ES2846894T3 - Unidad de generador de vapor con función Power-to-heat - Google Patents

Abstract

Unidad de generador de vapor (1) con función Power-to-heat conectable opcionalmente, que comprende una caldera de vapor (2) con espacio para gases (24) y espacio para agua (25) para la generación de vapor de agua con ayuda de un medio de calefacción fluido, suministrándose agua a través de una primera conexión de agua de alimentación controlable (20), y saliendo el vapor de agua a través de una salida de la caldera de vapor (26), estando provista una unidad de evaporador de electrodo (4) con al menos un electrodo de calefacción conectable (42) que entra respectivamente en un depósito de presión que comprende espacio para gases y agua (44, 45), caracterizada por que respectivamente los espacios de gas y agua (24, 44, o bien 25, 45) de la caldera de vapor (2) y la unidad de evaporador de electrodo (4) presentan unión fluida entre sí, siendo controlable la unión fluida (55) entre ambos espacios de agua (25, 45) a través de una válvula (56), comprendiendo el espacio para gases (44) de la unidad de evaporador de electrodo una salida controlable (46), y presentando la unidad de evaporador de electrodo (4) una segunda conexión de agua de alimentación controlable (40).

Description

DESCRIPCIÓN

Unidad de generador de vapor con función Power-to-heat

La invención se refiere a una unidad de generador de vapor con función Power-to-heat conectable opcionalmente, así como a un procedimiento para el funcionamiento de una correspondiente unidad de generador de vapor. Los generadores de vapor, en los que se genera vapor de agua a partir de agua bajo alimentación de calor, se emplean en diferentes ámbitos técnicos, entre otros también en diversos tipos de centrales termoeléctricas, así como centrales eléctricas de turbinas de gas y vapor (centrales eléctricas GuD).

En el caso de centrales termoeléctricas, para la generación de vapor se utilizan generalmente los gases de combustión calientes producidos a partir de procesos de combustión. En el caso de centrales eléctricas GuD, en las que una turbina de gas propulsa un primer generador para la generación de energía eléctrica, el calor de escape disponible en forma de gas de escape de la turbina de gas se utiliza para la generación de vapor, con el que se acciona una turbina de vapor, que propulsa un segundo generador para la generación de energía eléctrica. También es conocido utilizar ulteriormente el vapor saliente en una central termoeléctrica o central eléctrica GuD, a modo de ejemplo para calentar agua para la calefacción urbana. Por lo tanto, en el caso de acoplamientos de electricidad-calor (KWK) correspondientes, además de energía eléctrica también se dispone energía térmica de manera utilizable. En este caso se reduce ciertamente el grado de acción de una central eléctrica con acoplamiento de electricidad-calor referido a la generación de energía eléctrica, pero, en la observación de la generación de energía tanto eléctrica como también térmica, normalmente es accesible un grado de acción total elevado.

El calor generado por una central eléctrica KWK conocida, debido a la utilización del calor de escape de la generación de corriente como fuente de calor, es dependiente de la energía eléctrica en gran parte. De este modo, en principio, una central eléctrica KWK podrá disponer energía térmica solo en una medida dependiente de la energía eléctrica generada.

Por ejemplo, mediante el uso de hornos adicionales en centrales eléctricas GuD-KWK, con los que se pueden calentar ulteriormente los gases de escape calientes procedentes de la turbina de gas, en caso necesario es ciertamente posible poner a disposición más vapor de agua que el que resultaría únicamente de la generación de energía eléctrica, aunque a tal efecto se quema adicionalmente combustible fósil. Además, la energía térmica, o bien la generación de vapor adicional generada mediante el horno adicional, es controlable solo de manera limitada, de modo que junto con el calentamiento adicional también debe estar prevista normalmente una inyección de agua para la refrigeración de vapor, en caso dado sobrecalentado.

Es sabido que la generación de energía eléctrica mediante centrales eléctricas KWK se reduce en especial si no hay ningún consumidor para la energía eléctrica, por ejemplo ya que el consumo momentáneo de todos los consumidores de electricidad conectados a una red de abastecimiento está cubierto completamente por otras centrales eléctricas, o bien mediante instalaciones de generación regenerativas, es decir, ya que existe una oferta excesiva de energía eléctrica en el funcionamiento ulterior no reducido de una central eléctrica KWK. En el estado de la técnica se propuso ya utilizar energía eléctrica excedente en tales situaciones para poner a disposición una cantidad de calor deseada para los consumidores de calor de centrales eléctricas KWK si el calor de escape de la generación de corriente no es suficiente para ello por sí solo.

A tal efecto, en el estado de la técnica son conocidas unidades de caldera separadas, con las que se puede generar vapor de agua o agua caliente a través de elementos de calefacción accionados eléctricamente. El calor generado de este modo se puede suministrar a un consumidor de calor postconectado (por ejemplo, a un cambiador de calor para la calefacción urbana) junto con el calor de escape de la instalación de generación de corriente. En los documentos “VELDE Boilers and Plants: “Electrode boilers” y “PARAT: PARAT IEH: High Voltage Electrode boiler for Steam and Hot water” se describen calderas adicionales separadas.

En este estado de la técnica son desfavorables los costes de inversión elevados para unidades de caldera correspondientes, así como el frecuentemente considerable consumo de energía de las unidades de caldera en modo Stand-by, es decir, en momentos en los que la unidad de caldera no genera vapor de agua. Para poder disponer vapor de agua también a corto plazo en caso necesario -como se requiere normalmente- el agua contenida en una unidad de caldera correspondiente se debe mantener concretamente a una temperatura poco por debajo de la temperatura de ebullición. Solo así se puede asegurar que se disponga vapor de agua también a corto plazo mediante conexión de los elementos de calefacción accionados eléctricamente.

Es tarea de la presente invención crear una unidad de generación de vapor con función Power-to-heat conectable opcionalmente, así como un procedimiento para su funcionamiento, en el que ya no se produzcan, o bien se produzcan solo en alcance reducido los inconvenientes conocidos por el estado de la técnica.

Esta tarea se soluciona mediante una unidad de generador de vapor según la reivindicación principal, así como un procedimiento según la reivindicación subordinada 6. Son objeto de las reivindicaciones dependientes perfeccionamientos ventajosos.

Por consiguiente, la invención se refiere a una unidad de generador de vapor con función Power-to-heat conectable opcionalmente, que comprende una caldera de vapor con espacio para gases y espacio para agua para la generación de vapor de agua con ayuda de un medio de calefacción fluido, suministrándose agua a través de una primera conexión de agua de alimentación controlable, y saliendo el vapor de agua a través de una salida de la caldera de vapor, estando provista una unidad de evaporador de electrodo con al menos un electrodo de calefacción conectable que entra respectivamente en un depósito de presión que comprende espacios para gases y agua, presentando unión fluida entre sí respectivamente los espacios de gas y agua de la caldera de vapor y la unidad de evaporador de electrodo, siendo controlable la unión fluida entre ambos espacios de agua a través de una válvula, comprendiendo el espacio para gases de la unidad de evaporador de electrodo una salida controlable, y presentando la unidad de evaporador de electrodo una segunda conexión de agua de alimentación controlable. La invención se refiere además a un procedimiento para el funcionamiento de una unidad de generador de vapor según la invención con función Power-to-heat,

- Efectuándose el suministro de agua de alimentación a la caldera de vapor, en el caso de una generación de vapor sin función Power-to-heat, a través de la conexión de agua de alimentación de la unidad de evaporador de electrodo, y efectuándose la unión fluida entre los espacios para agua de la caldera de vapor y de la unidad de evaporador de electrodo y ajustándose la salida de la unidad de evaporador de electrodo de modo que una parte del vapor de agua generado en la caldera de vapor llega a la salida a través del espacio para gases de la unidad de evaporador de electrodo; y

- Estando cerradas tanto la unión fluida entre los espacios para agua de la caldera de vapor y de la unidad de evaporador de electrodo como también la salida de la unidad de evaporador de electrodo en el caso de una generación de vapor con función Power-to-heat, y ajustándose el nivel en la unidad de evaporador de electrodo a través de la conexión de agua de alimentación de modo que el electrodo de calefacción, al menos uno, para la generación de vapor de agua entra en el espacio para agua de la unidad de evaporador de electrodo.

Primeramente, se explican algunos conceptos utilizados en relación con la invención.

Se denomina “espacio para gases” y “espacio para agua” el espacio en el interior de la caldera, o bien del depósito de presión, ocupado por una parte por el vapor de agua gaseoso, o bien una mezcla gaseosa de vapor de aguaaire, por otra parte por el agua líquida, durante la generación de vapor en una caldera, o bien depósito de presión. El límite entre espacio para gases y para agua se puede desplazar ciertamente dentro de cierto margen durante la generación de vapor debido a diversas influencias o mediante modificación consciente de los parámetros de funcionamiento. No obstante, sin más también se pueden definir zonas en una caldera, o bien depósito de presión, que se pueden asignar claramente al espacio para gases, o bien para agua, en el caso de funcionamiento adecuado de la caldera, o bien del depósito de presión, para la generación de vapor también en diferentes estados de funcionamiento.

Los componentes se consideran “controlables” si se pueden controlar a través de señales de control procedentes de un dispositivo de control. Por el contrario, un componente ajustable manualmente (por ejemplo, a través de una manivela) no es controlable en el sentido de la presente invención.

Un componente es “conectable” si se puede conectar y desconectar a voluntad - preferentemente a través de señales de control procedentes de un dispositivo de control.

Se denomina “válvula de estrangulamiento” un dispositivo con el que se puede variar la sección transversal de circulación a través de una tubería de un valor máximo a cero. Es preferente que la sección transversal de flujo libre ajustable como máximo de una válvula de estrangulamiento corresponda esencialmente a la sección transversal de la tubería. En este caso, en una correspondiente posición de la válvula se produce una acción de estrangulamiento nula o apenas muy reducida. Una reducción a cero de la sección transversal de flujo libre corresponde a un bloqueo de la tubería.

La invención ha identificado que la unión según la invención de una unidad con función Power-to-heat directamente a una caldera de vapor, que genera vapor de agua por medio de un medio de calefacción fluido (por ejemplo, el gas de escape de procesos de combustión), aporta claras ventajas frente al estado de la técnica. Además del ahorro de una unidad de caldera separada, accionada eléctricamente, por lo demás necesaria para la consecución de una función Power-to-heat, mediante una correspondiente integración, o bien unión, se puede conseguir un modo Stand-by eficiente energéticamente. También se puede regular suficientemente bien el vapor de agua generado eléctricamente, de modo que, por regla general, se puede prescindir de una inyección de agua para la refrigeración de vapor de agua, en caso dado sobrecalentado.

Para obtener estas ventajas, según la invención está previsto unir a una caldera de vapor conocida en sí, preferentemente una caldera de tubería de agua, para la generación de vapor de agua bajo suministro de calor gaseoso (por ejemplo, en forma de gases de escape de procesos de combustión), una unidad de evaporador de electrodo según el principio de un tubo comunicante. A tal efecto, tanto los espacios para gases de la caldera de vapor, así como del depósito de presión de la unidad de evaporador de electrodo, como también los respectivos espacios para agua presentan unión fluida entre sí. En este caso, la conexión de ambos espacios para gases puede existir permanentemente, mientras que la conexión de ambos espacios para agua se puede cerrar de manera opcional mediante una válvula controlable. Preferentemente, también se puede controlar el flujo a través de la unión fluida citada en último lugar, para lo cual la válvula controlable se puede configurar, por ejemplo, como válvula de estrangulamiento controlable.

La unidad de evaporador de electrodo presenta además una salida controlable a través de una válvula controlable, con la que se puede emitir aire o vapor de agua de la unidad de evaporador de electrodo al ambiente - en caso dado a través de un descompresor de descarga-. En el caso de la válvula se puede tratar preferentemente de una válvula de estrangulamiento controlable.

Es preferente que la salida controlable, además de la emisión al ambiente, se pueda unir opcionalmente con una instalación postconectada para la utilización del vapor de agua que sale por la salida. En el caso de la instalación postconectada también se puede tratar en especial de la instalación que está conectada con la salida de la caldera de vapor. Para poder emitir el vapor de agua que sale por la salida de la unidad de evaporador de electrodo opcionalmente al ambiente o a una instalación postconectada, por ejemplo pueden estar previstas dos salidas, respectivamente con válvulas controlables en la unidad de evaporador de electrodo, una ramificación unida con una salida de la unidad de evaporador de electrodo, en cuyas dos bocas está dispuesta respectivamente una válvula controlable, o una válvula controlable unida con una salida de la unidad de evaporador de electrodo con válvula de dos vías controlable situada por detrás. En todas las realizaciones, expuestas únicamente de manera ejemplar, se emplean de modo preferente válvulas de estrangulamiento controlables como válvulas controlables. Es especialmente preferente que la resistencia al flujo a través de la salida de la unidad de evaporador de electrodo -en especial en el caso de una unión opcional con una instalación postconectada- sea ajustable a voluntad a un valor mayor o menor que la resistencia al flujo a través de la salida de la caldera de vapor. Mediante una correspondiente ajustabilidad de la resistencia al flujo se puede regular el volumen de vapor de agua conducido a través del espacio para gases de la unidad de evaporador de electrodo, descrito aún más detalladamente a continuación. Un correspondiente control de la resistencia al flujo se puede conseguir, por ejemplo, mediante una válvula de estrangulamiento controlable de diseño apropiado.

Tanto la caldera de vapor como también la unidad de evaporador de electrodo disponen de una conexión de agua de alimentación controlable, en las que es controlable, por lo tanto, la afluencia de agua de alimentación a la caldera de vapor y/o la unidad de evaporador de electrodo. En el caso del agua de alimentación se puede tratar en especial de agua calentada parcialmente hasta poco por debajo de la temperatura de vapor saturado ya mediante otros procesos y/o un precalentador (economizador).

En el caso de unión fluida abierta entre el espacio para agua de la caldera de vapor y la unidad de evaporador de electrodo, en ambas se ajusta un nivel de agua idéntico según el principio de tubos comunicantes. Además, para una caldera de vapor se establece habitualmente un nivel de agua de funcionamiento, que se mantiene durante el funcionamiento mediante suministro de agua de alimentación controlado de modo apropiado. Es preferente configurar el electrodo de calefacción, al menos uno, de la unidad de evaporador de electrodo de modo que no entre en el espacio para agua de la unidad de evaporador de electrodo en el estado de la unidad de generador de vapor descrito durante el funcionamiento.

Al menos una entrada de agua de alimentación, la salida de la caldera de vapor y/o la salida de la unidad de evaporador de electrodo, puede presentar una unidad de calefacción accionada eléctricamente para el calentamiento del medio que fluye a través. Las correspondientes unidades de calefacción se pueden realizar, por ejemplo, como hojas de calefacción. Mediante las unidades de calefacción se pueden compensar temperaturas demasiado reducidas del agua de alimentación y/o del vapor saliente, que se producen brevemente en caso dado.

La unidad de generador de vapor comprende preferentemente un dispositivo de control y sensores unidos a este, por ejemplo para la medición de la temperatura en diversos lugares, a seleccionar por el especialista adecuadamente, en la unidad de generador de vapor y/o para la determinación del nivel de agua en la caldera de vapor y/o la unidad de evaporador de electrodo.

A continuación, se explica el funcionamiento de la unidad de generador de vapor por medio del procedimiento según la invención.

En una generación de vapor sin función Power-to-heat -es decir, sin que se genere vapor de agua adicional a través de la unidad de evaporador de electrodo- el vapor de agua se genera únicamente a través de la caldera de vapor a partir de agua de alimentación suministrada de modo conocido. En este caso, el agua de alimentación está precalentada normalmente por medio de otros procesos y/o un economizador. El agua de alimentación puede presentar en especial una temperatura poco, por ejemplo 2 Kelvin, por debajo de la temperatura de vapor saturado.

Según la invención está previsto que el suministro de agua de alimentación a la caldera de vapor se efectúe en este modo de funcionamiento a través de la segunda conexión de agua de alimentación y la unión fluida entre los espacios para agua de la caldera de vapor y de la unidad de evaporador de electrodo, que está abierta a tal efecto. Esto ofrece la ventaja de que el espacio para agua en la unidad de evaporador de electrodo se atraviesa siempre por agua de alimentación y adopta de este modo una temperatura correspondiente a la temperatura del agua de alimentación.

La salida de la unidad de evaporador de electrodo está ajustada además de modo que una parte del vapor de agua generado en la caldera de vapor no se conduce directamente a una instalación postconectada, sino más bien a través del espacio para gases de la unidad de evaporador de electrodo, antes de salir a través de la salida de la unidad de evaporador de electrodo. Para mantener pérdidas lo más reducidas posible en este caso, es preferente conducir a la utilización posterior el vapor de agua de una instalación postconectada, que sale por la salida de la unidad de evaporador de electrodo. En el caso de la instalación postconectada se puede tratar en especial de la instalación que está unida con la salida de la caldera de vapor (por ejemplo, una turbina de vapor o un cambiador de calor para calefacción urbana). Conduciéndose el vapor de agua generado en la caldera de vapor parcialmente a través del espacio para gases de la unidad de evaporador de electrodo, el espacio para gases y el electrodo de calefacción dispuesto en este, al menos uno, se precalientan de manera eficiente energéticamente. La corriente volumétrica de vapor de agua conducida a través de dicho espacio para gases se puede regular a través de la resistencia al flujo en la salida de la unidad de evaporador de electrodo -por ejemplo, a través de una válvula de estrangulamiento controlable dispuesta en esta-.

Para una generación de vapor con función Power-to-heat, en la que también se genera vapor de agua a través de la unidad de evaporador de electrodo, primeramente se cierra la unión fluida entre los espacios para agua de la caldera de vapor y de la unidad de evaporador de electrodo. El abastecimiento de la caldera de vapor con agua de alimentación, necesario para la generación continua de vapor de agua, se efectúa entonces a través de la primera conexión de agua de alimentación de la caldera de vapor. También se cierra la salida de la unidad de evaporador de electrodo, de modo que el vapor de agua generado en la unidad de evaporador de electrodo, a través de la unión fluida de ambos espacios para gases de la caldera de vapor y de la unidad de evaporador de electrodo, llega a la caldera de vapor, y de esta posteriormente a través de la salida de la caldera de vapor. Mediante la mezcla, a efectuar ya en la caldera de vapor, del vapor de agua generado por la caldera de vapor por una parte y la unidad de evaporador de electrodo por otra parte, se puede conseguir una presión en la salida de la caldera de vapor esencialmente constante por la utilización efectiva de la función Power-to-heat.

Para la verdadera generación de vapor de agua a través de la unidad de evaporador de electrodo, el nivel de agua en la unidad de evaporador de electrodo se aumenta a través de la segunda conexión de agua de alimentación, y por consiguiente se desplaza el límite entre espacio para gases y agua en la unidad de evaporador de electrodo, de modo que el electrodo de calefacción, al menos uno, entra en el espacio para agua y puede generar vapor de agua en el caso de abastecimiento apropiado del electrodo de calefacción con energía eléctrica. Debido al calentamiento a efectuar en el funcionamiento de la unidad de generador de vapor con función Powerto-heat, tanto del espacio para gases como también para agua (véase más arriba), normalmente es posible una generación de vapor de agua rápida, si no casi inmediata, a través de la unidad de evaporador de electrodo. Esto se considera en especial si el agua de alimentación tiene una temperatura próxima a la temperatura de vapor saturado en la alimentación.

La generación de vapor a través de la unidad de evaporador de electrodo se puede regular directamente a través del nivel de agua en la unidad de evaporador de electrodo, que se puede conseguir a su vez fácilmente a través de la segunda conexión de agua de alimentación controlable, en caso dado también mediante apertura breve de la unión controlable del espacio para agua de la unidad de evaporador de electrodo con el espacio para agua de la caldera de vapor. Por ejemplo, si el nivel de agua se reduce de modo que el electrodo de calefacción ya no entre en el espacio para agua, la generación de vapor de agua a través de la unidad de evaporador de electrodo termina inmediatamente.

Para cambiar de una generación de vapor con función Power-to-heat al modo de funcionamiento sin función Power-to-heat, las válvulas controlables se abren en la unión de los espacios para agua de unidad de evaporador de electrodo y caldera de vapor, así como en la salida de la unidad de evaporador de electrodo -en caso dado tras una equiparación previa del nivel de agua en la unidad de evaporador de electrodo al nivel de agua en la caldera de vapor-.

La invención se describe ahora de manera ejemplar por medio de una forma de realización preferente con referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

La Figura 1: un primer ejemplo de realización de una unidad de generador de vapor según la invención en funcionamiento sin función Power-to-heat; y

La Figura 2: la unidad de generador de vapor según la Figura 1 en funcionamiento con función Power-toheat.

En las Figuras 1 y 2 se representa un primer ejemplo de realización de una unidad de generador de vapor 1 según la invención en diferentes modos de funcionamiento. La unidad de generador de vapor 1 se realiza como parte de una central eléctrica GuD (no representada).

La unidad de generador de vapor 1 comprende una caldera de vapor con sobrecalentador postconectado. La caldera de vapor se realiza como caldera de tubería de agua y dispone de una primera conexión de agua de alimentación 20, controlable con ayuda de la válvula de estrangulamiento controlable 21. La conexión de agua de alimentación 20 presenta además una unidad de calefacción accionada eléctricamente 22, con la que aún se puede calentar el agua de alimentación antes de la afluencia a la caldera de vapor, si no presenta la temperatura deseada. El agua de alimentación viene de un economizador (no representado) de la central eléctrica GuD-KWK. La caldera de vapor -a l igual que los sobrecalentadores 3 - se inunda por el gas de escape caliente de una turbina de gas de la central eléctrica GuD-KWK como medio de calefacción fluido, que emite su calor al agua en la caldera de vapor, con lo que esta se evapora, o bien el vapor en el sobrecalentador 3 para aumentar la temperatura del vapor. La zona inundada por el gas de escape caliente de la turbina de gas se indica en la Figura 1 como línea de trazos y puntos. El sentido del flujo se indica mediante la flecha 90.

A la caldera de vapor se suministra siempre suficiente agua de alimentación en el funcionamiento, de modo que se mantiene un nivel de agua de funcionamiento 23 establecido. El nivel de agua de funcionamiento 23 representa simultáneamente el límite entre espacio para gases 24 y espacio para agua 25 de la caldera de vapor. Mientras que el espacio para agua 25 es ocupado por agua en fase líquida, el vapor de agua se encuentra en el espacio para gases 24.

En la zona del espacio para gases 24 está prevista la salida de la caldera de vapor 26, a través de la cual el vapor de agua generado en la caldera de vapor puede salir para llegar, entre otros, al sobrecalentador 3. En este se calienta ulteriormente el vapor de agua a través del gas de escape caliente de la turbina de gas. Si el calentamiento a través del gas de escape caliente no es suficiente, en sentido de flujo del vapor de agua, tras el sobrecalentador 3 está prevista aún una unidad de calefacción accionada eléctricamente 30, con la que se puede aumentar la temperatura del vapor en caso necesario.

Con la caldera de vapor está unida unidad de evaporador de electrodo 4 según el principio de un tubo comunicante. La unidad de evaporador de electrodo 4 comprende un depósito de presión, que se puede subdividir igualmente en un espacio para gases 44 y un espacio para agua 45. Está prevista respectivamente una unión fluida 54 entre el espacio para gases 24 de la caldera de vapor y el espacio para gases 44 de la unidad de evaporador de electrodo 4, así como una unión fluida 55 entre el espacio para agua 25 de la caldera de vapor y el espacio para agua 45 de la unidad de evaporador de electrodo 4. La unión fluida 55 entre ambos espacios para agua 25, 45, comprende una válvula de estrangulamiento controlable 56. La unión fluida 54 no tiene válvula. En el espacio para gases 44 de la unidad de evaporador de electrodo 4 está prevista además una salida 46, por la que se emite vapor de agua al ambiente desde una primera válvula controlable 47 -en caso dado a través de un descompresor de descarga (no representado) - o a través de una segunda válvula controlable 48 se puede suministrar vapor de agua al sobrecalentador 3. En este caso, la salida 46 está unida a un punto de alimentación 31 del sobrecalentador 3, de modo que, con válvula 48 completamente abierta, la resistencia al flujo del espacio para gases 24 de la caldera de vapor a través del espacio para gases 44 de la unidad de evaporador de electrodo 4 y la válvula 47 al punto de alimentación 31 en el sobrecalentador 3 es menor que la resistencia al flujo de la unión directa del espacio para gases 24 de la caldera de vapor con el sobrecalentador 3, o bien el punto de alimentación 31 del sobrecalentador 3. Con válvula 47 cerrada, de este modo, solamente a través de la válvula 48 se puede regular la corriente volumétrica, que fluye a través del espacio para gases 44 de la unidad de evaporador de electrodo 4, de vapor de agua procedente del espacio para gases 24 de la caldera de vapor. La válvula 47 sirve en especial para la compensación de presión en el caso de un llenado de la unidad de generador de vapor 1 con agua en el caso de caldera de vapor vaciada previamente, pero también se puede abrir en el caso de presiones de caldera demasiado elevadas durante el funcionamiento.

La unidad de evaporador de electrodo 4 presenta una segunda conexión de agua de alimentación 40, que es controlable a través de la válvula 41. El agua de alimentación, también para esta conexión de agua de alimentación 40, procede de un economizador de la central eléctrica GuD-KWK no representado. En la unidad de evaporador de electrodo 4 están previstos además electrodos de calefacción conectables 42 que entran en el depósito de presión.

Todas las válvulas controlables, así como los electrodos de calefacción controlables 42, se controlan a través de un dispositivo de control 60. Por motivos de claridad, las tuberías de control respectivas no se representan. Lo mismo se considera para los diversos sensores de temperatura, presión y nivel de agua, que son necesarios para un funcionamiento de la unidad de generador de vapor 1 como se describe a continuación, y están previstos sin más por un especialista en puntos necesarios y apropiados a tal efecto.

Mediante las Figuras 1 y 2 se explican ahora dos modos de operación diferentes de la unidad de generador de vapor 1 -una vez sin y una vez con función Power-to-heat activada-. En este caso, la Figura 1 muestra el modo de funcionamiento sin función Power-to-heat, mientras que la función Power-to-heat está activada en el modo de funcionamiento representado en la Figura 2.

En el caso de funcionamiento sin Power-to-heat, el vapor de agua se genera únicamente mediante la energía térmica suministrada en forma de gas de escape caliente, o bien a otro medio de calefacción fluido. De este modo, el agua de alimentación se genera primeramente en la caldera de vapor de modo conocido, y a continuación se aumenta su temperatura en el sobrecalentador 3.

No obstante, en la unidad de generador de vapor 1 según la invención, el suministro de agua de alimentación caliente en el modo de funcionamiento cuestionable no se efectúa directamente a través de la conexión de agua de alimentación 20 de la caldera de vapor, sino más bien a través de la conexión de agua de alimentación 40 de la unidad de evaporador de electrodo 4 y la conducción fluida 55 abierta a tal efecto. En otras palabras, el agua de alimentación se conduce a través del espacio para agua 45 de la unidad de evaporador de electrodo 4 antes de llegar al espacio para agua 25 de la caldera de vapor. De este modo se asegura que el agua que se encuentra en el espacio para agua 45 de la unidad de evaporador de electrodo 4 presente esencialmente la temperatura del agua de alimentación. Ya que el agua de alimentación en el presente ejemplo viene de un economizador de una central eléctrica Gud-KWK, esta presenta en general una temperatura de aproximadamente 2 Kelvin por debajo de la temperatura de vapor saturado.

Por lo demás, la salida 46 de la unidad de evaporador de electrodo 4, y en especial la válvula 48, se controla de modo que una parte del vapor de agua que sale por la salida 26 de la caldera de vapor se conduce a través del espacio para gases 44 de la unidad de evaporador de electrodo 4 al punto de alimentación 31 en el sobrecalentador 3.

Conduciéndose tanto el agua de alimentación como también una parte del vapor de agua a través de la unidad de evaporador de electrodo 4, esta se calienta permanentemente, de modo que -en caso necesario- se puede generar vapor de agua casi inmediatamente.

Si se requiere más potencia de calefacción en forma de vapor de agua que la que se puede generar a través de la caldera de vapor únicamente, por ejemplo debido a una reducción de la potencia de la turbina de gas y, como resultado de esta, a una menor cantidad de calor en el gas de escape, se activa la función Power-to-heat de la unidad de generador de vapor 1.

A tal efecto se cierran tanto la válvula 56 en la conducción fluida 55 como también las válvulas 47, 48 en la salida 46 de la unidad de evaporador de electrodo 4. El agua de alimentación necesaria para el funcionamiento ulterior de la caldera de vapor se suministra a través de la conexión de agua de alimentación 20 de la propia caldera de vapor.

A través de la conexión de agua de alimentación 40 de la unidad de evaporador de electrodo 4 se aumenta el nivel de agua en su depósito de presión, de modo que los electrodos de calefacción 42 entran en el espacio para agua 45. Ya que mediante cierre de la válvula 56 la unidad de evaporador de electrodo 4 y la caldera de vapor ya no representan tubos comunicantes, el nivel de agua en la unidad de evaporador de electrodo 4 se puede modificar sin problema e independientemente del nivel de agua en la caldera de vapor. Debido al precalentamiento del espacio tanto de gases como también de agua 44, 45 descrito anteriormente, en la unidad de evaporador de electrodo 4 se puede generar inmediatamente vapor de agua en el caso de electrodos de calefacción 42 conectados. Este vapor de agua llega a través de la conducción fluida al espacio para vapor 24 de la caldera de vapor, o bien se mezcla inmediatamente con el vapor de agua procedente de esta antes de llegar al sobrecalentador 3.

Para la regulación de la cantidad de vapor de agua generada por la unidad de evaporador de electrodo 4 se efectúa a través del ajuste del nivel de agua. Para el aumento del nivel de agua, y con ello para el aumento de la generación de vapor de agua, se puede suministrar más agua de alimentación, para la reducción del nivel de agua se puede abrir la válvula 56, con lo cual llega entonces agua de la unidad de evaporador de electrodo 4 a la caldera de vapor. En el caso citado en último lugar, el suministro de agua de alimentación a la caldera de vapor se reduce a través de la conexión de agua de alimentación 20, de tal manera que, como resultado, el nivel de agua en la caldera de vapor no se modifica, o se modifica solo dentro de valores límite establecidos.

Para la desconexión de la generación de vapor de agua a través de la unidad de evaporador de electrodo 4, el nivel de agua en la unidad de evaporador de electrodo 4 se reduce de modo que los electrodos de calefacción 4 ya no entran en el espacio para agua 45. Tan pronto como el nivel de agua de la unidad de evaporador de electrodo 4 se equipara al de la caldera de vapor, la unidad de generador de vapor se puede transformar sin más en el modo de funcionamiento sin función Power-to-heat explicado en relación con la Figura 1.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Unidad de generador de vapor (1) con función Power-to-heat conectable opcionalmente, que comprende una caldera de vapor (2) con espacio para gases (24) y espacio para agua (25) para la generación de vapor de agua con ayuda de un medio de calefacción fluido, suministrándose agua a través de una primera conexión de agua de alimentación controlable (20), y saliendo el vapor de agua a través de una salida de la caldera de vapor (26), estando provista una unidad de evaporador de electrodo (4) con al menos un electrodo de calefacción conectable (42) que entra respectivamente en un depósito de presión que comprende espacio para gases y agua (44, 45), caracterizada por que respectivamente los espacios de gas y agua (24, 44, o bien 25, 45) de la caldera de vapor (2) y la unidad de evaporador de electrodo (4) presentan unión fluida entre sí, siendo controlable la unión fluida (55) entre ambos espacios de agua (25, 45) a través de una válvula (56), comprendiendo el espacio para gases (44) de la unidad de evaporador de electrodo una salida controlable (46), y presentando la unidad de evaporador de electrodo (4) una segunda conexión de agua de alimentación controlable (40).

2. Unidad de generador de vapor según la reivindicación 1, siendo conectable la salida controlable (46) de la unidad de evaporador de electrodo (4) con el entorno o con una instalación postconectada para la utilización del vapor de agua que sale de esta, siendo ajustable la resistencia al flujo a través de la salida (46) preferentemente a voluntad a un valor mayor o menor que la resistencia al flujo a través de la salida de la caldera de vapor (26).

3. Unidad de generador de vapor según una de las reivindicaciones precedentes, estando formado el electrodo de calefacción conectable (42), al menos uno, de modo que no entra en el espacio para agua (45) de la unidad de evaporador de electrodo (4) en el caso de unión fluida abierta (55) entre los espacios para gases y agua (25, 45) de caldera de vapor (2) y unidad de evaporador de electrodo (4), y en el caso de un nivel de agua de funcionamiento (23) establecido para la caldera de vapor (2).

4. Unidad de generador de vapor según una de las reivindicaciones precedentes, presentando al menos una entrada de agua de alimentación (20, 40), la salida de la caldera de vapor (26) y/o la salida de la unidad de evaporador de electrodo (4) una unidad de calefacción accionada eléctricamente para el calentamiento del medio que fluye a través.

5. Unidad de generador de vapor según una de las reivindicaciones precedentes, siendo la caldera de vapor (2) una caldera de tubería de agua.

6. Procedimiento para el funcionamiento de una unidad de generador de vapor (1) con función Power-to-heat según una de las reivindicaciones precedentes,

- efectuándose el suministro de agua de alimentación a la caldera de vapor (2), en el caso de una generación de vapor sin función Power-to-heat, a través de la conexión de agua de alimentación (40) de la unidad de evaporador de electrodo (4), y efectuándose la unión fluida (55) entre los espacios para agua (25, 45) de la caldera de vapor (2) y de la unidad de evaporador de electrodo (4) y ajustándose la salida (46) de la unidad de evaporador de electrodo de modo que una parte del vapor de agua generado en la caldera de vapor (2) llega a la salida (46) a través del espacio para gases (44) de la unidad de evaporador de electrodo (4); y

- estando cerradas tanto la unión fluida (55) entre los espacios para agua (25, 45) de la caldera de vapor (2) y de la unidad de evaporador de electrodo (4) como también la salida (46) de la unidad de evaporador de electrodo (4) en el caso de una generación de vapor con función Power-to-heat, y ajustándose el nivel en la unidad de evaporador de electrodo (4) a través de la conexión de agua de alimentación (40) de modo que el electrodo de calefacción (42), al menos uno, para la generación de vapor de agua entra en el espacio para agua (45) de la unidad de evaporador de electrodo (4).

7. Procedimiento según la reivindicación 6, regulándose la generación de vapor de agua mediante la unidad de evaporador de electrodo (4) a través del nivel de agua en la unidad de evaporador de electrodo (4).

8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, siendo la temperatura del agua de alimentación en la alimentación en la caldera de vapor (2) y/o la unidad de evaporador de electrodo (4) próxima a la temperatura de vapor saturado, de modo preferente aproximadamente 2 Kelvin por debajo de la temperatura de vapor saturado.