MX2010013672A - Tubo mejorado de intercambiador de calor e interenfriador de aire a aire. - Google Patents

Abstract

Un tubo mejorado de intercambiador de calor el cual puede utilizarse en un interenfriador de aire a aire u otros intercambiadores de calor de aire a aire. El tubo de enfriamiento tiene un primer tubo con una superficie interior y exterior y un segundo tubo con una superficie interior y exterior. El segundo tubo se localiza dentro del primer tubo. Existen una o más paredes que se extienden desde la superficie interior del primer tubo hasta la superficie exterior del segundo tubo. Una pluralidad de aletas se localiza en la superficie exterior del primer tubo. Las aletas pueden tener la forma de aletas individuales circulares o una o más aletas helicoidales.

Description

TUBO MEJORADO DE INTERCAMBIADO! DE CALOR E INTERENFRIADOR DE AIRE A AIRE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general con un interenfriador de aire a aire para una turbina de gas . De manera más particular, la presente invención se relaciona con un tubo mejorado para su uso en un interenfriador de aire a aire .

Actualmente, el uso de turbinas de gas se ha vuelto común en la industria. Las turbinas de gas utilizadas para accionar generadores eléctricos se han vuelto particularmente comunes . Una planta generadora de energía eléctrica alimentada por turbinas de gas puede erigirse en una fracción del tiempo necesario para construir una planta alimentada por carbón o energía nuclear y con una fracción de su costo. Éstas también tienen una ventaja sobre otras fuentes de electricidad, tales como la generación hidroeléctrica y eólica, pues pueden ubicarse prácticamente en cualquier lugar. La turbina de gas comprime aire. La compresión incrementa en gran medida la temperatura del aire. El aire se mezcla después con combustible y pasa por un proceso de combustión. Las fuerzas generadas por esta combustión se utilizan para hacer girar la turbina. Para reducir las emisiones de varios contaminantes e incrementar la eficiencia de la turbina, se utiliza un interenf iador para enfriar el aire comprimido antes de la segunda etapa de compresión. Los sistemas de enfriamiento de la técnica anterior para una turbina de gas incluyen un interenfriador y un enfriador secundario. El interenfriador es normalmente una intercambiador de calor de tipo carcasa y tubos. Él aire caliente comprimido extraído de la turbina de gas circula a través del lado de la carcasa del intercambiador de calor. El agua fría proveniente de un enfriador secundario circula a través de los tubos del intercambiador de calor. El calor del aire y gases calientes se transfiere al agua de enfriamiento. El aire comprimido enfriado vuelve a circular después a la turbina de gas, donde se introduce al compresor de la segunda etapa y, por último, se mezcla con combustible y pasa por un proceso de combustión. El enfriador secundario es normalmente un intercambiador de calor de aletas. El agua que se calienta en el interenfriador circula a través de una pluralidad de tubos en el enfriador secundario. Uno o más ventiladores crean una corriente de aire ambiente a través del exterior de los tubos . Esto hace que el calor del agua se transfiera al áire ambiente. El agua enfriada vuelve a circular después a través del interenfriador para enfriar el aire caliente comprimido proveniente de la turbina. Actualmente, ésta es la solución más viable.

La solución ideal para reducir la cantidad de equipo y mantenimiento necesarios para una turbina de gas sería enfriarla directamente utilizando un interenfriador de aire a aire, pero un reto significativo es que el aire no puede transportar tanto calor como el agua. Como tal, se necesitaría un interenfriador de aire a aire extremadamente grande para disipar el calor creado en una turbina de gas. Los intercambiadores de calor de aire a aire, disponibles en la actualidad no pueden proporcionar un área superficial suficiente en una unidad compacta para que esta opción sea plausible, ya que el volumen interno de un interenfriador que utiliza tubos convencionales es demasiado grande y presenta un riesgo para la turbina durante la desactivación.

Lo que se necesita en la industria de turbinas de gas e intercambiadores de calor es un íntercambiador de calor de aire a aire que pueda proporcionar un área superficial suficiente en un empaque compacto para enfriar el aire de combustión de una turbina de gas .

Además, lo que se necesita en la industria de turbinas de gas y la industria de intercambiadores de calor, es un interenfriador de aire a aire que pueda enfriar las turbinas de gas sin utilizar un enfriador secundario.

La presente invención es un tubo de enfriamiento mejorado que puede utilizarse en un interenfriador de aire a áire u otros intercambiadores de calor de aire a aire. El tubo de enfriamiento comprende dos círculos anidados unidos entre sí a través de tiras de metal planas formadas durante la extrusión. Una pluralidad de aletas se coloca en la superficie exterior del primer tubo. Las aletas pueden tomar la forma de aletas circulares individuales o una o más aletas helicoidales .

El tubo de enfriamiento mejorado proporciona un área superficial suficiente para actuar como un interenfriador para una turbina de gas sin utilizar un enfriador secundario. Las modalidades adicionales de la presente invención proporcionan un sistema de turbina de gas en donde el diseño de tubo se utiliza en un interenfriador de aire a aire .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades preferidas de la invención se describirán ahora con mayor detalle. Otras características, aspectos, y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor con respecto a la siguiente descripción detallada, reivindicaciones anexas, y dibujos anexos (que no se muestran escala) donde: La Figura 1 es un esquema de un sistema de turbina de gas de la técnica anterior que utiliza un interenf iador y un enfriador secundario.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de una turbina de gas y el interenfriador de aire a aire que utilizan el tubo de enfriamiento mejorado de la presente invención.

La Figura 3 es una vista en corte en perspectiva del tubo de enfriamiento mejorado.

La Figura 4 es una vista extrema en corte transversal del tubo de enfriamiento mejorado.

La Figura 5 es un esquema que ilustra la presente invención incorporada en un interenfriador de corriente forzada de diseño de estructura en A.

La Figura 6 es un esquema que ilustra la presente invención incorporada en un interenfriador de corriente inducida de diseño de estructura en V.

La Figura 7 es un esquema que ilustra la presente invención utilizada con un interenfriador de corriente inducida de diseño de estructura en U.

Figura 8 es una vista esquemática de la presente invención incorporada en un interenfriador de corriente forzada de diseño de estructura en U.

Ahora, con referencia a los dibujos en donde caracteres con referencia similar indican partes parecidas o similares, la Figura 1 ilustra un sistema de la técnica anterior en donde se utiliza un interenfriador 20 y un enfriador 22 secundario para enfriar el aire de combustión comprimido para una turbina 24 de gas . La turbina 24 de gas se utiliza típicamente para accionar un generador 26 eléctrico. El aire comprimido caliente proveniente de la turbina 24 de gas circula a través del interenfriador 20. El interenfriador 20 es por lo general un intercambiador de calor de tipo carcasa y tubos. El aire comprimido caliente fluye a través del lado de la carcasa del interenfriádor 20. Los tubos del interenfriador transportan agua enfriada a 5 través del enfriador 22 secundario. El calor del aire comprimido caliente se transfiere al agua. El aire comprimido en frío se transfiere de nuevo a la turbina de gas, donde se introduce al compresor de la segunda etapa y, por último, se mezcla con combustible y se somete a un proceso de 0 combustión.

Después de que el agua enfriada absorbe el calor en el interenfriador, ésta se bombea de nuevo al enfriador 22 secundario. El enfriador 22 secundario es por lo general un '· enfriador de agua a aire ventilado con aleta, en donde el 5 agua caliente pasa a través de una pluralidad de tubos en el enfriador 22 secundario. Los ventiladores se utilizan después para crear un flujo de aire ambiente a través de estos tubos, con lo que se enfría el agua transportada en los tubos y se transfiere al aire ambiente. Una vez que el agua se enfría en 20 el enfriador 22 secundario ésta se bombea de nuevo al interenfriador 20 donde se repite el ciclo.

Ahora, con referencia a la Figura 2, el sistema 50 de turbina de gas de la presente invención utiliza un '¦··¦¦ enfriador 52 de aire a aire como un interenfriador para una 25 turbina 54 de gas que alimenta a un generador 56. El aire comprimido caliente se extrae desde la salida 58 de la turbina de gas y se transfiere al enfriador 52. El aire comprimido caliente pasa a través de una pluralidad de tubos 60. Conforme el aire comprimido caliente pasa a través de los tubos, uno o más ventiladores 62 crean un flujo de aire ambiente a través del exterior de los tubos 60. El calor del aire comprimido caliente en los tubos 60 se transfiere al aire ambiente con lo que se enfria el aire comprimido caliente. Una vez que el aire comprimido caliente se enfría, se transfiere de nuevo a la entrada 64 de la turbina de gas. El aire comprimido enfriado se mezcla con combustible y se somete a un proceso de combustión. Para tener suficiente área superficial dentro de los tubos 60 para transferir el calor del aire comprimido caliente, es necesario utilizar los tubos 60 mejorados de la presente invención.

Como se observa en la Figura 3, el tubo 60 mejorado comprende un primer tubo 80 que tiene una superficie 82 interior y una superficie 84 exterior. El tubo 60 de enfriamiento tiene un segundo tubo 86 ubicado dentro del primer tubo 80. En algunas modalidades, el primer y segundo tubos 80 y 86 pueden ser concéntricos. El segundo tubo 86 tiene una superficie 88 inferior y una superficie 90 exterior. Una o más paredes 92 se extienden desde la superficie 82 interior del primer tubo 80 a la superficie 90 exterior del segundo tubo 86. Una o más aletas 94 se ubican en la superficie 84 exterior del primer tubo 80. Las Figuras 3 y 4 muestran las aletas 94 que comprenden una pluralidad de aletas en forma circular individuales. Sin embargo, es posible construir la presente invención con el uso de una o más aletas 94 helicoidales continuas ubicadas en la superficie 84 exterior del primer tubo 80.

Las Figuras 3 y 4 ilustran la presente invención utilizando ocho (8) paredes 92. Sin embargo, el número exacto de paredes 92, así como su grosor y el diámetro y grosor de las paredes del primer y segundo tubos 80 y 86 así como la geometría y número exacto de las aletas 94 se determinan en función de las propiedades de transferencia de calor del metal utilizado para construir estas partes así como la temperatura del aire comprimido caliente enfriado dentro de los tubos y la temperatura esperada del aire ambiente que fluye a través de las aletas 94. La presente invención puede incorporarse en varias configuraciones de enfriadores. La Figura 5 ilustra un diseño con estructura en A que utiliza una corriente 100 ahusada en donde los conjuntos 102 de tubos opuestos se inclinan entre sí, con lo que forman una éstructura en A. Después, uno o más ventiladores 104 impulsan el aire ambiente en dirección ascendente y a través de los conjuntos 102 de tubos, como se indica con las flechas.

La Figura 6 ilustra un diseño 110 de estructura en V, en donde los conjuntos 112 de tubos opuestos se inclinan unos con otros y forman una forma en V. Se utilizan uno o más ventiladores 114 para extraer el aire ambiente a través de los conjuntos 112 de tubos en el patrón indicado en las flechas .

El presente sistema también puede utilizar un diseño 120 de estructura en U con una corriente inducida, como se ilustra en la Figura 7. En este caso, los conjuntos 122 de tubos opuestos se ubican paralelos entre sí. Después, se utilizan uno o más ventiladores 124 para inducir una corriente de aire ambiente a través de los conjuntos de tubos, como se indica en las flechas.

La presente invención también puede incorporar un diseño 130 de estructura en U que utiliza una configuración de corriente forzada, como se observa en la Figura 8. En este caso, los conjuntos 132 de tubos opuestos se ubican paralelos entre sí. Después, se utiliza uno o más ventiladores 134 para impulsar la corriente de aire ambiente a través de los conjuntos 132 de tubos, como se indican por las flechas.

La descripción anterior detalla ciertas modalidades preferidas de la presente invención y describe el mejor modo contemplado. Sin embargo, se apreciará que es posible realizar cambios en los detalles de construcción y la configuración de los componentes sin apartarse del espíritu y alcance de la descripción. Por lo tanto, la descripción proporcionada en la presente, debe considerarse ejemplar, en lugar de limitante, y el alcance verdadero de la invención se define en las siguientes reivindicaciones y la gama completa de equivalencias a la que corresponde cada elemento de las mismas .

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un tubo intercambiador de calor caracterizado porque comprende : un primer tubo que tiene una superficie interior y 5 üna superficie exterior; y un segundo tubo que tiene una superficie interior y una superficie exterior, el segundo tubo se ubica dentro del primer tubo .

2. El tubo intercambiador de calor de conformidad 0 con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende una o más paredes que se extienden desde la superficie interior del primer tubo hasta la superficie exterior del segundo tubo.

" 3. El tubo intercambiador de calor de conformidad 5 con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende una aleta que se extiende desde la superficie exterior del primer tubo.

4. El tubo intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la aleta 0 comprende una espiral helicoidal.

5. El tubo intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende una pluralidad de aletas que se extienden desde la superficie exterior del primer tubo. 5

6. El tubo intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende el primer y segundo tubos concéntricos.

7. Un sistema generador de energía eléctrica caracterizado porque comprende: una turbina; un interenfriador de aire a aire que tiene un primer tubo con una superficie interior y una superficie exterior, un segundo tubo que tiene una superficie interior y una superficie exterior, el segundo tubo se ubica dentro del primer tubo; en donde el primer y segundo tubos se encuentran en comunicación fluida con la turbina de gas.

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende una o más paredes que se extienden desde la superficie interior del primer tubo hasta la superficie exterior del segundo tubo.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende una aleta que se extiende desde la superficie exterior del primer tubo.

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la aleta comprende una espiral helicoidal.

11. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende una pluralidad de aletas que se extiende desde la superficie exterior del primer tubo .

12. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende el primer y segundo tubos concéntricos.

13. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el primer y segundo tubos comprenden una pluralidad del primer y segundo tramos del tubo.

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende un ventilador ubicado para inducir una corriente de aire ambiente a través de los tubos .

15. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende un ventilador ubicado para impulsar una corriente de aire ambiente a través de los tubos.