MX2007012940A

MX2007012940A - Sistema de sello de fuga de prensaestopas.

Info

Publication number: MX2007012940A
Application number: MX2007012940A
Authority: MX
Inventors: Lawrence Rhodes; Yakov Lerner
Original assignee: Recurrent Engineering Llc
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2008-03-25
Also published as: CR9476A; AU2006247764A1; CA2604176C; CN101175900B; EP1882086A4; US20060277911A1; WO2006124469A3; CN101175900A; AU2006247764B2; IS8692A; TR200707749T1; EP1882086A2; JP4691156B2; NZ562246A; WO2006124469A2; CA2604176A1; JP2008540916A; US8375719B2

Abstract

La presente invencion esta dirigida a un sistema de selladura de turbina. El sistema de selladura de turbina captura el fluido de trabajo que esta escapando de un sistema de ciclo termodinamico de circuito cerrado, condensa el fluido de trabajo capturado, y devuelve el condensado nuevamente al sistema del ciclo termodinamico. El sistema de selladura de turbina esta configurado para aplicar nitrogeno, u otro material no condensable u otro material, para capturar o mezclarse con el fluido de trabajo de escape. La mezcla combinada del fluido de trabajo que escapa de la turbina y el nitrogeno utilizado para capturar el fluido de trabajo es evacuado por un compresor de escape que mantiene un vacio deseado en un compartimiento de selladura de portaestopa del sello de turbina. La mezcla combinada puede luego ser enviada a un condensador para condensar el vapor del fluido de trabajo y evacuar los materiales no condensables, formando una corriente de trabajo. Una vez que han sido evacuados los materiales no condensables, la corriente de trabajo es bombeada a una presion mas alta, y preparada para ser reintroducida dentro del sistema de ciclo termodinamico.

Description

SISTEMA DE SELLO DE FUGA D? PREWSAESTOPAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema de sello para el uso en un sistema termodinámico de circuito cerrado. Más en particular, la presente invención se refiere a un s:.stema de sello para captura el fluido de trabajo que se ha fugado o escapado de una turbina de expansión, y la devolución de fluido de trabajo escapado hacia un ciclo termodinámico de fluido de trabajo mixto, tal como un Ciclo de Kaiina.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La energía térmica puede ser útilmente convertida en mecánica y luego en forma eléctrica. Los métodos de conversión de la energía térmica a fuentes de calor de baja y alta temperatura en la energía eléctrica, representan un área importante de generación de energía. Existe una necesidad para incrementar la eficiencia de la conversión de tal calor de baja temperatura a energía eléctrica. La energía térmica proveniente de una fuente de calor puede ser transformada en forma mecánica y luego eléctrica utilizando un fluido de trabajo que es expandido y regenere-do en un sistema cerrado que opera sobre un ciclo termodinámico. El fluido de trabajo puede incluir REF„ s 186742 componentes de diferentes temperaturas de ebullición, y la composición del fluido de trabajo puede ser modificada en diferer.tes lugares dentro del sistema para mejorar la eficacia de la operación de conversión de energía. Los fluidos de trabajo de componentes múltiples incluyen típicamente un componente de bajo punto de ebullisión y un componente de más alto punto de ebullición. Al utilizar la combinación del componente de bajo punto de ebullición y un componente de más alto punto de ebullición, una corriente de la fuente de calor externa, tal como calor de desecho industrial, puede ser más eficientemente utilizada para la producción de electricidad. Los ejemplos de un componente de bajo punto de ebullición incluyen agua. Una vez que el fluido de trabajo ha sido calentado, éste es expandido en una turbina para convertir la energía potencial a energía mecánica, la cual es utilizada en la generación de electricidad. Una dificultad experimentada en las turbinas típicas es que el fluido de trabajo puede fugarse y escaparse hacia el ambiente. Este problema es exacerbado cuando uno o más componentes del fluido de trabajo están en una forma de vapor o vapor sobrecalentado. La fuga del fluido de trabajo puede reducir el volumen total del fluido de trabajo que es utilizado en un ciclo. Esto puede crear complicaciones adicionales donde el fluido de trabajo está siendo utilizado en un circuito cerrado. Además, a veces ün componente de un fluido de trabajo de componentes múltiples puede fugarse en cantidades desproporcionadas con relación a los otros componentes. Como resultado, el balance de las especies de fluido de trabajo de componentes múltiples puede ser interrumpido. Cuando se utiliza amoniaco como uno de los componentes de fluido de trabajo, la liberación de amoniaqo hacia la atmósfera puede ser indeseable debido a las propiedades materiales de amoniaco, Como resultado, el control de la liberación de cualquier componente puede ser altamente deseable. Los sistemas de sellado de turbinas han sido creados para moderar los problemas de fuga de fluidos. No obstante, tales sistemas de selladura requieren típicamente la modificación o cambios completos al sistema de la turbina, para ser efectivos. Como resultado, las turbinas especializadas deben ser creadas con base en los requerimientos particulares de la corriente de la fuente de vapor que es utilizada. Esto puede hacer a las turbinas prohibidamente caras y/o interferir con la operación deseada de la ingeniería de la turbina. Además, algunos sistemas requieren vacío u otras presiones en los sistemas para ser mantenidos en parámetros particulares. Como resultado, los requerimientos completos del sistema pueden volverse más caros de lo que se desea.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a un sistema de turbinas o de fugas de prensaestopa. El sistema de sello de turbine. está configurado para capturar el fluido de trabajo que está escapando desde un sistema termodinámico que tiene un flu:?do de trabajo de componentes múltiples, tal como un sistema de Ciclo de Kalina, se condensa el fluido de trabajo capturado, y se devuelve el condensado nuevamente al sistema termodinámico del fluido de trabajo de componentes múltiples. El sistema de sello de turbina está configurado para aplicar nitrógeno u otro gas no condensable, u otro material, para capturar o mezclarse con el fluido de trabajo que escapa. La mezcla combinada del fluido de trabajo escapa y el nitrógeno utilizado para capturar el fluido de trabajo es evacuado por un esce.pe o compresor que mantiene un vacío deseado en un compartimiento de prensaestopa de turbina. La mezcla combinada puede ser luego enviada a un condensador para condensar el vapor de fluido de trabajo y evacuar los no condensables . Una vez que han sido evacuados los no condensables, la corriente de trabajo es bombeada a una presión más alta, y preparada para ser introducida nuevamente en el sistema termodinámico. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, una vez que la mezcla combinada ha sido condensada y la coirriente de trabajo resultante bombeada a una más alta presión, la corriente de trabajo es precalentada y parcialmente sometida a ebullición. La corriente de trabajo es luego separada por un separador, en donde el vapor de la corriente de trabajo (por ejemplo corriente rica) es regresada al sistema termodinámico y la porción líquida (por ejemplo corriente pobre) de la corriente de trabajo es combinada con la mezcla combinada. De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, es utilizado un compresor mecánico para presurizar la mezcla combinada hasta un nivel en ésta puede ser completamente condensada y destilada a temperaturas de enfriamiento dada. El uso de un compresor hace posible la condensación de la mezcla combinada a temperaturas disponibles del refrigerante. Además, esto permite que el sistema mantenga el vacío de sello deseado incluso bajo condiciones ambientales extraordinariamente calientes Opcionalmente, puede ser utilizado un intercambiador de calor para manipular los parámetros de la mezcla combinada para aproximarse al punto de rocío de la mezcla combinada, con el fin de disminuir la energía mecánica requerida para la compres-j-ón pre-condensación. El compresor mecánico permite la operación deseada del sistema bajo una amplia variedad de condiciones de temperatura ambiental. De acuerdo con una modalidad, el compresor mecánico puede ser requerido únicamente una porción del tiempo y puede de otro modo ser desviado. Opcionalmente, el compresor puede ser utilizado aún cuando no se requiera para la condensación para presurizar el condensador por arriba de la presión ambiental tal que los no condensables pueden ser ventilados sin un soplador adicional. De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, es utilizado un sistema de destilación operado por calor, de dos etapas. Mediante el uso de un sistema de destilalción operado de calor, de dos etapas, el vapor presurizado, el cual ha estado ya a través del condensador y que tiene una temperatura más alta que la curva del punto de rocío, puede ser destilado para producir una liquidez suficiehte para la dilución. En la modalidad ilustrada, una vez quf la corriente de trabajo ha sido bombeada a una presión más alta, ésta es precalentada y parcialmente hervida y enviada a un primer separador. En el primer separador, la corriente de trabajo que tiene una temperatura que es mayor que el punto de rocío (por ejemplo corriente rica) puede ser enviada a un enfriador de vapor. En el enfriador de vapor, los parámetros de la corriente rica pueden ser cambiados para aproximarse al punto de rocío de la corriente rica, y luego la corr:.ente rica puede ser separada en un segundo separador de punto de rocío. En el separador de punto de rocío, la corriente rica puede ser regresada al sistema termodinámico de componentes múltiples que tiene sustancialmente los mismos parámetros que el fluido de trabajo expandido que sale de las turbincis en el sistema termodinámico. Después de que la mezcla combinada ha sido condensada, el flujo de la corriente de trabajo a través de la bop-ba puede ser ajustado para mantener la operación deseada, del sistema. Por ejemplo, el flujo de la corriente de trabajo puede ser utilizado para ajustar el vacío en el sello de turbina y el flujo completo del fluido a través del sistema de sello de turbina. Además, el flujo de una corriente de fuente de calor a través de los intercambiadores de calor puede ser estrangulado para alterar adicionalmente los parámetros del sistema de selladura de la turbina. Éstos y otros objetivos y características de la presente invención se volverán más completamente aparentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones i anexas , | o puede ser aprendido por la práctica de la invención como se| describe más adelante en la presente.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Para aclarar adicionalmente las ventajas caracter Ií,sticas anteriormente mencionadas y otras de la presente invención, una descripción más particular de la invención será realizada por referencia a las modalidades específicas de la misma que son ilustradas en las figuras anexas Se aprecia que estas figuras describen únicamente modalidades típicas de la invención, y son por lo tanto no consideradas como limitantes de su alcance. La invención será c-escrita y explicada con especificidad adicional y detalle: a través del uso de las figuras anexas en las cuales: I La Figura 1 ilustra un sistema de selladura de turbinal, el cual es utilizado en un sistema termodinámico de fluido de trabajo de componentes múltiples, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La Figura 2 ilustra un sistema de selladura de turbina que tiene un compresor mecánico, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La Figura 3 ilustra un sistema de selladura de turbinaj que tiene un sistema operado de calor, de dos etapas, que incluye un primer separador y un segundo separador, de acuerdo con otra modalidad más de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN i La presente invención está dirigida a un sistema de selladura de turbinas o de fuga de prensaestopa. El sistema de selladura de turbina está configurado para: (i) capturar el fluido de trabajo que ha escapado de un sistema termodinámico de fluido de trabajo de componentes múltiples, tal como un Ciclo de Kalina; (ii) condensar el fluido de trabajo capturado; y (iii) regresar el condensado nuevamente al sistema termodinámico. El sistema de selladura de turbina porción líquida (por ejemplo corriente pobre) de la corriente de trabajo es combinada con la mezcla combinada, De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, un compresor mecánico es utilizado para hacer posible la condensación de la mezcla combinada a las temperé.turas dadas del refrigerante. Además, el compresor hace posible que el sistema mantenga un vacío de selladura deseado, incluso bajo condiciones ambientales extraordinariamente calientes. Opcionalmente, puede ser utilizado un intercambiador de calor para manipular los parámetros de la mezcla combinada para aproximarse al punto de roca o de la mezcla combinada, con el fin de disminuir la energía mecánica requerida para la compresión pre-condensación. El compresor mecánico permite la operación deseada del sistema bajo una amplia variedad de condiciones de temperatura ambiental. De acuerdo con una modalidad, el compresor mecánico puede ser requerido únicamente una porción del tie:npo y puede de otro modo ser desviado. Opcionalmente, el compresor puede ser utilizado aún cuando no se requiera para la condensación para presurizar el condensador por arriba de la presión ambiental tal que los no condensables pueden ser ventilados sin un soplador adicional. De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, es utilizado un sistema de destilación operado por calor, de dos etapas. Mediante el uso de un sistema de destilación operado de calor, de dos etapas, el vapor presuri?iado, el cual ha estado ya a través del condensador y que tiene una temperatura más alta que la curva del punto de rocío, puede ser destilado para producir una liquidez suficiente para la dilución. En la modalidad ilustrada, una vez qule la corriente de trabajo ha sido bombeada a una presiór- más alta, ésta es precalentada y parcialmente hervida y envicLda a un primer separador. En el primer separador, la corriente de trabajo que tiene una temperatura que es mayor que el punto de rocío (por ejemplo corriente rica) puede ser enviada a un enfriador de vapor. En el enfriador de vapor, los parámetros de la corriente rica pueden ser cambiados para aproximarse al punto de rocío de la corriente rica, y luego la corriente rica puede ser separada en un segundo separador de punto de rocío. En el separador de punto de rocío, la corriente rica puede ser regresada al sistema termodinámico de componentes múltiples que tiene sustancialmente los mismos parámetros que el fluido de trabajo expandido que sale de las turbinas en el sistema termodinámico. Después de que la mezcla combinada ha sido condensada, el flujo de la corriente de trabajo a través de la bopfa puede ser ajustado para mantener la operación deseada del sistema. Por ejemplo, el flujo de la corriente de trabajo puede ser utilizado para ajustar el vacío en el sello de turbina y el flujo completo del fluido a través del sistema de sello de turbina. Además, el flujo de una corriente de fuente de calor a través de los intercambiadores de calor puede ser estrangulado para alterar adicionalmente los parámetros del sistema de selladura de la turbina. La Figura 1 ilustra un sistema de selladura de turbina de acuerdo con una modalidad de la presente mvencí.ón. En esta modalidad, el sistema de selladura de turbina es utilizado en conexión con una turbina de expansión 31-36 de un sistema de ciclo termodinámico. La presente invencuón puede ser utilizada en conexión con un sistema termodilnámico de circuito o de ciclo cerrado que utiliza un fluido de trabajo de componentes múltiples, tal como un sistema de Ciclo de Kalina. Mientras que se entiende que la invención puede ser incorporada en una variedad de diferentes tipos c.e sistemas de ciclo termodinámico, se hará referencia en la presente específicamente a un sistema de Ciclo de Kalina. El sistema de expansión 31-36 es utilizado para expandir el fluido de trabajo de alta energía del sistema termodinámico. La expansión del fluido de trabajo de alta energía hace posible que la energía potencial del fluido de trabajo sea convertida a energía eléctrica. Las tecnologías ejemplares del Ciclo de Kalina son ilustradas en las Patentes Nos. 5,953,918; 5,572,871; 5,440,882 y de selladura de turbina sella los extremos del eje de la turbina de expansión 31-36 con nitrógeno en los puntos 31 y 34, utilizando selladuras de gas seco de laberinto o mecánicos. Las selladuras de gas seco de laberinto o mecánicas funcionan para reducir la cantidad de fluido de trabajo que escapa de la turbina de expansión.

Mediante la selladura de ambos extremos de la turbina con nitrógéno, cualquier fluido de trabajo que pudiera de otro modo escapar hacia el ambiente es capturado y combinado con el ni ógeno. El fluido de trabajo que escapa que tiene los parametiros en el punto 33 y 34 es de este modo capturado y puede áer regresado al sistema de ciclo termodinámico. Esta mezcla combinada de nitrógeno y fluido de trabajo será de aquí en adelante denominada como la mezcla combinada. Las mezclas combinadas en los puntos 33 y 34 son combinadas en un punto brevemente corriente abajo del punto 34 y que tiene los parámetros en el punto 35. La mezcla combinada en el punto 35 es evacuada hacia un condensador 6. Poco antes de entrar al condensador 6, la mezcla combinada es combinada con una corriente pobre proveniente del punto 81, para formar la mezcla combinada en 71. La mezcla combinada 71 entra al condensador 6 teniendo los parámetros en el punto 71. En el condensador, la mezcla combinada es provista con un grado inicial de condensación destinada a llevar al fluido de trabajo al punto de burbuja. La mezcla combinada es condensada utilizando un refrigerante 58, 59. El refrigerante 58, 59 entra al intercaribiador de calor 6 teniendo un parámetro de temperatura baja en el punto 58 y un parámetro de temperatura más alta en el punto 59. La transición del refrigerante desde el parámetro de temperatura baja 58 al parámetro de temperatura más alta 59 ocurre como resultado de la relación de intercambio de calor con la mezcla combinada 71, 72 en el interccimbiador de calor 6. El condensador 6 es utilizado para condensar el fluido de trabajo condensable de la mezcla l que el fluido de trabajo tiene los parámetros En conexión con el condensador 6, los no condensables tales como nitrógeno proveniente de la mezcla combinada 71, 72, que son inicialmente proporcionados en ambos lados de la turbina en el punto 33 y 34, son evacuados hacia un tanque de soplado 5. El tanque de soplado 5 es utilizado para prevenir la liberación accidental de cualquier fluido de trabajo remanente hacia el ambiente, mientras que permite la evacuación de los materiales no condensables, tales como el nitrógeno. El uso de nitrógeno para capturar el fluido de trabajo puede permitir la captura deseada del fluido ie trabajo que escapa mientras que también proporciona un material no condensable ambientalmente amigable, que puede ser expulsado hacia el ambiente de una manera segura y efectiva En el punto 72, el fluido de trabajo condensado comprende una corriente de trabajo que tiene parámetros en el punto / 2. La corriente de trabajo 72 es enviada a un compresor 73 En el compresor 72, 73, la corriente de trabajo 73 es comprimida y enviada a un intercambiador de calor 7. En el intercambiador 7, la corriente de trabajo es precalentada utilizando una corriente pobre 80, 81. La corrier.te de trabajo precalentada es luego enviada a un intercembiador de calor 8. El intercambiador de calor 8 utiliza un fluido 51 de la fuente de temperatura proveniente de una corriente de fuente externa de calor. De acuerdo con una mo-lalidad de la presente invención, el fluido de la fuente de temperatura comprende fluido proveniente del Ciclo de Kalina. De acuerdo con otra modalidad más, el fluido de la fuente de temperatura es proveniente de una fuente de fluido externa al Ciclo de Kalina y el sistema de selladura de turbina. El fluido de la fuente de temperatura puede comprender una variedad de fuentes de calor tales como salmuera geotérmica, calor de desecho industrial o similares. En el intercambiador de calor 8, la corriente de trabajo precalentada es calentada desde un parámetro de temperatura 74 hasta un parámetro de temperatura 75. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, la corriente de trabajo es parcialmente hervida utilizando el intercambiador de calor 8. Desde el punto 75, la corriente de trabajo parcialmente hervida entra a un separador 76-80 de punto de rocío. El separador 76-80 de punto de rocío separa la corriente de trabajo en una corriente rica 76 y una corriente pobre 80. La corriente rica 76 puede tener sustancialmente la misma presión y composición que el fluido de trabajo o la corriente gastada que sale de la turbina de expansión en el punto 36. De esta manera, la introducción de la corriente rica 36 puede no cambiar sustancialmente el balance de los componentes del fluido de trabajo del Ciclo de Kalina. Además, los parámetros de presión y otros, tales como lá composición del fluido de trabajo del punto 36 al punto 37 en el Ciclo de Kalina, pueden ser mantenidos. Mientras que la corriente de trabajo que sale del separador de punto de rocío en el punto 76 es descrita como una corriente rica, ésta tiene sustancialmente los mismos parámetros que el fluido de trabajo y la corriente gastada en el punto 36. No obstante, con respecto a la corriente de trabajo en el punto 80 (por ejemplo la corriente rica) , la corriente de trabajo en el punto 76 (por ejemplo la corriente pobre) tiene sustancialmente más del componente de bajo punto de ebullición de la corriente de trabajo que la corriente de trabajo1 en el punto 80. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el separador 76-80 del punto de rocío separa la porción de vapor de la corriente de trabajo desde la porción líquida de la corriente de trabajo. La corriente de trabajo vaporizada es separada al punto 76, donde ésta tiene sustancialmente las mismas características vaporizadas que el fluido de trabajo o la corriente gastada en el punto 36. La porción líquida o la corriente pobre 80 no tiene los mismos parámetros de temperatura que el fluido de trabajo en el punto 36. La corriente pobre 80 es enviada al intercambiador de calor 7, donde ésta es utilizada para precalentar la corriente de trabajo comprimida 73, 74. La relación de intercambio de calor entre la corriente de trabajo comprimida 73-74 y la corriente pobre 80-81 reduce la temperatura de la corriente pobre al punto 81. La corriente pobre enfriada es luego combinada con la mezcla combinada 35 para proporcionar la mezcla combinada que tiene los parámetros de temperatura en el punto 71. La introducción de la corriente pobre 81 a la mezcla combinada 35 puede transferir energía desde la mezcla combinada 35 a los componentes de la corriente pobre 81. De¡ esta manera, los parámetros de energía de la mezcla combinada en el punto 71 son menores que la mezcla combinada en el punto 35, facilitando de este modo la condensación de la mezc-La combinada 71 en el condensador 6. El sistema de selladura de turbina es utilizado para cetpturar el fluido de trabajo vaporizado que está escapando de la turbina 31-36, mientras que también regresa tal fluido de trabajo al Ciclo de Kalina. El fluido de trabajo es devuelto al Ciclo de Kalina teniendo sustancialmente la misma presión que el fluido de trabajo con el cual éste está siendo combinado dentro del Ciclo de Kalina. i Utilizando un sistema compresor de fugas de portaestjopa, se reduce al mínimo el escape del componente de bajo pµnto de ebullición del fluido de trabajo hacia el ambiente. La captura del componente de bajo punto de ebullicion puede ser particularmente de auxilio donde las propiedades químicas del componente son dañinas para el ambiente. Además, mediante la prevención de la pérdida del fluido de trabajo, se mantiene la eficiencia y la conservación del fluido de trabajo y, en particular, el componente de bajo punto de ebullición del fluido de trabajo. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el compresor 72-73 puede ser controlado para regular la cantidad de flujo de la corriente de trabajo condensada a través del compresor 72-73. De esta manera, la presión| de vacío deseada en el sistema de selladura de turbina puede ser mantenida. El control de la presión en el sistema de selladura de turbina hace posible que un usuario controle los parámetros de la corriente de trabajo parcialmente hervida, en el punto 75 para seguir una curva deseada | del punto de rocío. La curva del punto de rocío está basada en una función de la presión y la composición de la corriente de trabajo y otros parámetros del sistema. En el caso en que la temperatura de la corriente de trabajo necesita ser incrementada, el fluido de calentamiento 46-47 puede ser estrangulado para incrementar los parámetros de temperatura proporcionados en el intercambiador de calor 8. De esta manera,| otros cambios en los parámetros dentro del sistema pueden ser superados para mantener la temperatura deseada del punto de rocío de la corriente de trabajo parcialmente hervid en el punto 75 Al mantener la temperatura del punto de rocío de la corriente de trabajo, la corriente de trabajo es preparada para la introducción del sistema de trabajo parcialmente hervido, dentro del separador 76-80 de punto de rocío. En otras palabras, el fluido de un fluido de calentamiento 46-47 y el flujo de la corriente de trabajo a través del compresor 72-73 puede ser utilizado para mantener los parámetros deseados dentro del sistema y permitir la funcionalidad adecuada del sistema de selladura de turbina. En particular, los parámetros de la corriente de trabajo en el punto 76 pueden ser mantenidos aproximadamente a los parámetros del fluido de trabajo o de la corriente gastada en el punto 36. Además, un grado deseado de vacío puede ser mantenido dentro del sistema de selladura de turbina para extraer la mezcla combinada a través del condensador y la corriente de trabajo hacia el compresor 72-73. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, es mantenido un vacío deseado de aproximadamente 3-50 miar dentro del compartimiento de portaestopa de la turbina. Esto permite la evacuación de una mezcla combinada desde los puntos 33 y 34 y hacia el condensador 6. Una vez que ha sido condensada la mezcla combinada, la corriente de trabajo puede ser comprimida a los compresores 72-73, pre-calente.da en el intercambiador de calor 7, parcialmente hervid en el intercambiador de calor 8, separada por un separador 76-80 de punto de rocío y devuelta al sistema de Ciclo de Kalina en el punto 36-37 para proporcionar una corriente de trabajo que tiene los parámetros como en el punto 37. Como será apreciado por aquellos expertos en la técnica puede ser utilizada una variedad de tipos de configuraciones de compresores sin apartarse del alcance y espíritu de la presente invención. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el sistema de selladura de turbina de la figura 1 es utilizado cuando el sistema de selladura es enfriado con aire en una temperatura de aire ambiental de aproximadamente 29 eC (752F) . De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, el sistema de selladura de turbina de la figura 1 es utilizado para plantas enfriadas con agua donde la temperatura del agua de enfriamiento es de aproximadamente 29-30.5SC (85-87aF). De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, el refrigerante 58-59 utiliza un medio que tiene aproximadamente un paráttetro de temperatura no mayor de 182C (65eF). En otras palabras, el sistema de selladura de turbina de la figura puede ser utilizado donde los parámetros operativos del sistema son suficientes para mantener la operabilidad deseada, del sistema sin componentes o sistemas adicionales. De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, el sistema de selladura de turbina puede ser utilizado en sellos de portaestopa de turbina, convencional sin modificaciones sofisticadas o complicadas a los sellos existentes de portaestopa de turbina. De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, el sistema de selladura de turbina es utilizado cuando los sellos de portaestopa de turbina son modificados en particular para el uso con el sistema de selladura de turbina. La figura 2 es una vista esquemática de un sistema de selladura de turbina, de acuerdo con otra modalidad más de la presente invención. En la modalidad ilustrada, el sistema de selladura de turbina incluye un intercambiador de calor 9 y un compresor 79-82. En la modalidad ilustrada, las mezclas combinadas en el punto 35 son enviadas a un enfriador 9. El enfriador 9 comprende un intercambiador de calor que reduce los parámetros de temperatura de la mezcla combinada en el punto 35 hasta un parámetro de temperatura en el punto 79. El parámetro de temperatura en el punto 79 es menor que el parámetro de temperatura en el punto 35, disminuyendo la energía mecánica adquirida por el compresor 79-82. En la modalidad ilustrada, un condensador 6 de salida del refrigerante es utilizado para enfriar la mezcla combinada en el intercambiador de calor 9. No obstante, como será apreciado de una persona de experiencia ordinaria en la técnica, el refrigerante es utilizado en conexión con el intercambiador de calor 9 puede estar separado y ser distinto del refrigerante en el condensador 6 Desde el punto 79, la mezcla combinada es comprimida por un compresor mecánico 79-82. El compresor mecánico 79-82 comprime la mezcla combinada. La compresión incrementada hace posible que el condensador 6 condense la mezcla combinada desde el punto 71 hasta el punto 72 utilizando la temperatura del refrigerante disponible, del refrigerante 58-59. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el compresor mecánico 79-82 comprime la mezcla combinada hasta una compresión máxima de 4 a 1, cuando se compara con la compresión de la mezcla combinada en el punto 79. La compresión de la mezcla combinada en la compresión de 4 a 1 facilita adicionalmente el vacío de sello deseado en la turbina en expansión del Ciclo de Kalina, incluso bajo condiciones de temperatura ambiental extraordinariamente calientes. Además, el enfriamiento de la mezcla combinada desde el punto 35 hasta el punto 39 disminuye la energía mecánica necesaria para la compresión utilizando el compresor mecánico 79-82. Como será apreciado por aquellos expertos en la técnica,! el enfriamiento de la mezcla combinada utilizando el intercambiador de calor 9 y la compresión utilizando el compresor 79-82 puede ser opcionalmente desviada cuando los parámetros de temperatura dentro del sistema debido, no requieren enfriamiento y/o compresión adicionales de la mezcla combinada. Por ejemplo, en algunos sistemas, los parámetros operativos normales no requerirán enfriamiento o compresión de la mezcla combinada, como es proporcionado por el intercambiador de calor 9 y el compresor 79-82. No obstante, ajustes ocasionales al sistema, tales como las temperaturas disponibles del refrigerante, la presión de retorno y el separador principal 76-80, el parámetro de temperatura de la mezcla combinada, u otras variables del sistema pueden beneficiarse de la operabilidad adicional proporcionada por el compresor 76-82 y/o el intercambiador de calor 9. Por ejemplo, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, la presión de retorno en el separador principal 76-80 puede incrementarse al punto donde la composición de líquidos se vuelve demasiado rica en el componente de bajo punto de ebullición para condensarse a la temperatura disponible en el refrigerante. Como resultado, el enfriamiento adicional de la mezcla combinada, proporc onada por el intercambiador de calor 9 y/o la compresión ejercida o proporcionada por el compresor mecánico 79-82, permite que el intercambiador de calor 6 condense la mezcla combinada a los parámetros disponibles de temperatura del refrigerante 58-89. De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, el compresor 78-82 es utilizado en una base por venir, aún cuando la presión dentro del sistema y/o los parámetros de temperatura de la mezcla combinada estén dentro de intervalos aceptables. La utilización del compresor 79-82 cuando las condiciones de operación dentro del sistema están dentro de intervalos normales, permite el escape directo de los matjeriales no condensables, tales como el nitrógeno u otros fluidos utilizados para capturar el fluido de trabajo en la turbina de expansión, incluso sin el uso del tanque de soplado como es ilustrado en la figura 1. Al permitir el escape directo del sistema, los componentes adicionales del sistema son reducidos al mínimo y/o eliminados para reducir el costo total y la complejidad del sistema. Como será apreciado por aquellos expertos en la técnica, la habilidad del condensador 6 para condensar la mezcla combinada en el punto 71-72 está basada no solamente en los parámetros de la temperatura refrigerante del refrigerante 58-59, sino también de la compresión de la mezcla combinada en el punto 71. Una vez que la corriente de trabajo ha sido bombeada a un parámetro de más alta presión en el punto 73, la corriente de trabajo entra al intercambiador de calor 7 que tiene los parámetros en el punto 83. La corriente de trabajo tes pre-calentada a los parámetros de temperatura en el punto 84 y enviada hacia el intercambiador de calor 8. En el intercambiador de calor 8, la corriente de trabajo es parcial-nente hervida y enviada al separador 76-80. En el separador 76-80, el componente de vapor de la corriente de trabajo (por ejemplo, la corriente rica) es separada en el punto 76 e introducido en el sistema de Ciclo de Kalina en el punto 36-37, y la porción líquida de la corriente de trabajo 80 (por ejemplo, corriente pobre) es recombinada con la mezcla combinada entre el compresor 79-82 y el condensador 6. Al proporcionar una corriente de trabajo que tiene substancialmente la misma presión y composición que el fluido de trabajo y la corriente gastada que sale de la turbina de expansión en el punto 36, la composición completa y los parámetros del fluido de trabajo dentro del Ciclo de Kalina, permanecen sustancialmente sin cambio. Esto permite que el sistema de selladura de turbina sea utilizado sin la modificación adicional del sistema o cambios adicionales en el diseño dentro del ciclo de Kalina, mientras que al mismo tiempo proporciona los beneficios del sistema de selladura de turbina J Como será apreciado por aquellos expertos en la técnica, puede ser utilizada una variedad de tipos y configuraciones de sistema y componentes del sistema sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. Por ejemplo, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, un intercambiador de calor de refrigerante pre-condensador es utilizado en ausencia de un compresor mecánico. En otra modalidad más, es utilizado un compresor mecánico en ausencia de un intercambiador de calor de refrigerante pre-condensador . En otra modalidad más, uno o ambos del compresor refrigerante y el intercambiador de calor pueden ser utilizados. En otra modalidad más, el compresor refrigerante está colocado corriente abajo del compresor mecánico. La figura 3 es una vista esquemática de un sistema de selladura de turbina, de acuerdo con otra modalidad más de la presente invención. En la modalidad ilustrada, el sistema de selladura de turbina incluye un primer separador 76-80 y un segundo separador 79-82. El uso de un primer separador y un segundo separador proporciona un sistema operado por calor de dos etapas. Este extiende el intervalo operacional de los parámetros de temperatura de la mezcla combinada, sin utilizar compresión mecánica como la modalidad en la figura 2. En la modalidad ilustrada, el compresor 72-73 es utilizado para bombear la corriente de trabajo condensada a una presión más alta que la corriente de trabajo condensada que sale del condensador 6. En esta modalidad, el parámetro de temperatura de la corriente de trabajo en el punto 85, excede ún parámetro de temperatura deseado en una disposición típica, Como resultado, subsecuente al calentamiento de la corriente de trabajo en el intercambiador de calor 7 y el intercanbiador de calor 8, la corriente de trabajo en el punto 75 tiene un parámetro de temperatura que es más alta que la purva del punto de rocío Conforme se separa la corriente de trabajo en el separador 76-80, la corriente rica puede tener más del componejite de alto punto de ebullición que el fluido de trabajo o la corriente gastada en el punto 36 en el Ciclo de Kalina. Esto es en gran parte debido al hecho de que la corriente de trabajo en el punto 75 excede típicamente el punto de rocío. Como resultado, una porción más grande de la corriente rica que comprende el componente de bajo punto de ebullición que si el fluido de trabajo estuviera en el punto de rocío. Debido a que la corriente de trabajo en el punto 75 excede el punto de rocío, sustancialmente todo el componente líquido de la corriente de trabajo (por ejemplo, corriente pobre) comprenderá el componente de alto punto de ebullición. Como resultado, el líquido separador en el punto 80 comprende una corriente pobre, que puede ser utilizada para diluir la mezcla combinada cuando se mezcla con la mezcla combinada 35 en el punto 75. Además, en la modalidad ilustrada, la corriente pobre es utilizada en el intercambiador de calor 7 para incrementar el parámetro de temperatura de la corriente de trabajo desde aquella en el punto 85 hasta aquella en el punto 83 Una vez que la corriente de trabajo líquida ha sido separadlá en el separador 76-80, la corriente rica 76 es enviada al intercambiador de calor 9. El intercambiador de calor 9 comprende un enfriador que disminuye el parámetro de temperatura de la corriente rica desde el punto 76 hasta el punto 77. En la modalidad ilustrada, el refrigerante utilizado en el intercambiador de calor 9 comprende un fluido de trapajo proveniente del Ciclo de Kalina. El fluido de trabajo proveniente del Ciclo de Kalina enfría la corriente rica del sistema de selladura de turbina, mientras que la corriente rica desde el punto 76 hasta el punto 77 calienta el fluido de trabajo dentro del Ciclo de Kalina desde el punto 60 hasta el punto 63. De esta manera, no solamente el fluido ¡de trabajo proveniente del ciclo de calina ayuda al i enfriamiento de la corriente rica dentro del sistema de selladura de turbina, sino que la corriente rica proveniente del sistema de selladura de turbina también facilita el calentamiento del fluido de trabajo dentro del Ciclo de Kalina. Una vez que el parámetro de temperatura de la corriente rica ha sido enfriado desde el punto 76 hasta el punto 77, ésta es enviada a un separador 79-78 del punto de rocío. Opcionalmente, el sistema puede ser configurado tal que la corriente rica en el punto 77 se aproxima al punto de rocío, Cuando la corriente rica está en el punto de rocío, sustancialmente más del vapor dentro de la corriente rica incluye el componente de bajo punto de ebullición. De esta manera, los parámetros de composición y temperatura de la corriente rica 78 se aproxima sustancialmente a la composición del fluido de trabajo o la corriente gastada que sale de la turbina en el punto 36. La introducción de la corriente rica 78 en el punto 36 afecta mínimamente la composición de temperatura del fluido de trabajo resultante 37. En otras palabras, el parámetro de composición de temperatura del fluido de trabajo en el punto 37 se aproxima estrechamente a la temperatura y composición del fluido de trabajo o la corriente gastada en el punto 36 No obstante, un flujo incrementado será proporc :ionado en el punto 36 debido a la adición de la corriente rica desde el punto 78 en el punto 36-37. Los separadores 78-78 del punto de rocío también separan la corriente rica 77 en una corriente pobre 79. La corriente pobre 79 incluye sustancialmente más del componente de alto punto de ebullición que la corriente rica 78. La corriente pobre 79 puede ser bombeada utilizando un compresor 79-82 para regresar el parámetro de presión de la corriente pobre 79 a un punto 82. Adicionalmente, la compresión de la corriente pobre en el punto 82 se aproxima al parámetro de presurización de la corriente de trabajo en el punto 83. La corriente pobre 82 es combinada con la corriente de trabajo 83 en el punto 84 para proporcionar una corriente de trabajo que tiejne los parámetros en el punto 74. Como se discutió previamente, la corriente de trabajo es enviada al intercambiador de calor 8 para incrementar los parámetros de temperatura al punto 75. En la modalidad ilustrada, una corriente de fuente de calor externa 46-47 es utilizada en el intercambiador de calor 8 para calentar la corriente de trabajo 74-75. Debido al más alto porcentaje del componente de alto punto de ebullición en la corriente pobre 82, la corriente de trabajo resultante en el punto 7 '4 también tiene más del componente de alto punto de ebullición que la corriente de trabajo en el punto 83. Como resultado, una vez que la corriente de trabajo 74 ha sido calentada a los parámetros de temperatura en el punto 75 y separada en el separador 80-76, sustancialmente más del componente de bajo punto de ebullición es separado en la corriente pobre 80, proporcionando una corriente pobre suficiente para la dilución en el punto 81. i La compresión proporcionada por el compresor 72-73 induce una presión negativa en el condensador 6 con relación al punto 73, cuya presión negativa extrae la mezcla combinada hacia el condensador 6. Como resultado, al ajustar el flujo a través del compresor 72-73 se permite que el compresor 72-73 influya la temperatura de la corriente de trabajo en el separador 76-80. Similarmente, la temperatura de la corriente de trabajo 75-74 puede ser incrementada mediante la estrangulación de la corriente de trabajo 46-47 de la fuente de calor desde la fuente de calor 51. I De acuerdo con una modalidad de la presente invención, la temperatura de la corriente de trabajo en el punto 7)5 nunca debe caer por debajo del punto de rocío antes de que sea introducido en el separador 80-76. Esto mantiene el balance de especies deseado de la corriente de trabajo en el sistema de sello de turbina con el fin de proporcionar la composición deseada y los parámetros de temperatura de la corrieijte rica en el punto 78. En el caso en que el I I parámetro de temperatura de la corriente de trabajo comience a caer, la velocidad del flujo del fluido a través del compresor 72-73 puede ser disminuida y/o la estrangulación de i la corriente de la fuente de calor puede ser efectuada para ¡ proporcionar una cantidad mayor de calentamiento de la corriente de trabajo dentro del sistema de selladura de turbina. Por ejemplo, en condiciones de temperatura ambiente desfavorables, el tamaño del intercambiador de calor 74-75 y la cantidad del calor consumido en éste puede ser muy grande a pesar de una pequeña cantidad de flujo en el punto 35. Como será apreciado por aquellos expertos en la técnica, puede ser utilizada una variedad de tipos y config raciones de sistemas de selladura de turbina sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. Por ejemplo, de acuerdo con una modalidad, un compresor mecánico descrito en la Figura 2 puede ser utilizado en conexión con el sistema operado por calor, de dos etapas, de la Figura 3. De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, el enfriador y/o el compresor descrito en la Figura 2 pueden ser utilizados con el sistema operado con calor de dos etapas, de la Figura 3. De acuerdo con otra modalidad más, la regulación automática de uno o más parametros dentro del sistema puede ser regulada utilizando un compresor y/o una bomba y un flujo de la corriente de la fuente de calor para regular los parámetros de operación del sistema. De acuerdo con otra modalidad más de la presente invención, uno o más componentes del sistema pueden ser desviados dependiendo de las condiciones de operación, tales como los parámetros de temperatura de la mezcla combinada dentro del sistema. Además, la presente invención puede ser incorporada en una variedad de diferentes tipos de sistemas de ciclo termodinámico de circuito cerrado que tiene un fluido de trabajo de componentes múltiples. | La presente invención puede ser ejemplificada en otras formas específicas sin apartarse de su espíritu o características esenciales. Las modalidades descritas tienen que ser consideradas en todos aspectos únicamente como ilustrativas y no restrictivas. El alcance de la invención, por eje plo, está indicado por las reivindicaciones anexas en vez de por la descripción anterior. Todos los cambios que entran dentro del significado e intervalo de equivalencia de las re vindicaciones tienen que ser abarcados dentro de su alcance Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor ifiétodo conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones .

1. Un método para sellar una turbina de un ciclo termodinámico, para reducir al mínimo el escape del fluido de trabajo hacia el ambiente, caracterizado porque comprende: la expansión, en una turbina, de una corriente de trabajo gaseosa de componentes múltiples de un sistema de ciclo t¡ermodinámico, que transforma su energía en una forma utilizable y produce una corriente gastada; la provisión de un sello en conexión con la expansión, tal que un material no condensable dentro del sello se mezcla con la corriente de trabajo de componentes múltiples que escapa de la turbina, el material no condensable y la corriente de trabajo de componentes múltiples que escapa, forman una corriente combinada; la condensación, al menos parcialmente, de la corrientie combinada para separar la corriente de trabajo de componentes múltiples, del material no condensable; y la devolución de la corriente de trabajo de componentes múltiples hacia el sistema de ciclo termodinámico .

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material no condensable comprende nitrógeno.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, car cterizado porque el sistema de ciclo termodinámico comprende un sistema de Ciclo de Kalina.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sello comprende un sistema de sello de turbina.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además la evacuación de la corriente combinada para mantener un vacío deseado dentro de un compartimiento de selladura del sello.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además el bombeo de la corriente de trabajo de componentes múltiples, después de la condensación de la corriente de trabajo de componentes múltiples, a una presión más alta,

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además la compresión de la corriente combinada.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además la evacuación del material no condensable después de condensar la corriente combinada ,

9. Un método para sellar una turbina dentro de un ciclo termodinámico, para reducir al mínimo el escape del fluido de trabajo hacia el ambiente, tal que el fluido de trabajo que escapa desde la turbina es capturado, condensado y devuelto al ciclo termodinámico, caracterizado porque comprende : I la expansión, en una turbina, de una corriente de trabajo gaseosa de componentes múltiples de un ciclo termodinámico, que transforma su energía en una forma utilizarle, y que produce una corriente gastada; la provisión de un material no condensable para mezclarse con el fluido de trabajo gaseoso de componentes múltiples que escapa desde la turbina, el material no condensable y el fluido de trabajo gaseoso de componentes múltiples que escapa, forman una corriente combinada; la evacuación de la corriente combinada; la condensación de al menos una porción de la corriente combinada evacuada para separar el fluido de trabajo gaseoso de componentes múltiples del material no condensable, el fluido de trabajo gaseoso de componentes múltiples separado, forma una corriente de trabajo; j la presurización de la corriente de trabajo; y la devolución de al menos una porción de la corriente de trabajo al ciclo termodinámico. !

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el material no condensable es proporcionado en un sistema de selladura de turbina.

11. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el método de selladura de una turbina es proporcionado en conexión con el sistema termodinámico de ciclo cerrado con el fin de mantener el balance de especies dentro del sistema termodinámico.

12. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además el enfriamiento de la corriente combinada en preparación para la condensación de al meno-p una porción de la corriente combinada evacuada,

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque comprende además la compresión de la corriente combinada enfriada, para facilitar la condensación de al menos una porción de la corriente combinada, evacuada.

14. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además la separación de la corriente de trabajo presurizada en una corriente pobre y una corriente rica.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque comprende además la combinación de la corriente pobre con la corriente combinada evacuada,

16. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque comprende además la separación de la corriente rica en una segunda corriente rica y una segunda corrientie pobre, en donde la segunda corriente rica es combinada con la corriente gastada y la segunda corriente pobre es combinada con la corriente de trabajo.

17. Un método para sellar una turbina dentro de un ciclo termodinámico para reducir al mínimo el escape del fluido de trabajo hacia el ambiente, tal que el fluido de trabajo que escapa de la turbina es capturado, condensado y devuelto al ciclo termodinámico, caracterizado porque comprende : la expansión de un fluido de trabajo gaseoso, de componentes múltiples, transformando su energía en una forma utilizable y produciendo una corriente gastada; la aplicación de un material no condensable dentro de un sello de la turbina, tal que el material no condensable se mezcla con el fluido de trabajo gaseoso, de componentes múltiples, que escapa de la turbina, el material no condensable y el fluido de trabajo gaseoso de componentes múltiples que escapa, forman una corriente combinada; la evacuación de la corriente combinada para mantener un vacío deseado dentro de un compartimiento de i selladura del sello; la condensación de al menos una porción de la corriente combinada en un condensador para separar el fluido de trabajo gaseoso de componentes múltiples del material no condensable; la evacuación del material no condensable de la corriente combinada para formar una corriente de trabajo; el bombeo de la corriente de trabajo a una presión más altía que la presión de la corriente combinada en el condensador; el calentamiento de la corriente de trabajo en un intercaibiador de calor para incrementar la temperatura de la corriente de trabajo hacia el punto de rocío; la división de la corriente de trabajo que forma una corriente pobre para ser agregado a la corriente combinada, y una corriente rica que tiene parámetros de temperatura y presión que se aproximan a la corriente gastada} y la devolución de la corriente rica al ciclo termodiiliámico ,

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la corriente rica es combinada con la corriente gastada del ciclo termodinámico

19. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la división de la corriente de trabajo ocurre en un primer separador.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, car cterizado porque comprende además la división de la corrientje rica en un segundo separador.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la corriente de trabajo introducida en el pb:imer separador excede el punto de rocío.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la corriente rica introducida dentro del segµndo separador se aproxima al punto de rocío.

23. El método de conformidad con la reivindicación 20, carjacterizado porque comprende además la división, en el segundo separador, de la corriente rica en una segunda corri em e rica para ser devuelta al ciclo termodinámico, y una segµnda corriente pobre que es combinada con la corriente combinapa.

24. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque comprende además el calentamiento de la corriente de trabajo.

25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caraeterizado porque la corriente de trabajo es calentada por la corriente pobre.

26. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la corriente pobre es calentada por una fuente de calor externa.