ES2916602T3 - Central eléctrica con regasificación de gas natural - Google Patents

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Abstract

Central eléctrica (1) con una turbina de gas (2) que comprende un compresor (3), una cámara de combustión (4) y una turbina (5), además con una línea de gas natural (6) para el transporte de gas natural licuado y gaseoso a la turbina de gas (2), un compresor de gas natural (7) conectado a la línea de gas natural (6) para aumentar una presiónde gas natural licuado y un expansor (8) conectado asimismo a la línea de gas natural (6), que comprende adicionalmente, y dispuesto entre compresor de gas natural (7) y expansor (8), un primer intercambiador de calor (9) para la vaporización de gas natural licuado y un segundo intercambiador de calor (10) para el calentamiento adicional del gas natural regasificado, en donde la central eléctrica comprende un generador de vapor de calor perdido (14), caracterizada porque el segundo intercambiador de calor (10) está acoplado con un precalentador de condensado (15) en el generador de vapor de calor perdido (14).

Description

DESCRIPCIÓN
Central eléctrica con regasificación de gas natural
La invención se refiere a una central eléctrica, así como un procedimiento para su funcionamiento. A este respecto se trata, en particular, de la vaporización de gas natural licuado, óptima desde el punto de vista energético y económico, en un acoplamiento directo a una central térmica de ciclo combinado o a una central de gas.
Habitualmente el gas natural licuado (LNG = liquid natural gas (T=-162°C)) se vaporiza con calor ambiente (aire /agua del mar) o calor químico. Alternativamente, se han desarrollado conceptos que a través de ciclos Rakine orgánicos en cascada tienen como objetivo un aprovechamiento energético del frío de baja temperatura.
El documento US 2007/101732 A1 desvela una central eléctrica según el estado de la técnica.
El objetivo de la invención es facilitar una central eléctrica que haga posible una potencia mejorada o una eficiencia mejorada y que, al mismo tiempo, pueda fabricarse de la manera más sencilla y rentable posible. Un objetivo adicional de la invención es indicar un procedimiento correspondiente para hacer funcionar una central eléctrica de este tipo. La invención resuelve el objetivo dirigido a una central eléctrica al proponer una central eléctrica, con una turbina de gas que comprende un compresor, una cámara de combustión y una turbina, con una línea de gas natural para el transporte de gas natural licuado y gaseoso a la turbina de gas, un compresor conectado a la línea de gas natural para aumentar una presión de gas natural licuado y un expansor conectado asimismo a la línea de gas natural, que comprende adicionalmente, y dispuesto entre compresor y expansor, un primer intercambiador de calor para la vaporización de gas natural licuado y un segundo intercambiador de calor para el calentamiento adicional del gas natural regasificado, en donde la central eléctrica comprende un generador de vapor de calor perdido y en donde el segundo intercambiador de calor está acoplado con un precalentador de condensado en el generador de vapor de calor perdido.
Mediante el acoplamiento de la vaporización de gas natural licuado en un expansor conectado aguas abajo se hace posible lograr una utilización máxima del frío de baja temperatura para generar electricidad con máxima eficiencia. Mediante un acoplamiento del segundo intercambiador de calor con un precalentador de condensado, es decir, con la última superficie calefactora en el generador de vapor de calor perdido, el gas natural ya vaporizado se calienta adicionalmente hasta aproximadamente 130 - 170 °C.
Es especialmente ventajoso para la eficiencia de la central eléctrica cuando un tercer intercambiador de calor en la línea de gas natural está conectado aguas abajo del expansor. Es cierto que en principio existe la posibilidad de calentar el gas natural con el segundo intercambiador de calor hasta un punto en que también tras la expansión pueda alimentarse debidamente precalentado a la combustión, de modo que por motivos de costes pueda prescindirse de la utilización de un tercer intercambiador de calor. Sin embargo, la variante técnicamente mejor es aquella con un calentamiento adicional conectado aguas abajo de la expansión mediante el tercer intercambiador de calor.
En una forma de realización ventajosa de la invención el primer intercambiador de calor está conectado a través de un circuito de medio intercambiador de calor a una línea de aire aspirado de la turbina de gas.
En una forma de realización ventajosa adicional el primer intercambiador de calor está conectado a través de un circuito de medio intercambiador de calor a un sistema de refrigeración de la central eléctrica. A este respecto, el calor procedente del aire aspirado de las turbinas de gas o del sistema de refrigeración puede emplearse conectado en paralelo o en serie.
A este respecto, en cuanto a la congelación y conductibilidad térmica del intercambiador de calor es conveniente cuando el circuito de medio intercambiador de calor es un circuito de agua-glicol.
Es conveniente cuando un punto de extracción de condensado caliente para el segundo intercambiador de calor en la dirección de flujo del agua de alimentación se sitúa detrás de una bomba de agua de alimentación a alta presión a una presión debidamente alta para impedir una penetración del gas natural, no deseada en cuanto a aspectos de seguridad, del gas natural en el circuito de agua-vapor en el caso de una fuga.
Alternativamente, es ventajoso cuando un punto de extracción de condensado caliente para el segundo intercambiador de calor en la dirección de flujo del condensado está situado detrás de una bomba de recirculación de condensado y el segundo intercambiador de calor es un intercambiador de calor de seguridad de doble pared, como medida para impedir una penetración de gas no deseada. Esta disposición alternativa del punto de extracción de condensado caliente tiene ventajas en la eficiencia.
Con respecto al tercer intercambiador de calor es ventajoso cuando está acoplado con un sistema de agua de alimentación del generador de vapor de calor perdido. Una vez que el gas natural precalentado se haya descomprimido bajo potencia suministrada a través del expansor al nivel de presión de gas necesario para el funcionamiento de las turbinas de gas aparece una temperatura de gas de aproximadamente 40 - 70 °C. Para alcanzar la temperatura de combustible de turbina de gas máxima permitida el tercer intercambiador de calor se dispone entre expansor y turbina de gas en la línea de gas natural. Este tercer intercambiador de calor recibe su calor del agua de alimentación a media presión o alta presión del generador de vapor de calor perdido.
Este planteamiento puede utilizarse también en centrales de turbina de gas, aunque en una configuración de central eléctrica de este tipo no esté previsto ningún generador de vapor de calor perdido. Las superficies intercambiador de calor necesarias para la integración de calor de gas de escape en el segundo y tercer intercambiador de calor pueden disponerse, p. ej. en una derivación de chimenea interna de la turbina de gas en la que se guía y se enfría gas de escape caliente a través de un canal independiente con superficies calefactoras y se añade de nuevo al caudal másico de gas de escape principal.
El objetivo dirigido a un procedimiento se resuelve mediante un procedimiento para hacer funcionar una central eléctrica con vaporización de gas natural licuado en el que se lleva gas natural licuado a al menos 150 bar, en donde se emplea calor procedente de aire aspirado de turbina de gas y/o de un sistema de refrigeración de la central eléctrica para gasificar gas natural licuado, y en donde en una etapa adicional se calienta adicionalmente gas natural en el intercambio de calor con condensado caliente procedente de un precalentador de condensado de un generador de vapor de calor perdido.
A este respecto, es conveniente cuando el gas natural calentado adicionalmente se descomprime bajo potencia suministrada a través de un expansor a un nivel de presión de gas necesario para un funcionamiento de turbina de gas. Adicionalmente, es ventajoso cuando el gas natural descomprimido en el intercambio de calor con agua de alimentación se calienta adicionalmente.
En centrales eléctricas con turbina de gas, pero sin circuito de agua-vapor puede guiarse gas de escape caliente a través de un canal con superficies calefactoras para una vaporización y calentamiento de gas natural licuado y añadirse de nuevo enfriado al caudal másico de gas de escape principal.
Mediante el acoplamiento de la revaporización a un expansor conectado aguas abajo y una integración de frío/calor óptima unida a ello con el proceso de ciclo combinado a través de varios intercambiadores de calor puede lograrse un rendimiento de ciclo combinado claramente mejorado tanto en cuanto a la potencia de ciclo combinado (hasta aproximadamente 10%) como con respecto a la eficiencia de ciclo combinado (aproximadamente 0,3 - 0,5%-Pkt.). El concepto se aplica en el tanque de LNG con aumento de presión subsiguiente a aproximadamente 150 bar. En un intercambiador de calor conectado aguas abajo la vaporización de LNG se realiza a alta presión hasta una temperatura de aproximadamente 5°C (también son admisibles temperaturas ligeramente por debajo de 0°C, siempre y cuando se facilite agua de calefacción suficiente en el segundo intercambiador de calor).
La ventaja en este concepto, además de la evidente mejora del rendimiento, reside sobre todo en lograr de manera comparativamente rentable esta mejora del rendimiento, dado que todos los componentes a excepción del expansor (incluyendo generador y sistemas auxiliares) y del segundo intercambiador de calor deben (primer intercambiador de calor y bomba de gas licuado) o deberían (tercer intercambiador de calor) utilizarse en centrales eléctricas correspondientes alimentadas con LNG.
La invención se explica con más detalle a modo de ejemplo mediante los dibujos. Muestran esquemáticamente y no a escala:
figura 1 una central térmica de ciclo combinado según la invención y
figura 2 una central de turbina de gas.
La figura 1 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una central eléctrica 1 según la invención realizada como central térmica de ciclo combinado.
La central eléctrica 1 comprende una turbina de gas 2 con un compresor 3, una cámara de combustión 4 y una turbina 5. La figura 1 muestra una línea de gas natural 6 que se bifurca desde un depósito de gas natural 22 para el transporte de gas natural licuado y gaseoso en el que un compresor de gas natural 7 para aumentar una presión de gas natural licuado y un expansor 8 están conectados.
Entre compresor de gas natural 7 y expansor 8 están conectados un primer intercambiador de calor 9 para la vaporización de gas natural licuado y un segundo intercambiador de calor 10 para el calentamiento adicional del gas natural regasificado. Detrás el expansor 8 está dispuesto además un tercer intercambiador de calor 11 en la línea de gas natural 6.
El primer intercambiador de calor 9 está conectado a través de un circuito de medio intercambiador de calor 12 y un cuarto intercambiador de calor 28 a una línea de aire aspirado 13 de la turbina de gas 2 y a través de un quinto intercambiador de calor 29 a un sistema de refrigeración de la central eléctrica 1. En el ejemplo de realización de la figura 1 el cuarto y quinto intercambiador de calor 28,29 están conectados en serie. Sin embargo, también es concebible una disposición paralela.
El circuito de medio intercambiador de calor 12 es normalmente un circuito de agua-glicol.
Si la central eléctrica 1 es una central térmica de ciclo combinado, como se muestra en la figura 1, entonces comprende adicionalmente un generador de vapor de calor perdido 14, en donde el segundo intercambiador de calor 10 está acoplado con un precalentador de condensado 15 en el generador de vapor de calor perdido 14. La figura 1 muestra ambas opciones de la extracción de condensado caliente para el segundo intercambiador de calor 10. En el primer caso, un punto de extracción de condensado caliente 16 está situado detrás de una bomba de agua de alimentación a alta presión 17. En el segundo caso, el punto de extracción de condensado caliente 16 está situado detrás de una bomba de recirculación de condensado 18. En este caso, el segundo intercambiador de calor 10 debería estar realizado como un intercambiador de calor de seguridad de doble pared.
La figura 1 muestra finalmente que el tercer intercambiador de calor 11 está acoplado con un sistema de agua de alimentación 19 del generador de vapor de calor perdido 14.
Existe la posibilidad de extraer agua de alimentación de la parte de alta presión 23 o de la parte de presión media 24 para el calentamiento del gas natural a través del tercer intercambiador de calor 11. La figura 1 muestra ambas variantes.
El concepto de la invención puede aplicarse también a otro tipo de central eléctrica. La figura 2 muestra una central de turbina de gas 25 con chimenea de gas de escape 26, así como una derivación de chimenea 20 en la chimenea de gas de escape 26. La disposición de los componentes para la regasificación del gas natural no varía con respecto a la central de la figura 1. El calor para el segundo y tercer intercambiador de calor 10,11 se obtiene, en este caso, del gas de escape de turbina de gas a través de superficies de intercambiador de calor 21 correspondientes en la derivación de chimenea 20 de la chimenea de gas de escape 26. En el funcionamiento una parte del gas de escape se conduce a través de la derivación de chimenea 20 y tras la emisión del calor a las superficies de intercambiador de calor 21 correspondientes se añade de nuevo a la corriente de gas de escape principal 27.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Central eléctrica (1) con una turbina de gas (2) que comprende un compresor (3), una cámara de combustión (4) y una turbina (5), además con una línea de gas natural (6) para el transporte de gas natural licuado y gaseoso a la turbina de gas (2), un compresor de gas natural (7) conectado a la línea de gas natural (6) para aumentar una presiónde gas natural licuado y un expansor (8) conectado asimismo a la línea de gas natural (6), que comprende adicionalmente, y dispuesto entre compresor de gas natural (7) y expansor (8), un primer intercambiador de calor (9) para la vaporización de gas natural licuado y un segundo intercambiador de calor (10) para el calentamiento adicional del gas natural regasificado, en donde la central eléctrica comprende un generador de vapor de calor perdido (14), caracterizada porque el segundo intercambiador de calor (10) está acoplado con un precalentador de condensado (15) en el generador de vapor de calor perdido (14).
2. Central eléctrica según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un tercer intercambiador de calor (11) conectado aguas abajo del expansor (8) en la línea de gas natural (6).
3. Central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el primer intercambiador de calor (9) está conectado a través de un circuito de medio intercambiador de calor (12) a una línea de aire aspirado (13) de la turbina de gas (2).
4. Central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer intercambiador de calor (9) está conectado a través de un circuito de medio intercambiador de calor (12) a un sistema de refrigeración de la central eléctrica (1).
5. Central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones 3 o 4, en donde el circuito de medio intercambiador de calor (12) es un circuito de agua-glicol.
6. Central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde un punto de extracción de condensado caliente (16) para el segundo intercambiador de calor (10) en la dirección de flujo de agua de alimentación está situado detrás de una bomba de agua de alimentación a alta presión (17).
7. Central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde un punto de extracción de condensado caliente (16) para el segundo intercambiador de calor (10) en la dirección de flujo de condensado está situado detrás de una bomba de recirculación de condensado (18) y el segundo intercambiador de calor (10) es un intercambiador de calor de seguridad de doble pared.
8. Central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones 2 a 7, en donde el tercer intercambiador de calor (11) está acoplado con un sistema de agua de alimentación (19) del generador de vapor de calor perdido (14).
9. Procedimiento para hacer funcionar la central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones anteriores con vaporización de gas natural licuado, en el que el gas natural licuado se lleva a al menos 150 bar, y se emplea calor procedente de un aire aspirado de turbina de gas y/o de un sistema de refrigeración de la central eléctrica (1) para gasificar gas natural licuado, caracterizado porque en una etapa adicional el gas natural en el intercambio de calor con condensado caliente procedente del precalentador de condensado (15) del generador de vapor de calor perdido (14) se calienta adicionalmente.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en donde el gas natural calentado adicionalmente se descomprime bajo potencia suministrada a través del expansor (8) a un nivel de presión de gas necesario para un funcionamiento de turbina de gas.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, en donde el gas natural descomprimido se calienta adicionalmente en el intercambio de calor con agua de alimentación.
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