ES2708975T3 - Sistema de refrigeración de gases de escape de una turbina de gas - Google Patents
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Abstract
Sistema de refrigeración de gases de escape de una turbina de gas, que comprende: a. un conducto (5) para gases de escape de una turbina de gas primaria que se extiende desde dicha turbina de gas primaria a una entrada de un aparato de un proceso industrial deseado seleccionado de entre el grupo de reducción catalítica selectiva (RCS), rebullido y una caldera desmetanizadora de una planta de procesamiento de gas natural; b. un ciclo termodinámico productor (40), en el que un fluido de trabajo de este se calienta y se expande; y c. al menos un medio de intercambio de calor (26) por medio del cual el calor se transfiere de forma suficiente desde dichos gases de escape de la turbina de gas primaria a dicho fluido de trabajo para producir un medio de calentamiento a baja temperatura en posición posterior a dicho al menos un medio de intercambio de calor (26) a una temperatura predeterminada y un nivel de energía suficientes para llevar a cabo dicho proceso industrial deseado, caracterizado por que el fluido de trabajo se selecciona de entre el grupo de aire y dióxido de carbono.
Description
DESCRIPCION
Sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas
CAMPO DE LA INVENCION
[0001] La presente invencion se refiere al campo de los sistemas de recuperacion de calor residual. Mas en concreto, la invencion se refiere a un sistema para refrigerar el escape de una turbina de gas y para distribuir el escape refrigerado a un proceso.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
[0002] Existen varios procesos industriales, como un sistema de reduccion catalftica selectiva (RCS), un rebullido y una caldera desmetanizadora de una planta de gas, que exigen un medio de calentamiento a baja temperature.
[0003] Un escape de turbina de gas refrigerado de antemano es a menudo la fuente del medio de calentamiento a baja temperatura.
[0004] Un metodo conocido para refrigerar el escape de una turbina de gas es mediante la pulverizacion de agua en el gas de escape. Por lo general, el suministro de agua al escape de la turbina de gas afecta de forma perjudicial al proceso debido a la presencia de agua o vapor en el medio de calentamiento a baja temperatura conforme baja el punto de rodo del medio de calentamiento. Otro inconveniente de este metodo es que puede que el agua escasee.
[0005] Otro metodo para refrigerar el escape de la turbina de gas es mediante la introduccion de aire de dilucion relativamente fno en el gas de escape. Una de las desventajas que presenta este metodo esta relacionada con el consumo de energfa anadido de los ventiladores que introducen el aire relativamente fno en el gas de escape. Otra desventaja esta relacionada con el aumento del volumen de fluido y el aumento del contenido de oxfgeno del medio de calentamiento que puede afectar de forma perjudicial al proceso.
[0006] El documento US-A-4875436 da a conocer un sistema de recuperacion de calor residual caracterizado por un conjunto de caldera que incluye un generador de vapor de recuperacion de calor a traves del que fluye el gas de escape. El conjunto de caldera incluye un intercambiador de calor con tubo de vapor a alta temperatura, o recalentador, y una caldera acuotubular en un lugar posterior a este. Se utiliza un inyector de gas de amonio para inyectar amoniaco en la corriente de gas de escape, el cual esta situado en una posicion anterior al recalentador y a la caldera acuotubular. Por ultimo, se proporciona una unidad de reduccion catalftica selectiva a baja temperatura situada en una posicion posterior a la caldera acuotubular a baja temperatura o evaporador.
[0007] El documento WO-A-2009006006 da a conocer un sistema de recuperacion de calor residual que incluye al menos dos sistemas integrados de ciclo de Rankine acoplados a al menos dos fuentes de calor separadas con distintas temperaturas.
SUMARIO DE LA INVENCION
[0008] Por tanto, existe la necesidad de un sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas que no use agua o aire generado por ventiladores para refrigerar los gases de escape de una turbina de gas.
[0009] Un objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas que produzca un medio de calentamiento a baja temperatura con un nivel energetico suficiente para llevar a cabo un proceso deseado.
[0010] Un objeto adicional de la presente invencion es proporcionar un sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas que no use agua o aire generado por ventiladores para refrigerar los gases de escape de una turbina de gas.
[0011] Un objeto adicional de la presente invencion es proporcionar un sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas que genere electricidad.
[0012] Otros objetos y ventajas de la invencion se pondran de manifiesto conforme se desarrolle la descripcion.
[0013] La invencion proporciona un sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas como el reivindicado en la reivindicacion 1.
[0014] El ciclo termodinamico comprende preferiblemente una turbina secundaria a traves de la que se expande el fluido de trabajo y un generador acoplado a la turbina secundaria.
[0015] El ciclo termodinamico se selecciona de entre el grupo de un ciclo cerrado de Rankine, un ciclo abierto de Brayton y un ciclo cerrado de Brayton, y el fluido de trabajo se selecciona de entre el grupo de aire y dioxido de carbono.
[0016] En un aspecto, el calor se transfiere desde los gases de escape de la turbina de gas primaria al fluido de trabajo por medio de un bucle de calentador de aceite de calor residual (WHOH por sus siglas en ingles) que presenta unos intercambiadores de calor primero y segundo, estando adaptado dicho primer intercambiador de calor para transferir calor de los gases de escape de la turbina de gas primera al aceite que circula dentro de dicho bucle de WHOH y estando dicho segundo intercambiador de calor adaptado para transferir calor de dicho aceite al fluido de trabajo.
[0017] El proceso industrial deseado se selecciona de entre el grupo de un sistema de reduccion catalftica selectiva (RCS), rebullido y una caldera desmetanizadora de una planta de procesamiento de gas natural.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
[0018] En los dibujos:
La Fig. 1 es un diagrama de flujo de una forma de realizacion de la presente invencion en la que el ciclo termodinamico es un ciclo de Rankine; y
La Fig. 2 es un diagrama de flujo de otra forma de realizacion de la presente invencion en la que el ciclo termodinamico es un ciclo de Brayton.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACION PREFERIDAS
[0019] La presente invencion proporciona un sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas que produce un medio de calentamiento a baja temperatura a una temperatura predeterminada y un nivel de energfa suficientes para llevar a cabo un proceso industrial deseado. Un ciclo termodinamico adecuado refrigera el escape de la turbina de gas para producir el medio de calentamiento a baja temperatura al tiempo que aprovecha el contenido energetico del escape de la turbina de gas para producir electricidad. Al extraer el calor del escape de la turbina de gas de esta forma, no es necesario un suministro de agua o aire.
[0020] La Fig. 1 es un diagrama de flujo de una forma de realizacion de la presente invencion en la que el ciclo termodinamico es un ciclo de Rankine. El sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas ilustrado, por lo general designado por el numero 10, comprende un escape de una turbina de gas 5, un bucle de calentador de aceite de calor residual (WHOH) 20 que esta adaptado para extraer calor del escape de la turbina de gas 5 y producir asf el medio de calentamiento a baja temperatura, un ciclo de Rankine organico 40 al que se transfiere calor desde el bucle de WHOH 20, y un sistema de reduccion catalftica selectiva (RCS) 70 al que se dirige el medio de calentamiento a baja temperatura. El sistema de refrigeracion 10 es capaz de refrigerar el escape de la turbina de gas 5 desde alrededor de 920 K a una temperatura inferior de aproximadamente 700 K en la entrada de la RCS 70.
[0021] El ciclo de Rankine 40 es un ciclo cerrado y el fluido organico que circula a traves de los conductos 42 puede ser por tanto el fluido de trabajo. La bomba 45 proporciona fluido organico ftquido al vaporizador 48. El aceite que circula por los conductos 22 del bucle de WHOH 20 se introduce en el vaporizador 48 por medio de una bomba 25 y sirve para transferir calor al fluido de trabajo del ciclo de Rankine 40 que tambien pasa por el vaporizador. En consecuencia, la temperatura del fluido de trabajo sube a su punto de ebullicion, por lo que puede suministrarse el fluido de trabajo vaporizado a la turbina 50. El fluido de trabajo vaporizado suministrado a la turbina 50 se expande y se produce electricidad mediante el generador 54 acoplado a la turbina 50. El fluido de trabajo que sale de la turbina 50 se condensa por medio de un condensador 56 por lo general refrigerado por aire hasta un condensado en fase ftquida, de forma que la bomba 45 suministra el condensado de fluido de trabajo al vaporizador 48. El aceite refrigerado que sale del vaporizador 48 se suministra al intercambiador de calor 26, que sirve para extraer calor del escape de la turbina de gas 5 y para producir el medio de calentamiento a baja temperatura 65 que se suministra al sistema de RCS 70.
[0022] En otra forma de realizacion de la invencion, el ciclo cerrado de Rankine es un ciclo de vapor. La bomba del ciclo de Rankine suministra agua a una caldera. El aceite que circula por los conductos 22 del bucle de WHOH 20 se introduce en la caldera y transfiere el calor de forma suficiente al agua suministrada, de forma que este ultimo
hervira y el vapor producido impulsara la turbina, lo que provoca que el generador acoplado a la turbina produzca electricidad.
[0023] La Fig. 2 es un diagrama de flujo de otra forma de realizacion de la presente invencion en la que el ciclo termodinamico puede ser un ciclo de aire abierto de Brayton. El sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas ilustrado, por lo general designado por el numero 110, comprende un escape de una turbina de gas 105, un bucle de calentador de aceite de calor residual (WHOH) 120 que esta adaptado para extraer calor del escape de la turbina de gas 105 mediante el intercambiador de calor 122 y producir asf el medio de calentamiento a baja temperatura, un ciclo de aire abierto de Brayton 140 al que se transfiere calor desde el bucle de WHOH 120, y un sistema de reduccion catalftica selectiva (RCS) 170 al que se dirige el medio de calentamiento a baja temperatura.
[0024] El ciclo de Brayton 140 es un ciclo abierto, y el aire 145 introducido en el compresor 148 y que fluye por los conductos 142 es por tanto el fluido de trabajo. El aire 145 se calienta por medio de un intercambiador de calor de aceite a aire 125 del bucle de WHOH 120 antes de introducirse en el compresor 148. El aire caliente se comprime por medio del compresor 148 y se proporciona a la camara de combustion 149 a la que se suministra combustible con el aire comprimido y se quema. Los productos de combustion se proporcionan a la turbina secundaria 150, y conforme los productos de combustion se expanden en la turbina secundaria 150, se produce electricidad por medio del generador 154 acoplado a la turbina secundaria 150. El aceite refrigerado que sale del intercambiador de calor de aceite a aire 125 se suministra al intercambiador de calor 122 mediante una bomba del bucle 120, que sirve para extraer calor del escape de la turbina de gas 105 y producir el medio de calentamiento a baja temperatura 165 que se proporciona al sistema de RCS 170.
[0025] Cabe apreciar que el ciclo de Brayton no hace falta que incluya una camara de combustion, sino que mas bien la turbina secundaria 150 puede ser una turbina de aire en la que se introduce aire caliente comprimido, calentado mediante unos medios de calentamiento adecuados, con el fin de generar electricidad. De forma similar, el
[0026] ciclo de Brayton puede ser un ciclo cerrado a base de dioxido de carbono en el que se comprime dioxido de carbono caliente y se proporciona a la turbina secundaria.
[0027] Aunque lo anterior describe la produccion de un medio de calentamiento a baja temperatura que se proporciona al proceso de RCS, cabe apreciar que el medio de calentamiento a baja temperatura tambien es adecuado para llevar a cabo otros procesos industriales, como un rebullido en el que el escape de la turbina de gas salga de la turbina de gas a una temperatura de aproximadamente 750 K, y se suministre a la caldera a una temperatura de aproximadamente 420 K, y una caldera desmetanizadora de una planta de procesamiento de gas natural.
[0028] Aunque la anterior descripcion se refiere, en la forma de realizacion descrita en referencia a la Fig. 1, a un fluido de trabajo organico que funciona en un ciclo de Rankine organico, tambien puede usarse un fluido de trabajo organico o un ciclo de reaprovechamiento de vapor-amoniaco.
[0029] Aunque se han descrito algunas formas de realizacion de la invencion a modo de ilustracion, resulta evidente que pueden realizarse modificaciones, variaciones y adaptaciones sin desviarse del alcance de la invencion tal y como se define en las reivindicaciones.
Claims (4)
1. Sistema de refrigeracion de gases de escape de una turbina de gas, que comprende:
a. un conducto (5) para gases de escape de una turbina de gas primaria que se extiende desde dicha turbina de gas primaria a una entrada de un aparato de un proceso industrial deseado seleccionado de entre el grupo de reduccion catalttica selectiva (RCS), rebullido y una caldera desmetanizadora de una planta de procesamiento de gas natural;
b. un ciclo termodinamico productor (40), en el que un fluido de trabajo de este se calienta y se expande;
y
c. al menos un medio de intercambio de calor (26) por medio del cual el calor se transfiere de forma suficiente desde dichos gases de escape de la turbina de gas primaria a dicho fluido de trabajo para producir un medio de calentamiento a baja temperatura en posicion posterior a dicho al menos un medio de intercambio de calor (26) a una temperatura predeterminada y un nivel de energfa suficientes para llevar a cabo dicho proceso industrial deseado,
caracterizado por que el fluido de trabajo se selecciona de entre el grupo de aire y dioxido de carbono.
2. Sistema de refrigeracion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el calor se transfiere desde los gases de escape de la turbina de gas primaria al fluido de trabajo por medio de un bucle de calentador de aceite de calor residual (WHOH por sus siglas en ingles) (20) de dicho al menos un medio de intercambio de calor (26) que presenta unos intercambiadores de calor primero y segundo (122, 125), estando adaptado dicho primer intercambiador de calor para transferir el calor desde los gases de escape de la turbina de gas primaria al aceite que circula dentro de dicho bucle de WHOH y estando dicho segundo intercambiador de calor adaptado para transferir el calor de dicho aceite al fluido de trabajo.
3. Sistema de refrigeracion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el ciclo termodinamico comprende una turbina secundaria (150) a traves de la que se expande el fluido de trabajo y un generador acoplado a dicha segunda turbina secundaria (150).
4. Sistema de refrigeracion de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que el ciclo termodinamico se selecciona de entre el grupo de un ciclo cerrado de Rankine, un ciclo abierto de Brayton y un ciclo cerrado de Brayton.
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