ES2842374T3 - Sistema evaporador - Google Patents

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Abstract

Un sistema evaporador para una caldera industrial, que contiene un sistema de transferencia de calor para generar una mezcla de agua y vapor, medios para separar el agua y el vapor de la mezcla de agua y vapor y medios para secar el vapor húmedo separado. - en donde al menos un recipiente (8) horizontal contiene una cantidad mínima requerida de agua, un volumen de vapor relativamente pequeño e internos para la separación de agua y vapor húmedo, - y en donde al menos un recipiente (18) vertical contiene internos para secar el vapor húmedo a valores predeterminados separando el líquido del vapor húmedo, - y en donde el al menos un recipiente (8) horizontal y al menos un recipiente (18) vertical están conectados entre sí por al menos una tubería (17) de vapor húmedo a través de la cual se transporta el vapor húmedo separado del recipiente (8) horizontal al recipiente (18) vertical, - y en donde el al menos un recipiente (8) horizontal tiene una conexión a los conductos (16) de salida de al menos una sección (3) de transferencia de calor del evaporador del sistema de transferencia de calor para transportar una mezcla de agua-vapor desde el al menos una sección (3) de transferencia de calor del evaporador al recipiente (8) horizontal, y en donde el al menos un recipiente (8) horizontal tiene además una conexión a al menos un conducto (9) de bajada para transportar agua desde el al menos un recipiente (8) horizontal de regreso a los conductos (10) de entrada de la al menos una sección (3) de transferencia de calor del evaporador, - y en donde el al menos un recipiente (18) vertical tiene además una conexión con al menos una tubería (20) de vapor seco para descargar el vapor seco fuera del recipiente (18) vertical, caracterizado porque el al menos un recipiente (18) vertical, tiene una conexión a una tubería (19) de drenaje de líquido para transportar líquido desde el al menos un recipiente (18) vertical de regreso a los conductos (10) de entrada de la al menos una sección (3) de transferencia de calor del evaporador.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema evaporador
La invención se refiere a un sistema evaporador para una caldera industrial de acuerdo con la reivindicación 1.
En su forma más fundamental, tal sistema evaporador consiste en al menos un tambor de vapor de agua, al menos una sección de transferencia de calor del evaporador y las respectivas tuberías de interconexión. El agua del tambor se transporta a la sección de transferencia de calor del evaporador donde se evapora parcialmente. La mezcla de agua y vapor así generada es transportada de regreso al tambor, donde el vapor se separa del agua y el vapor separado se seca. Otras conexiones del sistema evaporador son para el suministro de agua de alimentación y la extracción de vapor. Convencionalmente, tal tambor de vapor de agua es un recipiente con un diámetro relativamente grande debido a las funciones que tiene que cumplir. Está diseñado para contener la cantidad mínima de agua requerida entre otras cosas para garantizar la generación de vapor de la caldera cuando se interrumpe momentáneamente el suministro de agua de alimentación al tambor. Está diseñado para contener el volumen mínimo de vapor requerido, entre otras cosas, para tener espacio para un separador de agua-vapor y un secador de vapor para obtener una pureza de vapor garantizada en la extracción de vapor y para tener espacio para un nivel de agua que se desplaza para compensar la cantidad fluctuante de agua contenida en la sección de transferencia de calor durante el arranque, parada y cambios de carga de la caldera.
Contrariamente al tambor mencionado anteriormente, los sistemas de evaporación más desarrollados como los conocidos en, por ejemplo, EP 1526331 A1 comprende dos recipientes. Un recipiente horizontal está diseñado para separar el agua y el vapor húmedo y un recipiente vertical está diseñado para secar este vapor húmedo. Los recipientes horizontales y verticales están conectados entre sí por una tubería de vapor húmedo, a través de la cual el vapor húmedo separado es transportado desde el recipiente horizontal al vertical. Tuberías adicionales conectan el recipiente horizontal con la sección de transferencia de calor. Una realización como se divulga en EP 1526 331 A1 que comprende una tubería adicional a través de la cual el agua, separada en el recipiente vertical, es transportada de regreso directamente al recipiente horizontal. Ahora, es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema evaporador más detallado.
De acuerdo con la presente invención, este objeto se logra con un sistema evaporador de acuerdo con la reivindicación 1.
Como consecuencia del transporte de líquido desde un recipiente vertical de regreso a al menos un conducto de entrada, de una sección de transferencia de calor del evaporador, se utiliza la fuerza impulsora ejercida por la sección de transferencia de calor del evaporador en circulación. Por lo tanto, el nivel de líquido en el recipiente vertical no tiene que estar por encima del nivel del agua en un recipiente horizontal para crear la presión necesaria para forzar al líquido separado a fluir de regreso al sistema evaporador. De hecho, el nivel del líquido en el recipiente vertical podría estar por debajo del nivel del agua en el recipiente horizontal e incluso podría caer dentro de la tubería de drenaje de líquido entre el recipiente vertical y los conductos de entrada de la sección de transferencia de calor. Esto reducirá aún más el riesgo de que el líquido se traslade del recipiente vertical hasta, por ejemplo, un sistema de recalentamiento aguas abajo.
En una realización preferida, la tubería de drenaje de líquido comprende un tubo común de drenaje de líquido, donde se recoge el líquido separado de múltiples recipientes separadores verticales, en donde el único tubo de drenaje común tiene un diámetro lo suficientemente grande como para asegurar una pérdida insignificante de presión por fricción cuando se transporta el líquido desde los recipientes separadores hasta los conductos de entrada de la sección de transferencia de calor.
La invención se explicará ahora con más detalle con referencia al dibujo adjunto. El dibujo muestra solo un ejemplo de una realización práctica de la invención, sin limitar el alcance de la invención.
Bastante similar a lo que se conoce de EP 1526331 A1, también el presente sistema evaporador está incrustado y posicionado al menos parcialmente dentro de un conducto 1 de gas sustancialmente horizontal que está guiando un flujo 2 de gas de calentamiento. El sistema evaporador está diseñado para transferir calor del flujo 2 de gas a un medio de flujo, que fluye a través del sistema evaporador. El sistema evaporador tiene al menos una sección 3 de transferencia de calor del evaporador que comprende una pluralidad de tubos 13 de transferencia de calor de extensión sustancialmente vertical. Típicamente tales tubos 13 de transferencia de calor están dispuestos en una matriz que tiene disposiciones de tubos 13 de transferencia de calor en una dirección transversal a la dirección de flujo del gas 2 de calentamiento. La sección 3 de transferencia de calor está en comunicación fluida con al menos un conducto 10 de entrada para suministrar típicamente agua como medio de flujo a los tubos 13 de transferencia de calor, donde se evapora parcialmente y con al menos un conducto 16 de salida para transferir el medio de flujo como mezcla bifásica de agua y vapor húmedo a al menos un recipiente 8 horizontal para una separación primaria de agua y vapor húmedo. Tal recipiente 8 de separación horizontal también está conectado al conducto 10 de entrada para transportar agua desde el al menos un recipiente 8 horizontal de regreso a los conductos 10 de entrada. El recipiente 8 de separación horizontal también está en comunicación fluida con al menos un conducto 9 de salida para transferir el agua separada del recipiente 8 horizontal de regreso al conducto 10 de entrada de la sección de transferencia de calor del evaporador. Además, el recipiente 8 horizontal está en comunicación fluida con al menos una tubería 17 de vapor húmedo para transferir el medio de flujo de la fase de vapor saturado separado (típicamente el vapor húmedo) a al menos un recipiente 18 vertical para una separación secundaria de vapor-líquido (secado). El recipiente 8 horizontal para la separación primaria de vapor líquido está dispuesto en una región superior de la sección de transferencia de calor del evaporador. El recipiente 18 de separación vertical recibe el vapor húmedo separado del recipiente 8 horizontal. El recipiente 18 de separación vertical también está en comunicación fluida con al menos un conducto 20 de salida para extraer el vapor seco a un sistema de recalentamiento aguas abajo. El conducto 17 de entrada de la tubería 17 de vapor húmedo en el recipiente 18 vertical está dispuesto sobre el nivel de líquido del recipiente 18 vertical. Además, la conexión del conducto 20 de salida de vapor separado del recipiente 18 separador vertical está dispuesta por encima del nivel de líquido del recipiente 8 separador horizontal.
Desde EP 1526 331 A1, se conoce un sistema evaporador para una caldera industrial, que incluye además una tubería entre la parte inferior del recipiente vertical y el horizontal a través de la cual el agua, separada en el recipiente 18 vertical es transportada de regreso al recipiente 8 horizontal. El inconveniente de esta realización conocida es que la pérdida de presión por fricción inducida por el flujo sobre los conductos de vapor interconectados y los interiores de los recipientes de separación vertical puede provocar un aumento del nivel de agua en el recipiente vertical. El aumento del nivel de agua en el recipiente vertical puede dar lugar a que se arrastre algo de agua con el vapor seco, reduciendo así la capacidad de secado del recipiente vertical.
La presente invención se centra en una tubería alternativa a esa tubería como se describe en el dibujo de EP 1526 331 A1. Ahora, el líquido separado del recipiente 18 vertical se enruta de regreso a través de una tubería 19 de drenaje de líquido al conducto 10 de entrada de la sección 3 de transferencia de calor del evaporador. Desde ahora, tanto la tubería 19 de drenaje de líquido como el conducto 9 de bajada del recipiente 8 separador horizontal están conectados al conducto 10 de entrada de la sección 3 de transferencia de calor del evaporador, el medio tanto en la tubería 19 de drenaje de líquido como en el conducto 9 de bajada están en comunicación de flujo. Si no se transfiere calor del gas 2 al medio de flujo en los tubos 13 de transferencia de calor, la densidad del medio de flujo en los tubos 13 de transferencia de calor será la misma que la densidad del medio de flujo en la tubería 19 de drenaje de líquido y los conductos 9 de bajada y también el nivel de agua en el recipiente 8 horizontal es el mismo que el nivel de líquido en el recipiente 18 vertical. Si se transfiere calor del gas 2 al medio de flujo en los tubos 13, el medio de flujo en los tubos 13 de transferencia de calor se evaporará parcialmente y la densidad promedio del medio de flujo en los tubos 13 de transferencia de calor será menor a la densidad promedio del medio de flujo en el conducto 9 de bajada y en la tubería 19 de drenaje de líquido. Bajo la influencia de la gravitación, el medio de flujo comienza a fluir hacia abajo a través del conducto 10 de bajada y la mezcla de vapor húmedo y agua generada en los tubos 13 de transferencia de calor comienza a fluir hacia arriba. Esta mezcla fluye hacia el recipiente 8 horizontal, donde el vapor húmedo se separa primero del agua y luego fluye hacia el recipiente 18 vertical. El agua restante suministrada para reponer la pérdida del medio de flujo y fluye hacia el conducto 9 de bajada. El flujo de reposición asegura que el nivel del agua en el recipiente 8 horizontal no baje. El flujo sustancial del medio de flujo de agua a través del conducto 9 de bajada induce una caída de presión por fricción, que contrarresta la carga gravitacional de la columna de agua. En consecuencia, la carga hidrostática neta ejercida por el agua que fluye a través del conducto 9 de bajada se reduce. El medio de flujo de líquido en la tubería 19 de drenaje de líquido desde el recipiente 18 vertical también tendrá la tendencia a fluir hacia abajo hacia el conducto 10 de entrada de la sección 3 de transferencia de calor. Sin embargo, el único medio de flujo de líquido disponible se debe a la separación secundaria de líquido de vapor que entra en el recipiente 18 vertical. No se establecerá un flujo de bajada sustancial en la tubería 19 de drenaje de líquido y, por tanto, ninguna pérdida significativa de presión por fricción contrarrestará la altura gravitacional. El nivel de líquido en el recipiente 18 vertical tendrá que bajar para equilibrar la altura hidrostática neta ejercida por el líquido que fluye a través del conducto 9 de bajada. La pérdida de altura en el conducto 9 de bajada menos la pérdida de altura de fricción sobre la tubería 19 de drenaje de líquido de interconexión y el interior del recipiente 18 vertical es igual a la altura de elevación entre los niveles de líquido de los recipientes verticales y horizontales. La caída del nivel de líquido en el recipiente 18 separador vertical impide que el líquido sea arrastrado con el vapor seco por la tubería 20 de vapor seco. Cuando la pérdida de altura de fricción en el conducto 9 de bajada excede la pérdida de altura de fricción sobre el conducto de vapor interconectado y los internos del separador vertical, el nivel de líquido en el recipiente 18 vertical caerá por debajo del nivel de líquido en el recipiente 8 horizontal. Dependiendo de la configuración del recipiente 18 vertical real y de la disposición espacial de este recipiente en relación con el recipiente 8 horizontal, el nivel real de líquido puede caer en la tubería 19 de drenaje de líquido. Esta condición coincide con el objetivo de la presente invención. En la presente invención, la sección 3 de transferencia de calor se alimenta desde abajo, lo que significa que el conducto 10 de entrada está dispuesto en una región más baja de la sección 3 de transferencia de calor. El conducto 16 de salida está dispuesto en una región superior de la sección de transferencia de calor.
La figura es un dibujo esquemático de una realización preferida específica de la presente invención. Aquí el sistema evaporador comprende al menos una sección 3 de transferencia de calor del evaporador colocada al menos parcialmente en el conducto 1 de gas sustancialmente horizontal. El gas de calentamiento indicado por las flechas 2 fluye a través del conducto 1 de gas en una dirección longitudinal. El medio de flujo líquido es suministrado por uno o más conductos 7 de suministro a los recipientes 8 horizontales primarios. A través de los conductos 9 de bajada, el agua fluye a los conductos 10 de entrada y a través de los colectores 11 de distribución y los cabezales 12 de distribución como medio de flujo hacia las secciones 3 de transferencia de calor del evaporador. El medio de flujo entra en las secciones 3 de transferencia de calor del evaporador como líquido de una sola fase. El medio de flujo es calentado por el gas 2 de calefacción y es descargado como una mezcla de dos fases de vapor húmedo y agua. En la región superior de la sección 3 de transferencia de calor del evaporador, esta mezcla se recoge a través de cabezales 14 y múltiples 15 colectores y se transporta a través de los conductos 16 de salida. La mezcla de dos fases se descarga a los recipientes 8 horizontales. En el recipiente 8 horizontal, la mezcla se divide en agua y vapor húmedo. El agua se descarga en el conducto 9 de bajada y el vapor húmedo se descarga a través de la tubería 17 de vapor húmedo al recipiente 18 vertical. En el recipiente 18 vertical, el líquido restante se separa del vapor seco. El medio de flujo en la fase líquida se descarga a través de la tubería 19 de drenaje de líquido a los conductos 10 de entrada, distribuyendo los colectores 11 y distribuyendo los cabezales 12 de regreso a la sección 3 de transferencia de calor del evaporador.

Claims (2)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema evaporador para una caldera industrial, que contiene un sistema de transferencia de calor para generar una mezcla de agua y vapor, medios para separar el agua y el vapor de la mezcla de agua y vapor y medios para secar el vapor húmedo separado.
- en donde al menos un recipiente (8) horizontal contiene una cantidad mínima requerida de agua, un volumen de vapor relativamente pequeño e internos para la separación de agua y vapor húmedo,
- y en donde al menos un recipiente (18) vertical contiene internos para secar el vapor húmedo a valores predeterminados separando el líquido del vapor húmedo,
- y en donde el al menos un recipiente (8) horizontal y al menos un recipiente (18) vertical están conectados entre sí por al menos una tubería (17) de vapor húmedo a través de la cual se transporta el vapor húmedo separado del recipiente (8) horizontal al recipiente (18) vertical,
- y en donde el al menos un recipiente (8) horizontal tiene una conexión a los conductos (16) de salida de al menos una sección (3) de transferencia de calor del evaporador del sistema de transferencia de calor para transportar una mezcla de agua-vapor desde el al menos una sección (3) de transferencia de calor del evaporador al recipiente (8) horizontal,
y en donde el al menos un recipiente (8) horizontal tiene además una conexión a al menos un conducto (9) de bajada para transportar agua desde el al menos un recipiente (8) horizontal de regreso a los conductos (10) de entrada de la al menos una sección (3) de transferencia de calor del evaporador,
- y en donde el al menos un recipiente (18) vertical tiene además una conexión con al menos una tubería (20) de vapor seco para descargar el vapor seco fuera del recipiente (18) vertical,
caracterizado porque
el al menos un recipiente (18) vertical, tiene una conexión a una tubería (19) de drenaje de líquido para transportar líquido desde el al menos un recipiente (18) vertical de regreso a los conductos (10) de entrada de la al menos una sección (3) de transferencia de calor del evaporador.
2. Un sistema evaporador de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque
la tubería (19) de drenaje de líquido comprende un tubo de drenaje de líquido común, donde se recoge el líquido separado de los múltiples recipientes (18) separadores verticales y en donde la tubería de drenaje común tiene un diámetro lo suficientemente grande como para asegurar una pérdida de presión por fricción insignificante cuando el líquido se transporta desde los recipientes (18) separadores a los conductos (10) de entrada de la sección de transferencia de calor.
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