MX2008009460A

MX2008009460A - Unidad de recuperacion de calor.

Info

Publication number: MX2008009460A
Application number: MX2008009460A
Authority: MX
Inventors: Terje Kaspersen; Paal Kloster; Jan Inge Soerensen
Original assignee: Kanfa Tec As
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-11-25
Also published as: BRPI0706722A2; GB2448462A; BRPI0706722B1; NO20060363L; RU2410622C2; US20100263831A1; NO330648B1; DK200801148A; WO2007084011A1; US8517084B2; GB2448462B; RU2008134149A; GB0815316D0; DK178491B1

Abstract

Una unidad de recuperación de calor comprende un intercambiador de calor (3) que es situado en un espacio anular (4) que constituye una parte de un conducto de escape (2) que proviene por ejemplo, de una turbina de gas o un motor diesel. Un conducto de derivación (6) para los gases de escape es situado a través del espacio anular (4), y la distribución del flujo de gases de escape a través del intercambiador de calor (3) y el conducto de derivación (6) es controlada por medio de una válvula de regulación (7). La válvula de regulación es una válvula giratoria de amortiguación (7) que es situada en el conducto de escape (2) adyacente al intercambiador de calor (3), la válvula giratoria de amortiguación tiene una parte fija (8) y una parte susceptible de ser girada (9), ambas de las cuales son proporcionadas con los orificios (10, 12; 11, 13) que podrían ser juntados para cubrir o para superponerse entre sí. Tanto la parte fija (8) como la parte susceptible de ser girada (9) son formadas por dos porciones cónicas dirigidas en forma opuesta (8a, 8b; 9a, 9b).

Description

UNIDAD DE RECUPERACION DE CALOR DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La recuperación de calor de las turbinas de gas es un método común que proporciona calor para la producción de vapor y agua caliente en instalaciones en altamar. Con frecuencia, existe la demanda de grandes cantidades de calor para uso en la producción de petróleo o para otras demandas de calor. Últimamente, también se han explorado las posibilidades de recuperación de calor para la producción de vapor para su inyección en turbinas de gas con el objeto de reducir las emisiones de NOx hacia la atmósfera. Normalmente, la recuperación de calor se efectúa permitiendo que los gases calientes de escape, que provienen de la turbina de gas, se desplacen a través de un intercambiador de calor de tubo con el objeto de que el calor que proviene de los gases de escape sea transferido hacia un sistema basado en líquido o vapor. Una condición común para todas estas unidades de recuperación de calor es que son muy grandes y pesadas . Una unidad común para la generación de agua caliente pesa aproximadamente 50 toneladas y es de 10 x 8 x 14 metros (ancho x longitud x altura) . Este no es normalmente un problema en instalaciones terrestres, en donde a menudo existe espacio suficiente, sino que puede ser un problema en REF. 195128 instalaciones en altamar en donde el espacio es limitado. Esto es particularmente verdadero para plataformas existentes que experimentan una demanda de calor adicional . La razón por la que estas unidades son tan grandes es, de manera general, la necesidad de regular la cantidad de los gases de escape que será suministrada a la unidad de recuperación de calor. Por lo tanto, a menudo es necesario tener un sistema de derivación que ocupe un gran espacio. En la actualidad, es habitual la regulación de la cantidad de suministro de gases de escape a través de un amortiguador. Ya sea que el amortiguador sea del tipo de un álabe, de modo que cómo es observado a partir de la turbina de gas, siempre existirá una trayectoria abierta de gases de escape, o que sea instalado un conjunto de amortiguadores en el conducto principal y que un segundo conjunto sea instalado en el conducto de derivación, en donde los conjuntos trabajan juntos. La desventaja de esta última solución es que podría originar una operación con falla en una salida bloqueada como se observa desde la turbina de gas. Además del intercambiádor de calor, una unidad de recuperación de calor común comprenderá un silenciador, una válvula de regulación, un sistema de derivación, un alojamiento del intercambiador de calor y una chimenea de salida . La Patente de los Estados Unidos No. 6, 302,191, sugiere una solución distinta que tiene un conducto integral de derivación. En este caso, el intercambiador de calor es situado en un espacio anular que constituye parte del conducto de escape. El espacio anular es delimitado en el lado interior por una corredera cilindrica de válvula, la cual forma de manera concurrente la limitación exterior del conducto de derivación. La corredera de válvula puede moverse en dirección axial entre dos posiciones de extremo. En la posición superior, la corredera de válvula abre para el escape hacia el intercambiador de calor y cierra la derivación, y en la posición inferior, abre la derivación y cierra el intercambiador de calor. En las posiciones intermedias, los gases de escape son divididos entre el intercambiador de calor y la derivación. En una planta en altamar, la corredera cilindrica de válvula de acuerdo con la Patente de los Estados Unidos No. 6, 302,191, sería aproximadamente de 3 metros de diámetro y tendría una longitud de 5-10 m. Esta tendría que ser soportada, de modo que pudiera moverse en dirección axial en un modo simple debido a que la regulación total de los gases de escape está basada en el movimiento axial del cilindro. Esta necesita cojinetes de corredera o rodillo para minimizar la fricción, y también requiere que el espesor de pared sea lo suficientemente grande para evitar las deformaciones durante los movimientos del cilindro y debido al calentamiento y enfriamiento repetidos (las temperaturas de operación son normalmente de 600 °C) . Esto hace que el cilindro sea grande y pesado. Además, tiene que ser soportado por cojinetes complicados que serán localizados en los gases calientes de escape, una situación que ha provocado problemas en aplicaciones similares. Los cojinetes son difíciles de acceder sin desmantelar la totalidad de la unidad. La presente invención tiene por objetivo proporcionar una unidad de recuperación de calor del tipo mencionado con anterioridad, que sea simple y económica de producir y que tenga bajo peso y además, en forma concurrente, que sea fácil de regular en un modo relativamente exacto. Esto es obtenido de acuerdo con la invención a través de la unidad de recuperación de calor como es definido en la reivindicación 1. Las modalidades ventajosas son definidas en las reivindicaciones dependientes . La válvula de regulación de acuerdo con la presente solución tiene un movimiento angular relativamente corto y preciso que controla la cantidad de gases de escape que será suministrada al intercambiador de calor. Por lo tanto, existe una fuerza inferior necesaria para regular los gases de escape debido a que no es necesaria la elevación del peso de un elemento grande y pesado de válvula, sino que sólo será superada la fricción. Además, la presente solución podría estar basada en cojinetes comunes para ejes de un diámetro relativamente pequeño que puedan operar en altas temperaturas. Estas son encontradas en un número de aplicaciones bien probadas. Los cojinetes son pequeños, y cuando son situados en un modo sensible, podrían ser inspeccionados o sustituidos en un modo simple sin desmantelar la totalidad de la unidad. Esto simplificará el mantenimiento en forma considerable. En la actualidad, también es común la utilización de aislante interno en los conductos de escape para la atenuación de ruido. Este aislamiento también es más simple de instalar con la presente solución. Para el mejor entendimiento de la invención, esta será descrita de manera más cercana con referencia a la modalidad de ejemplo que se muestra en las figuras adjuntas, en donde : La Figura 1 es una vista en perspectiva de las partes de una unidad de recuperación de calor parcialmente en corte de acuerdo con la invención con la válvula de regulación en una posición intermedia, La Figura 2 muestra la misma unidad, excepto que tiene la válvula de regulación cerrada hacia el intercambiador de calor, La Figura 3 muestra una vista en despiece de la unidad en la Figura 2 , La Figura 4 muestra un corte transversal esquemático a través de la válvula de regulación, y La Figura 5 muestra' un corte longitudinal a través de una modalidad alternativa de una unidad de recuperación de calor de acuerdo con la invención. La unidad de recuperación de calor, que es generalmente designada como 1 en las figuras, se sitúa en un conducto de escape 2, el cual podría provenir, por ejemplo, de una turbina de gas . La unidad de recuperación de calor comprende un intercambiador de calor 3, del cual sólo se muestra una parte. El intercambiador de calor es situado en un espacio anular 4, que constituye una parte del conducto de escape y es delimitado por una pared exterior 5 (parcialmente separada) y una pared interior 6. La pared interior 6 forma, de manera concurrente, un conducto de derivación 6 a través del intercambiador de calor 3. En el lado de entrada del espacio angular 4 para el intercambiador de calor 3, se sitúa una válvula de regulación 7 con el propósito de controlar la distribución de los gases de escape que fluyen entre el intercambiador de calor 3 y el conducto de derivación 6. La válvula de regulación 7, que podría ser llamada una válvula giratoria de amortiguación, es proporcionada con una parte fija 8 y una parte susceptible de ser girada 9 que constituye un amortiguador. Ambas de estas partes de válvula son proporcionadas con los orificios 10, 11 y 12, 13, de manera respectiva, que podrían ser montadas para superponerse en pares 10, 12; 11, 13 o para que sean cubiertas por la otra parte de válvula. Los orificios 10, 12 orientan el espacio anular 4, mientras que los orificios restantes 11, 13 orientan el conducto de derivación 6. Con este diseño será imposible cerrar todos los orificios al mismo tiempo. Tanto la parte fija 8 como la parte susceptible de ser girada 9 de la válvula de regulación 7 son colocadas juntas para formar dos partes cónicas. Una de las partes cónicas 8a, 9a es situada en el lado interior de la otra parte cónica 8b, 9b y tiene una conicidad dirigida en forma opuesta. Las partes son concéntricas, la parte exterior 8b, 9b que tiene una forma frustocónica y en su extremo más angosto es conectada con la base de la parte cónica totalmente interna 8a, 9a. El ángulo superior de la parte exterior frustocónica 8b, 9b es en cierto modo más pequeña que el ángulo superior de la parte interior 8a, 9a. Los ángulos y las alturas de las dos partes cónicas podrían variar, aunque se prefiere que tengan aproximadamente la misma área superficial, de modo que los orificios 10-13 que podrían ser elaborados en las partes cónicas, tendrán la misma área. Esto origina que la velocidad de los gases de escape a través de los orificios sea sustancialmente la misma si el gas de escape es conducido a través del espacio 4 del intercambiador de calor 3 o hacia el conducto de derivación 6 . Esta velocidad no debe ser mayor de 30 metros por segundo. La parte susceptible de ser girada 9 de la válvula de regulación 7 tiene un eje central 14 que puede ser articulado en forma giratoria en un cojinete 15 que es fijado en posición por los soportes radiales 16 o las abrazaderas soportadas en el conducto de escape 2 , o de manera alterna, en una parte fija de la válvula de regulación 7 . El eje 14 puede ser girado a través de un brazo 17 y una varilla de maniobra 18 que se extiende hacia el exterior del conducto de escape 2 . Por medio de la varilla 18 , el eje 14 podría ser girado con el fin de controlar los orificios 10- 13 en la válvula de regulación. En la Figura 1 , la parte susceptible de ser girada 9 es situada de tal modo con respecto a la parte fija 8 que todos los orificios 10- 18 se encuentren cerrados a la mitad. Al jalar la varilla 18 , los orificios 10 , 12 podrían ser cerrados aún más mientras que los orificios 11 , 13 son abiertos hasta que sea obtenida la posición relativa mostrada en la Figura 2 , en donde los orificios 10 hacia el intercambiador de calor son cerrados por completo y los orificios 11 hacia el conducto de derivación 6 son abiertos en su totalidad. Se entenderá que la válvula 7 puede tener cualquier posición al ser total o completamente abierta o cerrada hacia el intercambiador de calor 3 , y que la válvula permanecerá en su posición intermedia ajustada, es decir, debido a la fricción entre las partes 8 , 9 , a menos que sea accionada en base a la varilla de maniobra 18 . En consecuencia, ninguna fuerza externa es necesaria con el propósito de mantener una posición dada de la válvula. El corte que se muestra de manera esquemática en la Figura 4 es tomado en posición perpendicular al eje longitudinal de la unidad de recuperación de calor junto la transición entre las porciones cónicas que se orientan en forma opuesta. La válvula de regulación 7 se encuentra sustancialmente en la misma posición que en la Figura 1 , es decir, con todos los orificios 10- 13 abiertos a la mitad, de modo que los gases de escape serán distribuidos entre el espacio anular 4 del intercambiador de calor y el conducto de derivación 6 . Aquí, se observará que las porciones de borde de los orificios 10 en la parte exterior 8b de la parte fija 8 son proporcionadas con rebordes 19 que forman apoyos para los elementos de sellado 20 . En un modo correspondiente, las porciones de borde de los orificios 12 en la parte exterior 9b de la parte susceptible de ser girada 9 tienen los rebordes 21 , los cuales a través del cierre de los orificios 10 , 12 hacia el espacio anular 4 apoyarán los elementos de sellado 20 , y con lo cual, proporcionarán un buen sello contra el intercambiador de calor cuando sea deseable, por ejemplo, si el mantenimiento tuviera que ser realizado en el intercambiador de calor mientras que el resto de la planta se encuentra en operación. Asimismo, las partes interiores 8a, 9a de la válvula giratoria de amortiguación 7 son proporcionadas con los rebordes 22 y 23, de manera respectiva, los cuales se apoyan entre sí cuando los orificios 11, 13 hacia el conducto de derivación 6 son cerrados y forman un sello simple de laberinto. Los rebordes 22, 23 podrían ser proporcionados por sí mismos con rebordes salientes que pudieran colocarse juntos, de tal modo que sea formado un sello de laberinto más efectivo. También existe un número de otras formas de sellos que serán bien conocidos por las personas expertas y que podrían ser utilizados para proporcionar una ventaja a la presente invención. La Figura 5 muestra un corte longitudinal a través de una modalidad alternativa de la válvula de regulación. Aquí, el soporte central con el eje 14 en el cojinete 15 es sustituido por un collar 24 en la parte susceptible de ser girada 9 que es recibida en un receptáculo circunferencial 25. El receptáculo 25 y posiblemente la parte fija 8 son proporcionados con elementos anti-fricción (no se muestran) para mantener centralizada la parte susceptible de ser girada 9 y para evitar el atascamiento de la misma cuando ésta sea girada. El movimiento rotacional puede ser conseguido en varias formas distintas que serán obvias para la persona experta, de preferencia, en conexión con el receptáculo circunferencial 25. Se observará que la válvula de regulación en las modalidades de ejemplo descritas con anterioridad tiene cuatro orificios hacia el intercambiador de calor y el conducto de derivación. El número de orificios hacia el intercambiador de calor puede ser incrementado si alguien quisiera una distribución más regular de los gases de escape que se desplazan hacia el intercambiador de calor. Sin embargo, se ha encontrado que cuatro orificios proporcionan una distribución lo suficientemente buena mientras que al mismo tiempo permiten que la solución estructural sea robusta, confiable y económica. Se entenderá que la invención no es limitada a las modalidades de ejemplo descritas con anterioridad, sino que podría ser modificada y variada por la persona experta dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones . Aún cuando el diseño que tiene dos porciones cónicas dirigidas en forma opuesta se vuelva compacto y robusto, será posible permitir que varíe la forma de las partes entre plana y cilindrica y sin embargo que se obtenga algunas de las ventajas de la presente invención. También se entenderá que si fuera requerido un cierre particularmente bueno de los gases de escape contra el intercambiador de calor, una válvula de acuerdo con la invención puede ser instalada en ambos extremos del intercambiador de calor.

Incluso si las dos modalidades de ejemplo de la invención descrita con anterioridad tuvieran una orientación vertical, será claro para la persona experta que la unidad podría situarse en posición horizontal, o podría tener cualquier otra orientación si esto fuera deseable. Las figuras sólo muestran la mitad de la unidad de recuperación de calor. En la otra mitad sería natural permitir que el espacio anular 4 y el conducto de derivación 6 emerjan en un conducto común. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método 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. Una unidad de recuperación de calor está constituida por un intercambiador de calor situado en un espacio anular que forma parte de un conducto de escape, en donde un conducto de derivación para los gases de escape es situado en el interior del espacio anular, una válvula de regulación es situada para controlar la distribución de los gases de escape entre el intercambiador de calor y el conducto de derivación, en donde la válvula de regulación es una válvula giratoria de amortiguación que es situada adyacente al intercambiador de calor, la válvula giratoria de amortiguación tiene una parte fija y una parte susceptible de ser girada, ambas de las cuales son proporcionadas con orificios que podrían ser juntados para cerrar o superponerse entre sí, y en donde la válvula giratoria de amortiguación tiene orificios ajustables separados hacia el intercambiador de calor y el conducto de derivación, de manera respectiva, los orificios hacia el intercambiador de calor son situados para abrir cuando los orificios hacia el conducto de derivación sean cerrados y viceversa, caracterizada porque la válvula giratoria de amortiguación es situada corriente arriba del intercambiador de calor y porque la parte fija que tiene orificios hacia el intercambiador de calor se extiende entre la pared del conducto de escape y el conducto de derivación y es, ya sea frustocónica o cilindrica.
2. La unidad de recuperación de calor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la parte susceptible de ser girada tiene un eje central que es soportado en forma giratoria en un cojinete que es fijado en el lugar a través de soportes o abrazadera radiales sostenidas en el conducto de escape o una parte fija de la válvula giratoria de amortiguación, el eje puede ser girado a través de un brazo y un miembro de transmisión de fuerza que se extiende a través del conducto de escape.
3. La unidad de recuperación de calor de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la parte susceptible de ser girada es proporcionada con un collar que es recibido en un receptáculo fijo circunferencial que evita el movimiento axial y radial de la parte susceptible de ser girada .
4. La unidad de recuperación de calor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque los elementos anti-fricción son situados en el receptáculo con el objeto de facilitar el movimiento de rotación de la parte susceptible de ser girada.
5. La unidad de recuperación de calor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque los elementos anti-fricción son situados también sobre la parte fija.
6. La unidad de recuperación de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los rebordes son situados al menos a lo largo de partes de los orificios en la parte fija y en la parte susceptible de ser girada de la válvula giratoria de amortiguación, los rebordes sirven como apoyos para los sellos entre las partes.
7. La unidad de recuperación de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la válvula giratoria de amortiguación tiene cuatro orificios hacia el intercambiador de calor y el conducto de derivación.
8. La unidad de recuperación de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los orificios de la válvula giratoria de amortiguación hacia el intercambiador de calor tienen sustancialmente la misma área de flujo que sus orificios hacia el conducto de derivación.
9. La unidad de recuperación de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque ambas de las partes fija y susceptible de ser girada tienen una parte exterior frustocónica y una parte interior cónica con una conicidad dirigida en forma opuesta .