (ver la figura 5, incluso si esta realizacion no comprende un precalentador). Por otra parte, cuando la caldera comprende dos o mas post economizadores (220, 240, figura 8) en el lado limpio del ducto 110 de gases de combustion (el lado limpio haciendo referencia a los puntos aguas abajo del dispositivo 510 de limpieza), un calentador de agua de alimentacion operado por vapor en medio de los citados economizadores puede denominarse como un calentador 320 intermedio (figura 8).
Como el vapor de calentamiento ya tiene una presion y temperatura razonablemente altas (ver continuacion) el agua de alimentacion puede incluso hervir en el calentador 310 secundario sin riesgo de explosion. Incluso si el agua de alimentacion hirviera en el calentador 310 secundario, la diferencia de presion entre el agua de alimentacion y el vapor de calentamiento sena tan baja, que la tubena del calentador 310 secundario tolerana la diferencia de presion. Ademas, como la transferencia de calor desde el vapor de calentamiento a una tubena de intercambiador de calor es mucho mas eficiente que la de los gases de combustion a una tubena de intercambiador de calor, la temperatura de la tubena del intercambiador de calor en el calentador 310 secundario permanecera en un nivel razonable incluso si el agua de alimentacion hierve en el calentador secundario. Sin embargo, como se comentara, tfpicamente el agua de alimentacion no hierve en el calentador 310 secundario.
En cuanto a las presiones en la caldera en funcionamiento y con referencia a la figura 3, en el recipiente 250 el agua tiene una primera presion p1 y una primera temperatura T1. Estas corresponden a la presion y a la temperatura de saturacion (p1, T1) del agua, tales como (80 bar(a), 296°C), (90 bar(a), 304°C), (100 bar(a), 312°C), (110 bar(a), 319°C), (120 bar(a), 325°C), (130 bar(a), 331°C), (140 bar(a), 337°C) o (150 bar (a), 343°C); u otras presiones y temperaturas de saturacion adecuadas.
En los recalentadores 260, 270 la temperatura aumenta debido a los intercambios e calor. Sin embargo, la presion disminuye, porque el vapor es impulsado por su propia presion, por lo que tfpicamente hay una cafda de presion de 6 a 20 bar, entre la presion despues del recalentador/es y la presion del recipiente. Por lo tanto p1-p2 puede ser, por ejemplo, desde 6 bar a 20 bar.
En cuanto a las presiones adecuadas para el vapor de calentamiento, la presion p3 del vapor de calentamiento en la primera salida 412 (ver figura 3), debe ser razonablemente alta, por ejemplo, de al menos 40 bar(a). Ademas, desde el punto de vista de la produccion de electricidad, es factible usar el vapor con la presion mas alta para producir electricidad. Por lo tanto, preferiblemente, la presion p3 del vapor de calentamiento en la primera salida 412 (ver la figura 3) es preferiblemente a lo sumo un valor maximo, en el que el valor maximo es 10 bar menor que la presion p2 del vapor que entra en la turbina 410 de vapor. Por lo tanto, p3 puede estar en el rango de 40 bar(a) a p2-10 bar. Ademas o alternativamente, p3 puede estar en el rango de 40 bar(a) a 90 bar(a). La presion p3 del vapor de calentamiento puede ser, por ejemplo, del 40% al 90% de la presion p2 del vapor que entra en la turbina 410 de vapor desde la cual se deja salir el vapor de calentamiento. Preferiblemente, la presion p3 del vapor de calentamiento puede se del 50% al 80% o del 60% al 80% o mas preferiblemente del 60% al 70% de la presion p2 del vapor sobrecalentado. Operando la planta 900 de produccion de energfa de esta manera que se alcanzan estos valores se ha encontrado que se aumenta particularmente la produccion de electricidad.
En cuanto a la primera salida 412, la presion p3 puede estar, por ejemplo, en el intervalo anteriormente mencionado. Las temperaturas de saturacion para estas presiones podnan ser 252°C y 304°C, respectivamente. Sin embargo, el vapor de calentamiento, que se libera desde la primera salida 412 se sobrecalienta preferiblemente al menos a 50°C, tal como desde 150°C a 200°C. Preferiblemente, al menos algo de vapor de calentamiento se condensa en el calentador 310 secundario. Ademas, debido a la funcion tecnica del calentador 310 secundario, en funcionamiento de los mismos, los parametros del proceso son seleccionados de manera tal que la temperatura del vapor de calentamiento en el calentador 310 secundario (por ejemplo, entre el nucleo 314 y la tubena 312) excede la temperatura del agua de alimentacion en el calentador 310 secundario (por ejemplo, en la tubena 312). La diferencia de temperatura entre el recipiente 250 y el agua de alimentacion en el calentador secundario puede depender de forma significativa de los otros componentes de la planta 900 de produccion de energfa (por ejemplo, la presencia de un calentador intermedio 320 y/o un precalentador 330 y/o el numero de economizadores 210, 220, 230, 240). En una realizacion, la temperatura T3 del vapor de calentamiento, antes del calentador 310 secundario, puede, en funcionamiento, ser, por ejemplo, de 350°C a 500°C.
Como se indico anteriormente, en una realizacion, la planta de produccion de energfa se utiliza de tal manera que el vapor de calentamiento esta sobrecalentado en una ubicacion aguas arriba del calentador 310 secundario en la direccion del flujo del vapor de calentamiento. Como es evidente, el vapor de calentamiento tambien esta sobrecalentado en una ubicacion aguas abajo de al menos un recalentador. Por lo tanto, en un funcionamiento, dicho vapor de calentamiento es usado ya que esta sobrecalentado o ha sido sobrecalentado en una lugar entre el calentador 310 secundario y un recalentador 260, 270.
Para controlar la temperatura T0 del agua de alimentacion que sale del calentador 310 secundario, la planta de produccion de energfa puede comprender una primera valvula 611 configurada para controlar el flujo del vapor de
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calentamiento desde la turbina 410 de vapor hasta el calentador 310 secundario. Alternativamente o ademas, para controlar la temperature T0 del agua de alimentacion procedente del calentador 310 secundario, la planta de produccion de energfa puede comprender una valvula 613 configurada para controlar el flujo de condensado de la misma que sale del calentador 310 secundario. Al controlar el flujo de salida, la valvula 613 esta configurada para controlar el nivel de condensado en el calentador 310 secundario. Como se indico anteriormente, al menos parte del vapor de calentamiento se condensa preferiblemente en el calentador 310 secundario. Por lo tanto, el calentador 310 secundario comprende algo de vapor de calentamiento condensado (es decir, agua) y algo de vapor de calentamiento. Por lo tanto, en el calentador 310 secundario, en funcionamiento, hay una superficie de agua, siendo la superficie horizontal. El nivel de condensado antes mencionado puede referirse a una ubicacion vertical de la superficie de agua en el calentador 310 secundario. Como es evidente, el nivel de condensado tambien es por lo tanto indicativo de la cantidad de agua (es decir vapor de calentamiento condensado) en el calentador 310 secundario. El nivel de condensado afecta a la velocidad de transferencia de calor desde el vapor de calentamiento hasta el agua de alimentacion y por lo tanto afecta a la temperatura T0. El nivel de condensado, por otra parte, puede controlarse con una (o ambas) valvulas 611,613.
La planta de produccion de energfa comprende un sensor 652 de temperatura configurado para detectar la temperatura t0 del agua de alimentacion que entra en le recipiente 250. En el caso de que no se use un condensador 390 de agua dulce, esto puede corresponder a la temperatura del agua de alimentacion que sale del calentador 310 secundario. La planta de produccion de energfa comprende una unidad 600 de control configurada para controlar al menos una de (a) la aperture de la primera valvula 611 y (b) la aperture de la segunda valvula 613, utilizando una senal indicativa de la temperatura T0 del agua de alimentacion que entra en el recipiente 250. Dicha senal puede recibirse, por ejemplo, del sensor 652. La planta de produccion de energfa puede comprender una unidad 600 de control configurada para controlar al menos una de (a) la apertura de la primera valvula 611 y (b) la aperture de la segunda valvula 613, utilizando una senal indicativa de la temperatura T0 del agua de alimentacion que entra en el recipiente 250 de tal manera que la temperatura T0 del agua de alimentacion que salga del calentador 310 secundario en al menos 1°C mas fna que la del agua en el recipiente 250. Esto asegura que en el ultimo economizador 210 no hervira el agua de alimentacion. Ademas, puede ser preferible, desde el punto de vista de la capacidad de produccion de electricidad, que haya una diferencia de temperatura entre el agua en el recipiente y el agua de alimentacion en el calentador secundario.
Preferiblemente, la unidad 600 de control esta configurada para controlar al menos una de (a) la apertura de la primera valvula 611 y (b) la apertura de a valvula 613 de modo que la diferencia de temperatura T1-T0 entre la temperatura de saturacion T1 en el recipiente 250 y la temperatura T0 (ver arriba) estan en un rango objetivo. El rango objetivo puede ser, por ejemplo, de 1°C a 60°C, tal como de 5°C a 20°C. La temperatura T1 de saturacion puede ser medida con otro sensor. En la alternativa la temperatura T1 de saturacion puede determinarse midiendo la presion p1 de saturacion en el recipiente 250 y calculando la temperatura de saturacion T1 correspondiente. Aun mas, la temperatura y/o la presion de saturacion pueden disenarse para tener, en funcionamiento, un valor. Al menos una de las valvulas 611, 613 puede controlarse utilizando el valor T1 de la temperatura disenado, diferencia T1-T0 de temperatura disenada y temperatura T0 medida. En la practica, puede ser suficiente controlar una sola de las valvulas 611, 613.
Una realizacion de la planta de produccion de energfa comprende ademas otro sensor 615 de temperatura configurado para detectar la temperatura TA del agua de alimentacion que entra en el calentador 310 secundario (por ejemplo, saliendo del ultimo economizador 210). La unidad 600 de control de la planta 900 de produccion de energfa puede estar configurada para controlar al menos uno de (a) la apertura de la primera valvula 611 y (b) la apertura de la segunda valvula 613, utilizando una primera senal indicativa de la temperatura T0 del agua de alimentacion que va al recipiente 250 y una segunda senal indicativa de la temperatura TA del agua de alimentacion que entra al calentador 310 secundario. La unidad de control de la planta 900 de produccion de energfa puede estar configurada para controlar las apertures de las valvulas para lograr una correcta diferencia de temperaturas T1-T0 como se comento anteriormente.
Con referencia a la figura 3, la turbina 410 de vapor puede comprender una segunda salida 414 para liberar vapor para otros propositos, tales como soplar hollm. La presion p3 del vapor para el calentador 310 secundario es, en general, mas alta que la presion del vapor en la segunda salida 414. Ademas, la temperatura T3 del vapor para el calentador 310 secundario es, en general, mas alta que la temperatura del vapor en la segunda salida 414. La presion del vapor en la segunda salida 414 puede ser, por ejemplo, de 30 bar(a) a 50 bar(a), tal como 40 bar(a).
Con referencia a las figuras 1a y 2, en una realizacion la tubena de agua de alimentacion comprende tambien otro economizador 220. El agua de alimentacion esta configurada para fluir hacia el ultimo economizador 210 a traves del otro economizador 220. Entre los economizadores 210, 220 (en la direccion del flujo del agua de alimentacion), se dispone un calentador intermedio 320. El calentador intermedio es un intercambiador de calor configurado para calentar agua de alimentacion utilizando calor de algo de vapor. Al menos parte del vapor para el calentador intermedio 320 puede recibirse desde el calentador 310 secundario (como por ejemplo en las figuras 1a y 2). Ademas o alternativamente, algo de vapor puede ser transportado al calentador intermedio 320 de otra parte tal como vapor de la turbina 410 y/o la tubena del recalentador. Correspondientemente una planta 900 de produccion de energfa puede comprender una tubena 321 adecuada para este fin (ver la figura 2) y configurada para transportar vapor de la manera descrita. En la alternativa, todo el vapor para el calentador intermedio 320 puede ser
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transportado dese otro lugar que el calentador 310 secundario, por ejemplo, desde la turbina 410 de vapor, tal como desde la segunda salida 414 de la misma (vease la figura 3).
Con referencia a las figuras 1a y 2, en una realizacion, se dispone un precalentador 330 antes (es decir aguas arriba en la direccion del flujo del agua de alimentacion desde) los economizadores 210, 220. El precalentador 330 esta dispuesto despues (es decir aguas abajo en la direccion del flujo del agua de alimentacion desde) el tanque 200 de agua de alimentacion. El precalentador 330 es un intercambiador de calor configurado para calentar agua de alimentacion utilizando calor de algun vapor. Al menos parte del vapor para el precalentador 330 puede recibirse desde el calentador intermedio 320. En las figuras, para mayor claridad, no se indican otras fuentes de vapor para el precalentador 330. Como se comento en el contexto del calentador intermedio 320, al menos parte del vapor para el precalentador 330 puede recibirse desde el calentador 310 secundario, este es el caso en particular, cuando la planta de produccion de energfa no comprende un calentador intermedio 320 (ver la figura 5, incluso la figura 5 no muestra un precalentador 330). En la alternativa, el vapor para el precalentador 330 puede ser transportado, por ejemplo, desde el vapor de la turbina 410, tal como desde la segunda salida 414 de la misma.
Una planta 900 de produccion de energfa puede comprender un calentador 310 secundario sin que comprenda un calentador intermedio 320 o un precalentador 330, como se indica en la figura 5.
Con referencia a la figura 6, una planta de produccion de energfa puede comprender un economizador 230 adicional. Dicha planta de produccion de energfa puede comprender un calentador intermedio 322 adicional. Dicha planta de produccion de energfa puede comprender un precalentador 332 adicional. Dicha planta de produccion de energfa puede comprender unicamente un calentador 310 secundario o mas de un calentador 310 secundario, en el que el calentador 310 secundario (o todos los calentadores secundarios) esta/estan dispuesto/s despues (en la direccion del flujo del agua de alimentacion) el ultimo economizador 210. La citada planta de produccion de energfa puede comprender solamente un precalentador o mas de un precalentador, en la que el precalentador (o todos los precalentadores) estan dispuestos antes (en la direccion del flujo del agua de alimentacion) el primer economizador, o antes (en la direccion del flujo del agua de alimentacion) el primer economizador que esta en el lado sucio del dispositivo 510 de limpieza de los gases de combustion; el lado sucio se refiere a las ubicaciones dentro del ducto de gases de combustion aguas arriba del dispositivo 510 de limpieza en la direccion del flujo de los gases de combustion. La mencionada planta de produccion de energfa puede comprender al menos dos economizadores y al menos un calentador intermedio, en la que el calentador intermedio (o todos los calentadores intermedios) estan dispuestos entre (en la direccion del flujo del agua de alimentacion) el primer economizador (como un post economizador 240) y el ultimo economizador 210. La planta de produccion de energfa puede comprender, por ejemplo, un calentador intermedio entre cada par de economizadores posteriores. El par de economizadores posteriores se refiere a dos de tales economizadores que ningun otro economizador este dispuesto entre ellos en la direccion del flujo de agua de alimentacion.
Con referencia a las figuras 1a y 6, el calor de los gases de combustion puede recuperarse en el aire de combustion mediante un precalentador 124 de aire. De forma sencilla, el precalentador 124 de aire puede ser un intercambiador de calor dispuesto en el ducto 110 de los gases de combustion. Ademas o alternativamente, con referencia a la figura 2, el calor de los gases de combustion puede recuperarse en una circulacion 520 de agua separada, tal como un refrigerador de los gases de combustion. Con referencia a las figuras 7 y 8, ademas o alternativamente, el agua de alimentacion se puede calentar en un intercambiador 240 de calor, tal como un post economizador 240, utilizando el calor de los gases de combustion. Como se indica en la figura 8, preferiblemente el calor se recupera de los gases de combustion tanto para el agua de alimentacion como para utilizarlo en la circulacion 520 separada de agua. La circulacion 520 separada de agua puede estar configurada para calentar aire de combustion como en la figura 8 y/o agua de alimentacion que entra al tanque de agua de alimentacion como se indica en la figura 4.
Con referencia a las figuras 7 y 8, una realizacion comprende un post economizador 240 configurado para el intercambio de calor entre los gases de combustion y el agua de alimentacion. La realizacion de la figura 8 comprende ademas otro post economizador 220. Una parte del post economizador 240 esta dispuesto en el ducto 110 de gases de combustion. Ademas, el post economizador 240 esta dispuesto aguas abajo del tanque 200 de agua de alimentacion en la direccion del flujo del agua de alimentacion. Aun mas, el termino “post economizador” se refiere a un economizador que esta dispuesto en el lado limpio del dispositivo 510 de limpieza de los gases de combustion. El lado limpio, por otra parte, se refiere a localizaciones del ducto de gases de combustion que estan, en la direccion del flujo de gases de combustion, aguas abajo del dispositivo 510 de limpieza de los gases de combustion.
Con referencia a la figura 8, una realizacion comprende ademas una circulacion 520 de agua separada. Una parte de la circulacion 520 de agua separada puede estar dispuesta en el ducto 110 de gases de combustion, estando la parte tambien dispuesta aguas abajo del post economizador 240, en la direccion del flujo de los gases de combustion. Ademas, el calor del vapor y/o condensado del calentador 310 secundario o calentador intermedio 320 o precalentador 330 se puede utilizar para calentar el aire de combustion en un precalentador 122 de aire (ver figura 1a) o agua de alimentacion en un precalentador de agua antes del tanque 200 de agua de alimentacion.
Como una alternativa al post economizador 240, la caldera puede comprender un precalentador 124 de aire de combustion (ver figuras 6 y 1a) configurado para calentar aire de combustion utilizando calor de los gases de
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combustion, preferiblemente gases de combustion limpios. Tfpicamente, incluso si es tecnicamente posible, no es economicamente factible tener ambos un post economizador 240 y el citado precalentador 124 de aire de combustion.
El enfriador 520 de gases de combustion puede estar formado por una circulacion de agua separada y puede estar configurado para calentar [a] agua de alimentacion, por ejemplo antes del tanque 200 de agua de alimentacion (ver figura 4) o [b] aire de combustion (ver figura 2), o [c] ambos agua de alimentacion y aire de combustion, por ejemplo sucesivamente. Tambien seguiran otras posibilidades. Se ha observado que el enfriador 520 de gases de combustion efectivamente enfna los gases de combustion, reduciendo por lo tanto aun mas la cantidad de calor emitida por la planta de produccion de energfa. El enfriador 520 de gases de combustion tiene una circulacion de agua de refrigeracion separada, es decir separada de la circulacion de agua de alimentacion, y esta dispuesta como una ultima etapa de economizadores. Como la circulacion de agua de refrigeracion esta separada, no hay agua en la circulacion del agua de refrigeracion que se transporte a la tubena de agua de alimentacion (210, 220, 310, 312, 320, 322, 330, 332). El enfriador de los gases de combustion puede disponer ademas para de gases de combustion fnos mediante el intercambiador 522 de calor configurado para transferir calor del agua de la circulacion de agua de refrigeracion para utilizacion.
En cuanto a la utilizacion del calor de la circulacion del agua del enfriador de los gases de combustion hay algunas opciones que no son mutuamente excluyentes. En primer lugar, el intercambiador 522 de calor puede estar dispuesto para calentar el aire de combustion, como se indica en la figura 8. En segundo lugar, el intercambiador 522 de calor puede estar dispuesto para calentar el agua de alimentacion en un punto aguas arriba del tanque de alimentacion de agua, en la direccion del flujo del agua de alimentacion, como se indica en la figura 4b. En tercer lugar, el intercambiador 522 de calor puede estar dispuesto para calentar agua de alimentacion en un punto aguas abajo del tanque de agua de alimentacion, por ejemplo, entre el tanque de agua de alimentacion y un economizador (240, 230), en la direccion del flujo del agua de alimentacion (no mostrado). Y en cuarto lugar, el intercambiador 522 de calor puede utilizarse para fines de secado, por ejemplo, secado de biomasa para ser quemada. El intercambiador 522 de calor puede configurarse para calentar la biomasa y/o directamente secado de aire o a traves de otra circulacion de algun medio de transferencia de calor.
Con referencia a las figuras 1a, 2, 4a, 7 y 8, se puede utilizar un dispositivo 510 de limpieza para limpiar los gases de combustion. El dispositivo 510 de limpieza puede comprender un precipitador electrostatico. Ademas o alternativamente, el dispositivo 510 de limpieza puede comprender un filtro, tal como un filtro de bolsa. A continuacion, el dispositivo 510 de limpieza es un precipitador electrostatico. El precipitador 510 electrostatico puede estar dispuesto, en la direccion del flujo de gases de la combustion, aguas debajo del ultimo economizador 210. Co referencia a la figura 4a, el precipitador 510 electrostatico puede estar dispuesto, en la direccion del flujo de gases de combustion, aguas debajo de todos los economizadores, a traves de los cuales esta configurada el agua de alimentacion para fluir. Con referencia a las figuras 7 y 8, el precipitador 510 electrostatico puede estar dispuesto, en la direccion del flujo de los gases de combustion, aguas abajo del ultimo economizador 210 y aguas arriba de otro economizador 240. El enfriador 520 de gases de combustion puede estar dispuesto mas aguas abajo del precipitador 510 electrostatico, en la direccion del flujo de los gases de combustion.
Otros componentes, tales como un depurador de gases de combustion y/o una unidad SCR (unidad de reduccion catalttica selectiva) pueden ser usados para limpiar los gases de combustion, como se conoce en la tecnica. La planta de produccion de energfa puede comprender un depurador, del cual se dispone una parte, en la direccion del flujo de los gases de combustion, en el ducto de los gases de combustion aguas abajo del ultimo economizador 210. La planta de produccion de energfa puede comprender una unidad SCR, una parte de la cual esta dispuesta en el ducto de gases de combustion aguas abajo del ultimo economizador 210.
Con referencia a la figura 4a, una realizacion de la planta 900 de produccion de energfa comprende los recalentadores 260, 270 posteriores, pero solamente una turbina 410 de vapor. La planta de produccion de energfa comprende un calentador 310 secundario, un calentador intermedio 320 y un precalentador 330; asf como un primer economizador 220 y un ultimo economizador 210, como se comento anteriormente.
Para controlar la temperatura T2 (comparar con la figura 3) del vapor despues del ultimo recalentador 270, la planta 900 de produccion de energfa de las figuras 4a y 4b comprende una disposicion 385 de atemperador (es decir atemperador). El atemperador 385 de la figura 4a comprende un condensador 390 de agua dulce configurado para condensar parte del vapor del recipiente 250 a agua dulce. El atemperador 385 comprende boquillas 395 para pulverizar agua dulce al vapor entre los recalentadores 260, 270. Dicho atemperador puede ser denominado como un Dolezal o un atemperador Dolezal. Incluso si la planta 900 de produccion de energfa no comprende un condensador 385 de agua dulce, la planta 900 de produccion de energfa puede comprender boquilla 395 para pulverizar agua dulce (tal como agua de alimentacion) al vapor entre los recalentadores 260 y 270. Ademas, la planta de produccion de energfa puede comprender boquillas 395 configuradas para pulverizar la citada agua que se ha condensado del vapor en el condensador 390 de agua dulce al vapor entre los recalentadores 260 y 270, y otras boquillas 395 configuradas para pulverizar otras aguas al vapor entre los recalentadores 260 y 270.
El calentador 310 secundario es particularmente adecuado para las plantas 900 de produccion de energfa que tienen una disposicion 385 de atemperador con un condensador 390 de agua dulce. Esto se debe al hecho de que
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en el caso de una disposicion 385 de atemperador con agua dulce se usa el condensador 390, la temperatura del agua de alimentacion antes del recipiente debe ser razonablemente baja para garantizar el funcionamiento del condensador 390 de agua dulce. Sin embargo, una disposicion 385 de atemperador no comprende necesariamente un condensador 390 de agua dulce. Es suficiente pulverizar agua de otra fuente en la tubena del recalentador. Tfpicamente, en un atemperador, el agua se pulveriza en una ubicacion antes del recalentador. Preferiblemente el agua se pulveriza entre dos recalentadores.
Como se indico en la figura 4a, en una realizacion, el calentador 310 secundario puede ser colocado, en la direccion del flujo del agua de alimentacion, antes (es decir aguas arriba de) el condensador 390 de agua dulce. Esto tiene el efecto de que el calentador 310 secundario opera de manera efectiva, puesto que el agua de alimentacion esta mas fna antes del condensador 390 de agua dulce que despues del condensador 390 de agua dulce. Esta disposicion es, por lo tanto, beneficiosa desde el punto de vista de la cantidad de energfa producida.
Sin embargo, desde el punto de vista de los costes de inversion, como se indica en la figura 4b, el condensador 390 de agua dulce y el calentador 310 secundario pueden estar dispuestos tambien en orden inverso con respecto a la direccion del flujo del agua de alimentacion. En esta realizacion, el calentador 310 secundario, esta ubicado en la direccion del flujo del agua de alimentacion, despues del condensador 390 de agua dulce. En tal caso, un condensador 390 de agua dulce mas pequeno es suficiente, ya que el agua de alimentacion en su interior esta fna. Esto reduce los costes de inversion relacionados con el condensador 390 de agua dulce. Por lo tanto, dependiendo del caso, cualquiera de estas disposiciones puede ser preferida.
La figura 5 muestra una realizacion simple de la invencion. Allf, una turbina 410 de vapor esta configurada para operar un generador 415 utilizando vapor, que se recalienta en un recalentador 260. El vapor saturado se alimenta al recalentador 260 desde el deposito 250. La planta de produccion de energfa comprende tambien un economizador 210, que, siendo el unico economizador, es el ultimo economizador 210 antes del deposito 250 en la direccion del flujo de agua de alimentacion. En el ducto 110 de gases de combustion, se dispone el ultimo economizador 210, en la direccion del flujo de gases de combustion, aguas abajo del recalentador. La planta de produccion de energfa comprende un calentador 310 secundario configurado para calentar agua y/o vapor que circulan por la tubena de agua de alimentacion utilizando vapor de calentamiento. El calentador 310 secundario esta dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena de agua de alimentacion y a lo largo de la tubena de agua de alimentacion aguas arriba del deposito 250. El calentador 310 secundario esta dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena de agua de alimentacion y a lo largo de la tubena de agua de alimentacion aguas abajo del ultimo economizador 210. La planta de produccion de energfa comprende ademas una tubena 610 configurada para transportar vapor de calentamiento desde la turbina 410 de vapor al calentador 310 secundario.
Ademas de las realizaciones mencionadas anteriormente, las reivindicaciones describen realizaciones adicionales.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una planta (900) de produccion de energfa que comprende
    - una disposicion de una turbina (410, 420) de vapor y un generador (415, 425) para producir energfa electrica utilizando vapor.
    - una caldera (100) que tiene
    • un horno (105).
    • un ducto (110) de gases de combustion para vehicular gases de combustion del horno (105).
    • un recipiente (250).
    • tubena de recalentador (260, 270) para recalentar vapor y transportar vapor desde el recipiente (250) a turbina (410) de vapor.
    • tubenas (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion para alimentar agua y/o vapor al recipiente (250).
    • un ultimo economizador (210) que esta en la direccion del flujo de agua de alimentacion en las tubenas (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion el ultimo economizador (210) que forma una parte de la tubena de agua de alimentacion, y esta dispuesto en una ubicacion tal que ningun otro economizador esta dispuesto en la direccion del flujo de agua de alimentacion entre el ultimo economizador (210) y el recipiente (250) en la tubena de agua de alimentacion.
    - un calentador (310) secundario
    • configurado para calentar agua y/o vapor que circula en las tubenas (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion utilizando vapor de calentamiento y
    • dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en las tubenas (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion y a lo largo de la tubena de agua de alimentacion (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332), aguas arriba del recipiente (250) y aguas abajo del ultimo economizador (210) y
    - una tubena (610, 610a, 610b, 610c) para transportar el vapor de calentamiento al calentador (310) secundario, en el que
    - la tubena (610, 610a, 610b, 610c) esta configurada para transportar el vapor de calentamiento al calentador (310) secundario desde al menos uno de
    • una ubicacion de la tubena del recalentador (260, 270), estando dispuesta la ubicacion, en la direccion del flujo del vapor en la tubena del recalentador, aguas debajo de al menos una fase de la turbina (410) de vapor,
    • la turbina (410) de vapor, y
    • una red de vapor configurada para recibir vapor de otra caldera.
  2. 2. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que
    - el ultimo economizador (210) esta configurado para calentar el agua de la tubena de agua de alimentacion (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332),
    - al menos una parte del ultimo economizador (210) esta dispuesta en el ducto (110) de los gases de combustion, y
    - el ultimo economizador (210) esta, en la direccion del flujo de los gases de combustion en el ducto de los gases de combustion, el unico o el primer economizador (210); opcionalmente,
    - el ultimo economizador (210) comprende tubos de transferencia de calor que comprenden partes rectas de tal manera que las partes rectas estan orientadas paralelas entre sf, en donde
    • la direccion longitudinal de las partes rectas forma un angulo como maximo de 45 grados, preferiblemente como maximo de 30 grados, con la direccion del flujo de los gases de combustion entre dichos tubos de transferencia de calor o
    • la direccion longitudinal de las partes rectas forma un angulo de mas de 45 grados, preferiblemente de al menos 60 grados, con la direccion del flujo de los gases de combustion entre dichos tubos de transferencia de calor.
  3. 3. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en la que
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    - la caldera (100) que comprende boquillas (106) adecuadas para alimentar licor negro en el horno (105), por lo cual la caldera (100) es una caldera de recuperacion.
  4. 4. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que
    - el material de la tubena (610) para transportar el vapor de calentamiento se selecciona de tal manera que la tubena (610) para transportar el vapor de calentamiento esta configurada para soportar vapor que tiene una presion de al menos 40 bar (bar(a)) y una temperature de al menos 250°C;
    opcionalmente,
    - la tubena (610) esta configurada para soportar vapor que tiene una presion de al menos 60 bar (bar(a)) y una temperatura de al menos 500°C.
  5. 5. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que
    - el calentador (310) secundario comprende
    • tubena (312) del intercambiador de calor, en la que el agua de alimentacion esta configurada para circular y
    • una carcasa (314) de tal manera que el vapor de calentamiento esta configurado para pasar entre la carcasa (314) y la tubena (312) del intercambiador de calor, en la que
    - el material de la carcasa (314) se selecciona de tal manera que la carcasa (314) este configurada para resistir un vapor que tiene una presion de al menos 40 bar (bar(a)) y una temperatura de al menos 250°C;
    opcionalmente,
    - la carcasa (314) esta configurada para resistir vapor que tiene una presion de al menos 60 bar (bar(a)) y una temperatura de al menos 500°C.
  6. 6. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende
    - una turbina (410, 420) de vapor de contrapresion o una turbina (410, 420) de condensacion en conexion con el generador (415, 425);
    preferiblemente,
    - la planta (900) de produccion de energfa comprende una turbina (410, 420) de vapor de contrapresion en conexion con el generador (415, 425).
  7. 7. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende
    - un precalentador (320, 330, 322, 332) configurado para calentar agua y/o vapor que circula en la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion utilizando algo de vapor, en el que
    - el precalentador (320, 330, 322, 332) esta dispuesto en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena (210, 220, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion, aguas arriba del ultimo economizador (210).
  8. 8. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende
    - otro economizador (220, 230), en el que el otro economizador (220, 230)
    • esta configurado para calentar agua de la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332), de agua de alimentacion,
    • comprende una superficie de transferencia de calor dispuesta en el ducto (110) de gases de combustion, y
    • esta dispuesto aguas arriba del ultimo economizador (210) en la direccion de flujo del agua de alimentacion en la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion.
  9. 9. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con la reivindicacion 8, que comprende
    - un recalentador (320, 322) configurado para calentar agua y/o vapor que circula por la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion utilizando algo de vapor, en el que
    - el recalentador (320, 322) esta dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion, aguas arriba del ultimo economizador (210) y aguas abajo del otro economizador (220, 230).
  10. 10. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con la reivindicacion 8 o 9, que comprende
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    - un precalentador (330, 332) configurado para calentar el agua y/o el vapor que circulan por la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion utilizando algo de vapor, en el que
    - el precalentador (330, 332) esta dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion, aguas arriba del otro economizador (220, 230);
    opcionalmente,
    - el precalentador (330, 332) esta dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion, aguas arriba de todos los economizadores (210, 220, 230) o
    - el precalentador (330, 332) esta dispuesto, en la direccion del flujo del agua de alimentacion en la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion, aguas arriba de todos los citados economizadores (240) que esta/n dispuestos, en la direccion del flujo de los gases de combustion, aguas arriba del dispositivo de limpieza (510) de los gases de combustion.
  11. 11. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende
    - un enfriador (520) de gases de combustion dispuesto en el ducto (110) de gases de combustion,
    - una circulacion de agua de refrigeracion configurada para circular agua de refrigeracion a traves del enfriador (520) de tal manera que el agua de la circulacion del agua de refrigeracion no se transporta a la tubena (210, 220, 230, 240, 310, 312, 320, 322, 330, 332) de agua de alimentacion, y
    - un intercambiador (522) de calor configurado para transferir calor del agua de circulacion del agua de refrigeracion para su utilizacion.
  12. 12. La planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende
    - un post economizador (240) configurado para intercambiar calor entre los gases de combustion y el agua de alimentacion, en el que
    - una parte del post economizador (240) esta dispuesta en el ducto (110) de gases de combustion y
    - el post economizador (240) esta dispuesto aguas abajo del tanque (200) de agua de alimentacion en la direccion del flujo de agua de alimentacion y aguas arriba del ultimo economizador (210) en la direccion del flujo del agua de alimentacion;
    opcionalmente,
    - el post economizador (240) esta dispuesto, en la direccion del flujo de los gases de combustion, aguas abajo del dispositivo (510) de limpieza de los gases de combustion.
  13. 13. Utilizacion de la planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende
    - transportar vapor de calentamiento desde una salida (412) de la turbina (410) de vapor al calentador (310) secundario de tal manera que
    - la presion (p3) del vapor de calentamiento en la salida (412) es al menos 10 bar menor que la presion (p2) de vapor recalentado en un recalentador (260, 270);
    opcionalmente,
    - la presion (p3) del vapor de calentamiento en la salida (412) es de al menos 40 bar (bar(a)) y/o
    - la temperatura (T3) del vapor de calentamiento en la salida (412) es de 350°C a 600°C.
  14. 14. Utilizacion de la planta (900) de produccion de energfa de acuerdo con la reivindicacion 13, que comprende
    - dirigir el vapor recalentado a la turbina (410), vapor recalentado que tiene una segunda presion (p2),
    - liberar vapor de calentamiento de la salida (412) del vapor de la turbina (410), teniendo el vapor de calentamiento una tercera presion (p3) en la salida (412), en donde
    - la relacion de la tercera presion y la segunda presion (p3/p2) es del 40% al 90%; preferiblemente del 50% al 80%;
    mas preferiblemente del 60% al 80%; y mas preferiblemente del 60% al 70%.
  15. 15. Utilizacion de la planta (900) de produccion de ene^a de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 14, en donde
    - el vapor de calentamiento se recalienta en una posicion aguas arriba del calentador (310) secundario en la 5 direccion del flujo del vapor de calentamiento.
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