ES2870673T3 - Procedimiento para el accionamiento de un generador de vapor de recuperación de calor - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el accionamiento de un generador de vapor de recuperación de calor configurado en particular según el principio de circulación forzada con un evaporador (16) a través del cual fluye un medio de flujo, un economizador con un número de superficies de calentamiento del economizador (10, 14) y con una línea de derivación (4) conectada en paralelo respecto a un número de superficies de calentamiento del economizador (10, 14) en el lado del medio de flujo, en la que un parámetro (30) característico de la energía térmica suministrada al generador de vapor de recuperación de calor (1) se usa para el control o la regulación del caudal de la línea de derivación (4), y realizándose la regulación o bien el control del caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación (4) dependiendo de un valor teórico de subenfriamiento (26) en la entrada del evaporador (16), realizándose la regulación o bien el control del caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación (4) además dependiendo de un valor teórico de sobrecalentamiento (110) en la salida del evaporador (16), caracterizado por que el caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación (4) se aumenta cuando el valor teórico de sobrecalentamiento (110) queda por debajo y el caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación (4) se reduce cuando el valor teórico de sobrecalentamiento (110) se supera.

Description

DESCRIPCION

Procedimiento para el accionamiento de un generador de vapor de recuperación de calor

La invención se refiere a un procedimiento para el accionamiento de un generador de vapor de recuperación de calor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, en particular para la regulación dependiente de la carga de un generador de vapor de recuperación de calor configurado según el principio de circulación forzada.

Por el documento EP 2224 164 A1 se conoce un procedimiento para el accionamiento de un generador de vapor de recuperación de calor con un evaporador, un economizador con un número de superficies de calentamiento del economizador y una línea de derivación conectada en paralelo respecto a un número de superficies de calentamiento del economizador en el lado del medio de flujo. Para aumentar la seguridad operativa y la fiabilidad del generador de vapor de recuperación de calor, se revela en este caso un procedimiento con el que debería evitarse de forma fiable, en todos los estados de carga, una formación de una mezcla de agua y vapor en la entrada del evaporador. Para ello, se ha previsto que un parámetro característico para esta energía térmica suministrada al generador de vapor de recuperación de calor se utilice para el control o la regulación del caudal de la línea de derivación con el fin de reducir con ello el caudal de la línea de derivación en el caso del aumento del parámetro. Por ello, ya en el caso de un aumento de la energía térmica suministrada al generador de vapor de recuperación de calor y, con ello, antes de la medición de un cambio real de temperatura o bien subenfriamiento en la entrada del evaporador, se puede adaptar correspondientemente el caudal de la línea de derivación. A saber, si en el modo de funcionamiento actual del generador de vapor de recuperación de calor se aumenta la cantidad de calor suministrada al generador de vapor de recuperación de calor, entonces esto está relacionado con un incremento de variables de estado termodinámicas adicionales del medio de flujo (tales como, por ejemplo, flujo másico del agua de alimentación, presión, temperaturas del medio), lo cual, debido a leyes físicas, está directamente asociado con un aumento del subenfriamiento de entrada. Por eso, en tal caso, debería reducirse el caudal de la línea de derivación, de manera que se aumente la temperatura a la salida del economizador y se reduzca así el subenfriamiento en la entrada del evaporador. Correspondientemente a la inversa, en el caso de una reducción del parámetro, se aumenta ventajosamente el caudal de la línea de derivación para adaptar de manera focalizada así la temperatura de salida del economizador. A este respecto, la regulación del caudal también se puede realizar dependiendo de un valor teórico de subenfriamiento predeterminado. El documento US 2011/023487 A1 también revela un procedimiento similar para el accionamiento de un generador de vapor de recuperación de calor.

En el caso de una regulación o bien control de la cantidad de agua de alimentación en un generador de vapor de recuperación de calor configurado según el principio de circulación forzada, se ha comprobado que las fluctuaciones inestables de temperatura dependientes de la carga en el medio de flujo que sale del evaporador no siempre se pueden evitar de manera óptima exclusivamente con el procedimiento conocido de, por ejemplo, el documento WO 2009/150055 A2.

Por eso, el objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento optimizado para el accionamiento de un generador de vapor de recuperación de calor.

Este objetivo se resuelve con el procedimiento con las características de la reivindicación 1.

Con el procedimiento de acuerdo con la invención, las fluctuaciones en la temperatura de salida del evaporador que se producen incluso durante un funcionamiento inestable del generador de vapor de recuperación de calor se pueden minimizar de manera eficaz sin un esfuerzo adicional importante. Concretamente, esto significa que la carga del componente del generador de vapor de recuperación de calor se puede reducir aún más en el caso de requisitos transitorios dados o la flexibilidad de la instalación se puede intensificar más en el caso de comparativamente la misma carga del componente. Para ello, en el caso del dispositivo conocido por el documento Ep 2 224 164 A1, son necesarias fundamentalmente adaptaciones del procedimiento subyacente para el control o bien la regulación del caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación.

Perfeccionamientos ventajosos del procedimiento de acuerdo con la invención se pueden deducir de las reivindicaciones secundarias.

La invención debería explicarse ahora a modo de ejemplo mediante las siguientes figuras. Muestran:

la figura 1 esquemáticamente, una primera configuración para la regulación optimizada,

la figura 2 esquemáticamente, un detalle del ejemplo de realización mostrado en la figura 1,

la figura 3 esquemáticamente, un segundo ejemplo de realización.

La figura 1 muestra en primer lugar esquemáticamente una primera configuración con una regulación para un generador de vapor de recuperación de calor. Un medio de flujo S, impulsado por una bomba (no representada con más detalle), fluye en primer lugar hacia una primera superficie de calentamiento del precalentador o bien superficie de calentamiento del economizador 10. Sin embargo, antes se bifurca ya una línea de derivación 4. Para la regulación del flujo a través de la línea de derivación 4, está prevista una válvula de regulación de flujo 6, la cual se puede regular por un motor 8 controlable. También puede estar prevista una válvula de control simple, pero a través de una válvula de regulación de reacción rápida es posible un mejor ajuste del subenfriamiento en la entrada del evaporador. Por lo tanto, una parte del medio de flujo S fluye, dependiendo de la posición de la válvula de regulación de flujo 6, hacia la línea de derivación 4, mientras que otra parte fluye a través de una primera superficie de calentamiento del economizador 10 y a continuación una superficie de calentamiento del economizador 14 adicional. En la presente realización, el medio de flujo de la línea de derivación 4 y la superficie de calentamiento del economizador 14 se mezclan en un punto de mezcla 12 en la salida de la superficie de calentamiento del economizador 14 antes de que entre en el evaporador 16 aguas abajo.

En el lado de los gases de combustión son posibles diferentes disposiciones de las superficies de calentamiento del economizador 10, 14 y del evaporador 16. Habitualmente, sin embargo, las superficies de calentamiento del economizador 10, 14 están conectadas aguas abajo del evaporador 16 en el lado de los gases de combustión, puesto que los economizadores guían el medio de flujo comparativamente más frío y deberían usar el calor residual en el conducto de gases de combustión (no representado con más detalle). Para garantizar un funcionamiento sin dificultades del generador de vapor de recuperación de calor, en la entrada del evaporador debería estar presente un subenfriamiento suficiente, es decir, una diferencia suficiente entre la temperatura actual y la temperatura de saturación en el evaporador, de manera que esté presente un medio de flujo exclusivamente líquido. Solo así se puede asegurar que se realice una distribución fiable del medio de flujo sobre los tubos individuales del evaporador en el evaporador 16. Para la regulación del subenfriamiento en la entrada del evaporador, están previstos en este punto un equipo de medición de presión 20 así como un equipo de medición de temperatura 22. En el lado de la regulación, se predetermina en primer lugar un valor teórico de subenfriamiento 26 en la entrada del evaporador. Este puede ascender, por ejemplo, a 3 K, es decir, la temperatura en la entrada del evaporador debería encontrarse 3 K por debajo de la temperatura de saturación en el evaporador 16. Una temperatura de saturación 28 del evaporador 16 se determina a partir de la presión determinada en el equipo de medición de presión 20, puesto que esta es una función directa de la presión que prevalece en el evaporador 16. El equipo de regulación y de control 100 conocido por el documento EP 2224 164 A1 recurre a estos valores y los evalúa dependiendo de un parámetro 30 característico de energía térmica suministrada, así del valor teórico de subenfriamiento 26 preajustado o bien definido de antemano, que debería estar presente en la entrada del evaporador 4. Esto da como resultado entonces un valor de regulación adecuado para un control de la válvula de regulación de flujo 6 de la línea de derivación 4.

De acuerdo con la invención, está previsto ahora un equipo de regulación y de control 100' ampliado en comparación con el equipo de regulación y de control 100 conocido por el documento Ep 2224 164 A1. En este caso, se realiza ahora el control o bien la regulación del caudal de la línea de derivación 4 dependiendo de un parámetro 30 característico de una energía térmica suministrada al generador de vapor de recuperación de calor y dependiendo de un valor teórico de subenfriamiento 26 en la entrada del evaporador 16 y además dependiendo de un valor teórico de sobrecalentamiento 110 en la salida del evaporador 16. A este respecto, el valor teórico de sobrecalentamiento 110 predefine un valor teórico para una temperatura de salida del medio de flujo en el evaporador 16. Para la regulación del sobrecalentamiento en la salida del evaporador, están previstos en este punto un equipo de medición de presión 121 así como un equipo de medición de temperatura 131, que se procesan correspondientemente en el equipo de regulación y de control 100' ampliado.

En aras de la exhaustividad, en la figura 1 está esbozado un equipo de control de agua de alimentación SWS para el control de la válvula principal de agua de alimentación 141. El control se realiza en este caso con un equipo de control de agua de alimentación SWS correspondiente, como ya se conoce, por ejemplo, por el documento WO 2009/150055 A2. Las presiones<PS> y<PD> así como las temperaturas<TS> y<TD> se toman antes y después del evaporador, se procesan correspondientemente por el equipo de control de agua de alimentación SWS y luego se transmiten como señal de control <S>al motor 142 de la válvula principal de agua de alimentación. Aunque esta regulación de agua de alimentación no es el objeto de la presente invención, los controles de la válvula de regulación de flujo 6 de la línea de derivación y de la válvula principal de agua de alimentación 141 deben coordinarse en su respectivo comportamiento de regulación para garantizar un funcionamiento seguro del generador de vapor de recuperación de calor en todos los intervalos de carga.

En el trasfondo de los fundamentos físicos, en el caso de un generador de vapor de recuperación de calor configurado según el principio de circulación forzada, las temperaturas de entrada fluctuantes dan como resultado fluctuaciones en la temperatura de salida. A este respecto, las temperaturas de entrada en descenso desembocan en un aumento de la temperatura o bien un sobrecalentamiento en la salida del evaporador debido a la caída de volúmenes específicos y a la disminución asociada a ello en el flujo del evaporador. Lo mismo se aplica a la inversa. En general, esto es un efecto indeseable durante el funcionamiento inestable, que debería compensarse en la medida de lo posible a través de contramedidas implementadas de forma adecuada en el concepto de regulación para la válvula principal de agua de alimentación 141. No obstante, debido a los altos gradientes de carga que se emplean habitualmente en la actualidad, esto no siempre es posible exclusivamente a través de la regulación del agua de alimentación. La presente invención se utiliza para una mejora de esta situación, pero ahora sigue exactamente el camino inverso y hace uso de este efecto físico no deseado descrito anteriormente. A este respecto, a través de la manipulación selectiva o bien el cambio de la temperatura de entrada del evaporador, se reacciona de modo adecuado a las desviaciones en la temperatura de salida del evaporador respecto al valor teórico predefinido con el fin de mantener las fluctuaciones en la temperatura de salida lo más bajas posible. Si, por ejemplo, la temperatura de salida del evaporador desciende bruscamente de forma indeseable en el caso inestable, entonces a través de una reducción de la temperatura de entrada del evaporador (apertura de la válvula de regulación de flujo 6 de la línea de derivación 4) el flujo del evaporador se puede reducir temporalmente y, por lo tanto, se puede apoyar la temperatura de salida. En el caso inverso, se debe aumentar la temperatura de entrada del evaporador (cierre de la válvula de regulación de flujo 6 de la línea de derivación 4) para contrarrestar un incremento en la temperatura de salida del evaporador a través de un aumento temporal del flujo del evaporador. Sin embargo, en este sentido debe tenerse en cuenta que, ante el trasfondo de los criterios termohidráulicos, no se debería exceder una temperatura máxima de entrada del evaporador o bien no debería quedar por debajo un subenfriamiento de entrada mínimo requerido. Aparte de eso, el procedimiento de acuerdo con la invención presupone que el equipo de regulación y de control 100' ampliado es realmente capaz de influir en la temperatura de entrada del evaporador en la dirección deseada. Concretamente, esto significa que, para una reducción adicional de la temperatura de entrada del evaporador, la válvula de regulación de flujo 6 no debe estar ya completamente abierta, mientras que para un aumento no debería estar completamente cerrada. Aparte de eso, resulta especialmente ventajoso para el procedimiento presentado en este caso si la corriente secundaria guiada alrededor de las superficies de calentamiento del economizador se mezcla de nuevo con la corriente principal del medio de flujo no ya antes del último paso del economizador, sino directamente en la entrada del evaporador, puesto que solo de este modo se puede garantizar el cambio rápido requerido eventualmente de la temperatura de entrada del evaporador. No obstante, el riesgo de una integración de la corriente de derivación en la entrada del evaporador radica en una posible formación de vapor en el último paso del economizador, lo cual debe evitarse. Un desplazamiento de la válvula de regulación del agua de alimentación desde la entrada del primer paso del economizador (como se representa en la figura 3) a la entrada del evaporador (como se representa en las figuras 1 y 2) puede proporcionar en este caso un remedio adecuado. Debido a la mayor presión del sistema asociada a ello en las superficies de calentamiento del economizador, no tiene lugar una formación de vapor no deseada en la última superficie de calentamiento del economizador por razones físicas.

La figura 2 muestra ahora un detalle adicional del concepto de regulación básico mostrado en la figura 1. En este caso, primero se forma una diferencia entre el sobrecalentamiento determinado en la salida del evaporador y un valor teórico de sobrecalentamiento 110 y a continuación se calcula un cambio temporal en esta diferencia. Esto ocurre de manera óptima utilizando un elemento diferenciador adicional de primer orden 151, cuya entrada se cablea a la diferencia entre el sobrecalentamiento teórico y el real. De manera ventajosa, la salida de este elemento diferenciador 151 se multiplica por el valor 152 retardado temporalmente del parámetro 30 característico de una energía térmica suministrada y se suma al valor teórico de subenfriamiento 26. Para no quedar por debajo de un subenfriamiento mínimo requerido en la entrada del evaporador, esta suma debe asegurarse adicionalmente con el subenfriamiento mínimo 154 deseado a través de un elemento de selección de máximo 155.

La figura 3 muestra un ejemplo de realización adicional en el que la válvula de regulación de agua de alimentación 141 está dispuesta delante de la primera superficie de calentamiento del economizador 10 y está prevista la integración 12' de la línea de derivación 4 entre las dos superficies de calentamiento del economizador 10 y 14. En el sentido de una regulación clásica de dos circuitos, el equipo de regulación y de control 100' ampliado ahora tiene en cuenta adicionalmente, en comparación con el ejemplo de realización de la figura 2, el valor 157 retardado temporalmente de la temperatura, determinada con la ayuda de un equipo de medición 156 adicional, en la entrada del economizador 14. Por ello, se garantiza que, a pesar del comportamiento retardado temporalmente, causado por el economizador 14, de la temperatura del medio de flujo en la entrada del evaporador, en el caso de un comportamiento inestable de la instalación, el equipo de regulación de derivación ecológico 100' pueda actuar lo más rápido posible y, no obstante, al mismo tiempo de manera estable.

Si el procedimiento de acuerdo con la invención se utiliza en un generador de vapor de recuperación de calor configurado según el principio de circulación forzada, las fluctuaciones del sobrecalentamiento en la salida del evaporador se pueden reducir de manera eficaz, tales como han demostrado simulaciones de un sistema de evaporador subcrítico de un generador de vapor de recuperación de calor de flujo forzado de este tipo. A este respecto, las fluctuaciones en el sobrecalentamiento de la salida del evaporador se elevan a aproximadamente 90 K sin la aplicación del procedimiento mostrado en este caso, mientras que estas fluctuaciones se pueden reducir a aproximadamente 50 K con la aplicación del concepto de acuerdo con la invención.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el accionamiento de un generador de vapor de recuperación de calor configurado en particular según el principio de circulación forzada con un evaporador (16) a través del cual fluye un medio de flujo, un economizador con un número de superficies de calentamiento del economizador (10, 14) y con una línea de derivación (4) conectada en paralelo respecto a un número de superficies de calentamiento del economizador (10, 14) en el lado del medio de flujo, en la que un parámetro (30) característico de la energía térmica suministrada al generador de vapor de recuperación de calor (1) se usa para el control o la regulación del caudal de la línea de derivación (4), y realizándose la regulación o bien el control del caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación (4) dependiendo de un valor teórico de subenfriamiento (26) en la entrada del evaporador (16),

realizándose la regulación o bien el control del caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación (4) además dependiendo de un valor teórico de sobrecalentamiento (110) en la salida del evaporador (16), caracterizado por que el caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación (4) se aumenta cuando el valor teórico de sobrecalentamiento (110) queda por debajo y el caudal del medio de flujo a través de la línea de derivación (4) se reduce cuando el valor teórico de sobrecalentamiento (110) se supera.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

predeterminándose el valor teórico de sobrecalentamiento (110) como valor teórico para una temperatura de salida del medio de flujo en el evaporador (16).

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, predeterminándose el valor teórico de subenfriamiento (26) como valor teórico para una temperatura de entrada del medio de flujo en el evaporador (16).