ES2869178T3 - Procedimiento para el funcionamiento flexible de una instalación de central eléctrica. - Google Patents

Procedimiento para el funcionamiento flexible de una instalación de central eléctrica. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para el funcionamiento flexible de una instalación de central eléctrica con un generador de vapor de recuperación de calor (1) que funciona según el principio de circulación forzada, la cual presenta superficies de calentamiento, dispuestas en el conducto de gases de combustión (K), de diferentes etapas (V, D, U) del generador de vapor de recuperación de calor (1), caracterizado por que para el aumento de potencia casi al mismo tiempo que la conexión de una combustión adicional (F) dispuesta en el conducto de gases de combustión (K) del generador de vapor de recuperación de calor (1), se realiza un aumento de un caudal másico de agua de alimentación del agua de alimentación (W) que fluye a través de las superficies de calentamiento.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el funcionamiento flexible de una instalación de central eléctrica
La invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento flexible de una instalación de central eléctrica con un generador de vapor de recuperación de calor que funciona según el principio de circulación forzada.
Las instalaciones de centrales eléctricas modernas no solo requieren altos niveles de eficiencia, sino también un modo de funcionamiento lo más flexible posible. Aparte de los tiempos de arranque cortos y las altas velocidades de cambio de carga, a ello también pertenecen, por ejemplo, la posibilidad de compensar las perturbaciones de frecuencia en la red. Por eso, según el perfil de requisitos de las redes individuales en los diferentes países y de los modelos de remuneración asociados, puede tener sentido, en particular en el caso de instalaciones de centrales eléctricas combinadas de gas y de vapor, poner a disposición potencia adicional a la red lo más rápido posible a través del ciclo de agua-vapor en el intervalo de carga punta a través de una combustión adicional. Las instalaciones de centrales eléctricas de gas y de vapor de este tipo con combustión adicional se conocen, por ejemplo, por los documentos DE 102010060064 A1, EP 1050667 A1 y US 3.980.100.
En las instalaciones de centrales eléctricas conocidas hoy en día con combustión adicional se emplean generalmente calderas cilíndricas. En este caso, después de la activación de la combustión adicional, la cantidad de vapor producida en el evaporador solamente aumenta con un retraso de tiempo notable. Por lo tanto, se mejora el enfriamiento de vapor de las tuberías de la superficie de calentamiento afectadas, que está directamente vinculado con el comportamiento transitorio de la producción de vapor, incluso solo con un retraso de tiempo. Concretamente, esto significa que inmediatamente cuando se conecta la combustión adicional, las superficies de calentamiento del recalentador y del recalentador intermedio tienen que hacer frente al calentamiento creciente en el lado de los gases de combustión, inicialmente con un caudal másico de vapor casi idéntico. En la conclusión inversa, sin embargo, esto también significa que las temperaturas del fluido y, por lo tanto, también de las paredes de estas superficies de calentamiento solo se pueden mantener dentro de los límites permisibles a través de una limitación del aumento de potencia de la combustión adicional. No obstante, un requisito de este tipo restringe considerablemente la flexibilidad de la instalación.
El objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento que supere las desventajas descritas anteriormente. Este objetivo se resuelve con el procedimiento para el funcionamiento flexible de una instalación de central eléctrica con las características de la reivindicación 1.
A través de la utilización de una combustión adicional, que está dispuesta en particular en el área del recalentador/recalentador intermedio del conducto de gases de combustión del generador de vapor de recuperación de calor, aumenta la potencia térmica transferida al ciclo de agua-vapor, mediante lo cual se incrementa la cantidad de vapor generada y, en última instancia, la potencia mecánica liberada a través de la turbina de vapor. Sin embargo, a este respecto se debe tener en cuenta que en el conducto de gases de combustión en las proximidades de la combustión adicional conectada, las temperaturas de los gases de combustión aumentan significativamente. Precisamente las superficies de calentamiento colocadas inicialmente aguas abajo de la combustión adicional en la dirección de los gases de combustión (por regla general, estas son las superficies de calentamiento del recalentador de alta presión) están expuestas a una alta carga térmica en estas circunstancias. Sin embargo, un enfriamiento suficiente de la tubería de estas superficies de calentamiento es imprescindible para garantizar un funcionamiento continuo seguro. Este enfriamiento de la tubería se debe asegurar finalmente a través de la cantidad de vapor producida en el evaporador si desea evitar la utilización de componentes adicionales, tales como, por ejemplo, refrigeradores por inyección adicionales, que se ocupan de una refrigeración suficiente de la tubería de las superficies de calentamiento correspondientes en el conducto de gases de combustión. Sin embargo, puesto que la producción de vapor en el evaporador solamente aumenta con un retraso de tiempo notable después de conectar la combustión adicional, el recalentador está expuesto a un calentamiento significativamente mayor con todas las consecuencias resultantes de ello, al menos inmediatamente después de conectar la combustión adicional con aproximadamente las mismas propiedades de enfriamiento de la tubería.
Por eso, de acuerdo con la invención, está previsto que para el funcionamiento flexible de una instalación de central eléctrica con un generador de vapor de recuperación de calor que funcione según el principio de circulación forzada, la cual presenta superficies de calentamiento, dispuestas en el conducto de gases de combustión, de diferentes etapas de presión del generador de vapor de recuperación de calor, para el aumento de potencia casi al mismo tiempo que la conexión de una combustión adicional dispuesta en el conducto de gases de combustión del generador de vapor de recuperación de calor, se realice un aumento de un caudal másico de agua de alimentación del agua de alimentación que fluye a través de las superficies de calentamiento.
A este respecto, la idea central de la presente invención radica en la utilización de la ventaja tecnofísica de los sistemas de circulación forzada en comparación con los sistemas cilíndricos. De acuerdo con la invención, se utilizan las propiedades del sistema del sistema de circulación forzada que no están a disposición para un sistema con evaporadores cilindricos. Esta propiedad del sistema representa una ventaja fundamental para las instalaciones de centrales eléctricas con generadores de vapor de calor residual con combustión adicional integrada en el conducto de gases de combustión, puesto que, a través de la regulación del agua de alimentación, se puede influir activamente en el enfriamiento de las superficies de calentamiento del recalentador muy caldeadas. Con ello, en comparación con las calderas cilíndricas, el sistema de circulación forzada, diseñado de todos modos para ser flexible, da como resultado una flexibilidad de la instalación aún mayor a través de la combustión adicional y de la regulación simultánea del agua de alimentación que se coordina con la misma. Aparte de eso, a través del incremento del flujo másico de vapor, se disminuye la temperatura máxima relevante para el diseño del recalentador. Con ello, se posibilita además el diseño del recalentador dispuesto aguas abajo de la combustión adicional con materiales más económicos.
Un perfeccionamiento ventajoso de la presente invención apunta a la dirección de la autoprotección del propio evaporador. A través de una disminución activa del valor teórico básico de recalentamiento en la salida del evaporador cuando se conecta la combustión adicional, también se hace frente mejor al mayor calentamiento, resultante de la combustión adicional, de las tuberías del evaporador. En este caso, el aumento del flujo a través del evaporador también resulta en un mejor enfriamiento de la tubería. Del documento EP 2 194 320 A1 se puede deducir qué aspecto puede tener una regulación especialmente adecuada para esto.
Si el sobrecalentamiento real en la salida del evaporador debiera reducirse aún más rápidamente después de la conexión de la combustión adicional, o bien si el aumento requerido en el flujo másico de vapor no diera como resultado un enfriamiento mejorado, en particular del recalentador, lo suficientemente rápido, entonces se puede prever una señal piloto adicional que refuerce aún más el aumento del flujo másico del agua de alimentación. Para ello, el incremento de potencia de la combustión adicional se evalúa preferentemente a través de un elemento de derivación DT1 y se superpone como factor adicional a la señal de cantidad de agua de alimentación. Debido al hecho de que, a causa de la naturaleza de un elemento de derivación DT1 de este tipo, hay una señal adicional solo en el caso de procesos transitorios de la combustión adicional, la señal de flujo másico de agua de alimentación no cambia en el caso de la combustión adicional desconectada o bien en el caso de la potencia de combustión adicional constante.
La invención debería explicarse ahora a modo de ejemplo mediante una figura. El generador de vapor de recuperación de calor 1, representado muy esquemáticamente en la figura, funciona según el principio de circulación forzada. Habitualmente, un generador de vapor de recuperación de calor de este tipo presenta una o varias etapas de precalentador V, una o varias etapas de evaporador D y una o varias etapas de recalentador U. A este respecto, las superficies de calentamiento de las etapas individuales están dispuestas en un conducto de gases de combustión K de manera que el gas de combustión R caliente que sale, por ejemplo, de una turbina de gas fluye inicialmente alrededor de las superficies de calentamiento de las etapas de recalentador U, luego alrededor de las de las etapas de evaporador D y a continuación alrededor de las de las etapas de precalentador V. A este respecto, en cada etapa se realiza una transferencia de calor desde el gas de combustión R a un medio que fluye a través de las superficies de calentamiento. Una bomba de agua de alimentación P está conectada aguas arriba de las superficies de calentamiento de la etapa de precalentador V en el lado del medio de flujo y las superficies de calentamiento de la etapa de evaporador D están conectadas aguas abajo. En el lado de salida, las superficies de calentamiento de la etapa de evaporador D pueden estar conectadas a las superficies de calentamiento del recalentador U aguas abajo en el lado del medio de flujo a través de un separador de agua, no representado con más detalle, las cuales, por su parte, pueden estar provistas de refrigeradores por inyección para la adaptación de la temperatura del vapor que abandona las superficies de calentamiento del recalentador.
El generador de vapor de recuperación de calor 1 está diseñado en este caso para una admisión regulada de agua de alimentación W. Para ello, la bomba de agua de alimentación P está regulada a través de un equipo de regulación de la cantidad de agua de alimentación SP de manera que la cantidad de agua de alimentación o bien el flujo másico de agua de alimentación transportados por la bomba de agua de alimentación P en la dirección del precalentador V se pueda ajustar a través de un control adecuado. Por el documento EP 2194320 A1, por ejemplo, se puede deducir qué aspecto puede tener un equipo de regulación de la cantidad de agua de alimentación SP de este tipo. En el caso del ejemplo de realización mostrado en este caso, la combustión adicional F está prevista en el conducto de gases de combustión K en el área de las superficies de calentamiento del recalentador U o bien también en las posibles superficies de calentamiento del recalentador. La combustión adicional F se regula a través de un correspondiente equipo de regulación de potencia de la combustión adicional SF, en particular también conectado y desconectado. Para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención, tanto el equipo de regulación de potencia de la combustión adicional Sf para la combustión adicional F como el equipo de regulación de la cantidad de agua de alimentación SP para la bomba de agua de alimentación P se controlan y supervisan correspondientemente a través de un equipo de control S, tal como, por ejemplo, una tecnología de control de operaciones industriales central de la instalación de central eléctrica.
En comparación con los evaporadores de recirculación, los sistemas de circulación forzada tienen la ventaja decisiva de que el medio de flujo en la salida del evaporador ya está recalentado en el funcionamiento normal. Si ahora, correspondientemente al procedimiento de acuerdo con la invención, el flujo másico de agua de alimentación ya aumenta simultáneamente cuando se conecta la combustión adicional, entonces esto desemboca en un incremento simultáneo del flujo másico de vapor en el caso de un evaporador de circulación forzada. Esto ocurre en detrimento del sobrecalentamiento, que se reduce con esta medida. A medida que se incrementa el flujo másico de vapor, también mejoran al mismo tiempo las propiedades de enfriamiento de las tuberías en el recalentador. Por lo tanto, con un sistema de circulación forzada, el recalentador se puede enfriar mejor al incrementarse los flujos másicos de vapor ya con la conexión de la combustión adicional. Se debe tener en cuenta que el aumento del flujo másico de vapor a través del incremento de la cantidad de agua de alimentación teóricamente solo es posible mientras el medio de flujo en la salida del evaporador aún no haya alcanzado la temperatura de saturación. Si este es el caso, cada incremento adicional en el flujo másico de agua de alimentación desemboca en un aumento en la acumulación de agua en la botella. No obstante, puesto que, después de un cierto retraso de tiempo, el calentamiento adicional de la combustión adicional también se vuelve perceptible en el evaporador, por este lado se contrarresta el alcance de la temperatura de saturación.
La idea de la divulgación de la presente invención apunta ahora precisamente a esta ventaja tecnofísica de los sistemas de circulación forzada. Por regla general, la combustión adicional, debido a su propiedad de empeorar el grado de eficiencia general de la instalación, solo se conecta cuando la potencia de la instalación ya ha alcanzado el 100 % y la potencia adicional se debería poner a disposición en condiciones de alta remuneración. Dependiendo del sistema, al 100 % de la carga de la instalación, el mayor sobrecalentamiento está presente en la salida del evaporador de los generadores de vapor de recuperación de calor 1 con evaporadores BENSON. Con diseños comunes, esto se encuentra entre aproximadamente 40K y 50K. Si ahora el valor teórico básico de sobrecalentamiento del evaporador D en la determinación del valor teórico del agua de alimentación de generadores de vapor de recuperación de calor de circulación forzada se reduce a su valor mínimo (habitualmente 10K) en el plazo de un tiempo muy corto cuando se conecta la combustión adicional F, entonces el caudal de agua de alimentación a través del evaporador se aumenta como resultado de esta medida. La regulación del agua de alimentación intenta ajustar el nuevo valor teórico de sobrecalentamiento a través de una alimentación aumentada. Al mismo tiempo, también se aumenta el flujo másico de vapor, que abandona el evaporador, el cual se ocupa de mejores propiedades de enfriamiento en la etapa de recalentador U, fuertemente cargada por la combustión adicional. Debido al hecho de que el sobrecalentamiento en la salida del evaporador se ha reducido por la ahora mayor cantidad de agua de alimentación, el efecto de enfriamiento en el recalentador se refuerza incluso más. Puesto que con un valor teórico básico de sobrecalentamiento mínimo de 10K se mantiene una distancia suficiente respecto a la curva de ebullición, no se cuenta con una acumulación de agua en el separador de agua, incluso en el caso de ligeros subimpulsos del sobrecalentamiento real en la salida del evaporador. Esto se ve reforzado por el hecho de que, debido al incremento del calentamiento del evaporador a través de la combustión adicional F, el sobrecalentamiento real en la salida del evaporador tiende a aumentar de nuevo.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el funcionamiento flexible de una instalación de central eléctrica con un generador de vapor de recuperación de calor (1) que funciona según el principio de circulación forzada, la cual presenta superficies de calentamiento, dispuestas en el conducto de gases de combustión (K), de diferentes etapas (V, D, U) del generador de vapor de recuperación de calor (1),
caracterizado por que
para el aumento de potencia casi al mismo tiempo que la conexión de una combustión adicional (F) dispuesta en el conducto de gases de combustión (K) del generador de vapor de recuperación de calor (1), se realiza un aumento de un caudal másico de agua de alimentación del agua de alimentación (W) que fluye a través de las superficies de calentamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por que
el aumento en el flujo másico de agua de alimentación se logra a través de una reducción del valor teórico básico de recalentamiento en la salida de una etapa del evaporador (V) del generador de vapor de recuperación de calor.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por que
además se evalúa un cambio de potencia de la combustión auxiliar (F) y se aplica como factor de corrección para el aumento en el flujo másico del agua de alimentación.
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