MX2011004906A - Generador de vapor continuo. - Google Patents

Abstract

Un generador de vapor continuo (1) con una cámara de combustión (2) con una pluralidad de quemadores para combustibles fósiles y una pared exterior (12) formada por tubos generadores de vapor (20) soldados entre sí de forma hermética al gas, en el cual la cámara de combustión (2) del lado del gas caliente que se encuentra en una región superior (4) está conectada con una salida de gas vertical (8) a través de una salida de gas horizontal (6), en donde una parte de la pared exterior (12) adyacente a la salida de gas vertical (8) por debajo de la salida de gas horizontal (6) está inclinada hacia adentro y así con el fondo (16) de la salida de gas horizontal (6) vecina, forma una protuberancia (14) que se extiende hacia dentro de la cámara de combustión (2), el generador de vapor continuo debe presentar una construcción sencilla y una seguridad especialmente elevada durante la operación. Para esto el extremo superior de por lo menos una parte de los tubos generadores de vapor (20) de la protuberancia (14) están conectados adelante de una pluralidad de tubos portadores (26) del lado del medio fluido, los cuales en lo esencial se extienden verticales con respecto al extremo inferior de la protuberancia (14).

Description

GENERADOR DE VAPOR CONTINUO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un generador de vapor continuo con una cámara de combustión con una pluralidad de quemadores para combustibles fósiles y una pared exterior formada por tubos generadores de vapor soldados herméticamente entre si, en donde la cámara de combustión del lado del gas caliente en la zona superior, a través de una salida de gas horizontal está conectado con una salida vertical de gas, en donde el lado de la pared exterior adyacente a la salida de gas vertical por debajo de la salida de gas horizontal está inclinada hacia adentro y con esto forma una protuberancia con el fondo de la salida de gas horizontal adyacente, la protuberancia interna.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION En un generador de vapor que utiliza combustible fósil se utiliza la energía de un combustible fósil para producir un vapor sobrecalentado, a continuación por ejemplo puede conducirse a la central eléctrica con un turbina de vapor para producir la electricidad. En especial en el caso de las temperaturas y presiones habituales del de vapor en una central eléctrica, los generadores de vapor habitualmente se realizan en forma de calderas tubulares para agua, esto es el agua alimentada fluye en una pluralidad de tubos, que reciben la energía en- forma de calor por radiación de las flamas de la caldera y/o mediante convección por parte del 'humo que se forma durante la combustión.

En la zona del quemador los tubos generadores del vapor forman habitualmente la pared de la cámara de combustión, que pueden soldarse ' entre si de forma hermética al gas. Además las zonas conectadas del la'do del gas de escape de la cámara de combustión pueden también estar provistas con tubos generadores de vapor también en el canal de escape.

Los generadores de vapor que utilizan combustibles fósiles pueden clasificarse con la ayuda de una pluralidad de criterios: los productores pueden estar conformados en generar como generadores de vapor con circulación natural, forzada o continua. En un generador de vapor continuo el calentamiento de una pluralidad de cubos evaporadores conduce a una completa evaporación del medio fluido en los tubos evaporadores en un solo paso. El medio fluido, habitualmente agua, después de su evaporación se alimenta a los tubos de sobrecalentamiento conectados a los tubos evaporadores y allí se sobrecaliente. Esta descripción solamente es válida en el caso de cargas parciales exactas con una presión suscritica de agua (Pkri ~ (225.42 kg/cm2) ~ 221 bar) en el evaporador. Para facilitar el entendimien o se utilizará esta representación en la siguiente descripción. La posición de los puntos extremos de evaporación, esto es el lugar en el cual se ha evaporado completamente la fracción acuosa de la corriente, es variable y depende de la operación. En el caso de una operación a toda carga de un generador de ' vapor continuo de ese tipo el punto final de evaporación se encuentra por ejemplo en una zona extrema de los tubos del evaporador, de tal forma que un sobrecalentamiento del medio fluido evaporado empieza ya en los tubos del evaporador.

Un generador de vapor continuo contrariamente a un generador de vapor de circulación natural o forzada no sufre ninguna limitación de la presión, de tal forma que para las presiones del vapor recién producido puede funcionar ampliamente sobre la presión critica del agua.

En el caso de la operación con poca carga o al arrancar un generador de vapor continuo habitualmente opera con una corriente mínima de medio fluido en los tubos del evaporador, para garantizar un enfriamiento seguro de los tubos del evaporador. Así precisamente en cargas reducidas por ejemplo menores a 40% de la carga nominal del caudal de circulación a través del evaporador ya no es suficiente para enfriar los tubos del evaporador, de tal forma que la circulación del medio fluido a través del evaporador durante la circulación se presenta un rendimiento adicional de medio fluido. La corriente mínima de medio fluido provista de acuerdo con la operación en los tubos del evaporador por lo tanto no se evapora completamente en los tubos del evaporador durante el arranque o al trabajar con poca carga, de tal forma que en el caso de una operación de ese tipo, al final de los tubos del evaporador todavía hay presente medio fluido sin evaporar en especial una mezcla de agua-vapor.

Ya que los tubos de sobrecalentamiento están conectados a los tubos del evaporador del generador de vapor continuo habitualmente solo después de un flujo a través de las paredes la cámara de combustión, no están dispuestos para el flujo del medio sin evaporar, los generadores de vapor continuos habitualmente están conformados de tal forma que durante el arranque y en el caso de la operación con poca carga se evita de manera segura la salida de agua en los tubos de sobrecalentamiento. Así habitualmente, los tubos del evaporador están conectados con los tubos de sobrecalentamiento, a través de un sistema de separación de agua. El separador se agua produce una separación en vapor y agua de la mezcla de vapor-agua que sale de los tubos del evaporador durante el arranque o en el caso de una operación con poca carga. El vapor se conduce a los tubos de sobrecalentamiento conectados después del separador de agua, mientas que el agua separada por ejemplo se conduce a los tubos del evaporador mediante una bomba de recirculación o se puede eliminar mediante un expansor.

En base a la dirección de flujo de la corriente de gas puede por ejemplo realizarse el generador de vapor con una construcción vertical y horizontal. En el caso de generadores de vapor que utilizan combustibles fósiles con una construcción vertical, se diferencian habitualmente entre calderas de una salida y de dos salidas.

En el caso de una caldera de una salida o de torre el humo o gas de escape producido en la cámara de combustión mediante la combustión, fluye de abajo hacia arriba. Las superficies de calentamiento colocadas en el canal para el gas de escape se encuentran del lado del gas de escape por encima de la cámara de combustión. Las calderas de torre ofrecen una construcción comparativamente sencilla y un control sencillo de las tensiones que se presentan por la expansión térmica de los tubos. Además todas las superficies de calentamiento de los tubos del evaporador colocados en el canal para el gas de escape son horizontales y por lo tanto puede el agua puede eliminarse completamente, lo que puede ser deseable en entornos en los que existe el peligro de congelación .

En el caso de calderas de dos salidas en la zona superior de la cámara de combustión, del lado del escape de gas se encuentra conectada una salida de gas horizontal que desemboca en una salida de gas vertical. En esta salida vertical de gas habitualmente fluye verticalmente de arriba hacia abajo. En las calderas con dos salidas se presentan múltiples desviaciones del gas de escape. Las ventajas de esta construcción so por ejemplo una reducida altura y costos de producción reducidos resultantes.

En un generador de vapor conformado como caldera de dos salidas, habitualmente las paredes se disponen suspendidas en una estructura, de la caldera, de tal forma que pueden expandirse libremente hacia abajo por el calentamiento durante la operación. Asi habitualmente el generador de vapor de dos salidas habitualmente presenta cuatro paredes por salida, en los cuales debe ponerse cuidado en que las paredes de cada salida se expandan de forma uniforme porque en caso contrario podrían .presentarse tensiones inadecuadas en las uniones de las paredes individuales.

Además ese tipo de calderas de dos salidas frecuentemente presentan una llamada protuberancia de la cámara de combustión. Esa protuberancia es una protuberancia que se forma en la transición hacia la salida de has horizontal de la pared de la cámara de combustión inclinada hacia adentro y el fondo de la salida de gas horizontal.

Aquí sin embargo es desventajoso que mediante la protuberancia de la cámara de combustión se interrumpa la tubería de la pared posterior de la cámara de combustión, esto es la salida de gas horizontal y la pared adyacente a la segunda salida de gas vertical. El peso de la pared posterior habitualmente debe introducirse mediante la construcción especial entre los extremos superior e inferior de la protuberancia en la estructura de la caldera. De tal forma que al aplicarse calentamiento o carga, por ejemplo por medio de la presión interna, la acumulación de cenizas o el propio peso, la pared posterior se mueve en una misma magnitud que las otras paredes. Para solucionar este problema existen hasta ahora diferentes propuestas: Por ejemplo el extremo superior e inferior de la protuberancia pueden sostenerse mediante barras de tracción o resortes o los llamados suspensores constantes, que a pesar de modificar la trayectoria del resorte siempre transmiten casi la misma fuerza. Una construcción de ese tipo se adapta también a la diferente expansión de las paredes. Las diferentes cargas por ejemplo por la presión interna cambiante o por la acumulación de cenizas producen sin embargo elevadas tensiones en las uniones con las paredes laterales. Además esos suspensores constantes son costosos.

Otra posibilidad consiste en una realización sencilla de los tubos de la cámara de combustión inferior en la dirección vertical hasta el punto de suspensión en la estructura de la caldera. Con esto la unión del extremo inferior de la protuberancia hasta la estructura de la caldera presenta casi las mismas temperaturas que las paredes laterales y la pared delantera. Igualmente la tubería de la protuberancia debe realizarse por separado, lo que significa un gasto adicional en tubos de conexión.

Otra posibilidad consiste en distribuir del lado del medio fluido, los tubos de la pared posterior .de la cámara de combustión en el extremo inferior de la protuberancia, de tal forma que una parte de los tubos se conduce en la tubería de la protuberancia, y otra parte se conduce verticalmente paralela con respecto a la estructura de la caldera. Aquí sin embargo solo está disponible una parte de los tubos y del medio fluido para la protuberancia, lo que bajo ciertas circunstancias puede conducir a un enfriamiento insuficiente de la protuberancia, ya que esta por su posición expuesta en la cámara de combustión presenta una aportación de calor comparativamente alta. Contrariamente a esto, la aportación de calor de los tubos portadores conducidos verticalmente hacia arriba, es correspondientemente mejor, lo que puede producir problemas con respecto a la distribución del causal. Todos los tubos de la pared por encima de la protuberancia y los tubos portadores deben presentar en el mayor grado posible las mismas temperaturas de vapor en la salida. Además se requiere una transferencia complicada en la perforación de la protuberancia, por ejemplo al modificar la distribución de los tubos o utilizar otra geometría de los tubos.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por lo tanto la invención se propone la tarea de presentar un generador de vapor continuo del tipo antes mencionado, el cual presente una construcción sencilla con una seguridad especialmente elevada durante la operación.

Esta tarea se resuelve de acuerdo con la invención porque primero a en un extremo superior de una parte de los tubos del generador de vapor de la protuberancia, se conecta una pluralidad de tubos portadores del lado del medio fluido, los cuales esencialmente se extienden verticales al extremo inferior de la protuberancia.

La invención parte de la idea de que una construcción técnica especialmente sencilla del generador de vapor continuo sería posible en la construcción de dos partes, cuando pueda realizarse la suspensión de la pared posterior en especial en la zona de la protuberancia mediante tubos portadores colocados verticales y con esto no se requerirán resortes o suspensores constantes. Aquí en sentido de la seguridad operativa debe tenerse cuidado de que se realice un enfriamiento suficiente de la propia protuberancia debido a la elevada aportación de calor. Desde esta base la mayor parte posible de los tubos de la zona inferior de la pared posterior de la cámara de combustión debe introducirse en la protuberancia, de tal forma que casi toda la corriente de medio esté disponible para enfriar la protuberancia. Sin embargo entonces ya no hay disponibles tubos como tubos portadores para la pared posterior. Los sistemas distribuidores complicados o las perforaciones separadas de la protuberancia como auxiliares no representan ningún gasto constructivo técnico adicional.

Para solucionar estos objetivos de disposición que parecen contradictorios primero debería introducirse en el extremo superior de la protuberancia cuando menos una parte de los tubos en sentido contrario de la dirección común de flujo de las tuberías de la cámara de combustión de arriba hacia abajo. Estos tubos pueden servir entonces en la conexión con el extremo inferior de la protuberancia como tubos portadores para la pared posterior.

En una modalidad ventajosa otra parte de los tubos generadores de vapor de la protuberancia en su extremo superior tienen conectados una pluralidad de tubos portadores del lado del medio fluido, que en lo esencial se conducen verticales a una tapa de la cámara de combustión. Con esto se tienen disponibles también tubos portadores que unen la protuberancia y la parte inferior de la cámara de combustión conectada con la protuberancia, a la tapa y asi producen una suspensión segura. Ya que a través de esos tubos portadores fluye el medio fluido, las partes habituales de la cámara de combustión se expanden y se presenta una expansión uniforme de todas las cuatro paredes de la cámara de combustión y no se presentan tensiones indebidas en las uniones de las paredes .

En otra modalidad ventajosa todos los tubos generadores de vapor de la parte adyacente a la salida vertical de gas de la pared exterior estén conectados del lado del medio fluido a una protuberancia. Con esto se asegura que todo el medio fluido de la pared posterior de la cámara de combustión o sus tubos productores de vapor inferiores, fluye hacia la protuberancia y con esto produce un suficiente enfriamiento de la protuberancia. Esta protuberancia debido a su posición expuesta el interior de la cámara de combustión recibe una aportación de calor especialmente elevada.

Ventajosamente los tubos portadores conducidos en el extremo inferior de la protuberancia están conectados a un colector colocado en la zona del extremo inferior de la protuberancia. Este colector puede recolectar el medio fluido derivado para los tubos portadores y se pone a disposición a través de un conductor correspondiente del sistema para su uso posterior.

Para esto en el extremo inferior de los tubos portadores introducidos en la protuberancia están conectados una pluralidad de tubos de conexión, que desembocan en los tubos del generador de vapor de la región superior de los tubos conectados después de la cámara de combustión. Con esto la corriente de flujo derivada para los tubos portadores se conecta en paralelo a los otros tubos generadores de vapor de la región superior de la cámara de combustión y se conduce de regreso al sistema. Con esto es posible un aprovechamiento completo de la corriente del medo de los tubos portadores.

Las ventajas asociadas a la invención consisten en lo esencial en que mediante la conexión del lado del medio fluido de una pluralidad de tubos portadores, que en lo esencial se extienden verticales al extremo inferior de la protuberancia, en cuando menos una parte de los- tubos del generador de vapor de la protuberancia en su extremo superior, es posible una construcción técnica especialmente sencilla simultáneamente con una elevada seguridad operativa del generador de vapor. Por un lado se utilizan tubos generadores de vapor completamente para soportar la carga a través de la estructura de la caldera y no se utilizan construcciones adicionales como por ejemplo suspensores constantes, por otro lado mediante esta construcción se tiene disponible en la protuberancia toda la corriente de agua-vapor de la pared posterior y se asegura un suficiente enfriamiento en la protuberancia de la cámara de combustión. Asi por lo general las paredes del tubo se encuentran en general las mismas temperaturas, sin que se requiera una perforación independiente y complicada de la protuberancia o una modificación complicada con modificaciones de la geometría de los tubos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Un ejemplo de realización de la invención se describirá más detalladamente con ayuda de uno de los dibujos. En los cuales : La figura 1 muestra esquemáticamente un generador de vapor continuo calentado con combustibles fósiles en una forma de construcción de dos salidas, y La figura 2 muestra esquemáticamente la conexión de los tubos del generador de vapor individuales de la pared de la cámara de combustión.

Las partes iguales en las dos figuras están provistas con el mismo número de referencia.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El generador de vapor continuo 1 de acuerdo con la figura 1 presenta una cámara de combustión 2 formada con una salida de gas vertical, que está conectada en la zona superior 4 de una salida de gas horizontal 6. En la · salida de gas horizontal 6 se conecta otra salida de gas vertical 8.

En la región inferior 10 de la cámara de combustión 2 se encuentra una pluralidad de quemadores no mostrados detalladamente, que queman un combustible liquido o sólido en la cámara de combustión 2. La pared exterior 12 de la cámara de combustión 2 está formada con tubos generadores de vapor soldados entre si de forma hermética al gas, en los cuales mediante una bomba que no se muestra aquí, se bombea un medio fluido, habitualmente agua, que se calienta mediante el calor producido por los quemadores. En la región inferior 10 de la cámara de combustión 2 los tubos del generador de vapor pueden estar dispuestos ya sea en espiral o perpendiculares. En el caso de una disposición en espiral se requiere un despliegue constructivo comparativamente mayor, las posiciones inclinadas - caudales y temperaturas diferentes del medio fe flujo en los tubos conectados en paralelos, son comparativamente menores que en el caso de las cámaras de combustión con tubos verticales.

El generador de vapor continuo 1 presenta además para mejorar la conducción del humo, una protuberancia que se extiende directamente en el fondo 16 de la salida de gas horizontal y se introduce en la cámara de combustión 2. Mediante su posición expuesta en el interior de la cámara de combustión 2 la protuberancia 14 presenta una aportación de calor especialmente elevada y por lo tanto debe presentar una elevada capacidad para el medio fluido, de tal forma que se provee un suficiente enfriamiento de la protuberancia 14.

Las salidas del generador de vapor 1 están colocadas suspendidas en una estructura 18, de tal forma que las salidas del generador de vapor 1 pueden expandirse sin problemas hacia abajo en caso de un calentamiento. Con esto se realiza una expansión lo más uniforme posible de todas las paredes en especial de la cámara de combustión 2 del generador de vapor 1, si todas las paredes exteriores 12 de la cámara de combustión 2 presentan aproximadamente la misma temperatura, de tal forma que se presenta un calentamiento y una expansión uniforme. Esto puede realizarse de la manera más sencilla cuando toda la construcción portadora consiste de tubos generadores de vapor.

Para por un lado hacer posible una construcción portadora en especial la parte de la pared exterior 12 de la cámara de combustión adyacente a . la salida de gas horizontal 6 y por otro lado obtener un suficiente enfriamiento de la protuberancia 14, los tubos del generador de vapor de la pared exterior 12 de la cámara de combustión 2 adyacente a la salida de gas horizontal, están conectados de la forma en la que se representan en la figura 2.

Los tubos generadores de vapor 20 de la región inferior de la pared posterior de la ' cámara de combustión 2 desembocan primero en el. punto A (en la posición geométrica de los puntos A a D representados también en la figura 1) en un colector 22 y se conducen posteriormente hasta el punto B. Aquí primero se conduce todo el caudal de A hacia la tubería de la protuberancia 14. Con esto está disponible todo el caudal de los tubos del generador de vapor 20 de la pared posterior de la cámara de combustión para el enfriamiento de la protuberancia.

En el punto C se divide el caudal, una parte de los tubos se extiende como tubos portadores 24 hasta el punto D en la tapa del generador de vapor, otra parte se conduce desde el punto C como tubos portadores 26 hacia arriba hasta el punto B. Con esto los tubos portadores 24,25 presentan una construcción portadora continua para la pared posterior de la cámara de combustión formada por tubos generadores de vapor. Los tubos portadores 26 desembocan en un colector 28 en el punto B y la corriente de medio se conduce a través de un conducto de conexión 30 de los tubos conectados en el punto B o a un sistema de separación agua-vapor. Asi también es posible utilizar la corriente de medio de los tubos portadores 26.

Claims (5)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un generador de vapor continuo (1) con una cámara de combustión (2) con una pluralidad de quemadores para combustibles fósiles y una pared exterior (12) formada por tubos generadores de vapor (20) soldados entre sí de forma hermética al gas, caracterizado porque la cámara de combustión (2) del lado del gas caliente en una región superior (4) está conectada con una salida de gas vertical (8) a través de una salida de has horizontal (6), porque una parte de la pared exterior (12) adyacente a la salida de gas vertical (8) por debajo de la salida de gas horizontal (6) está inclinada hacia adentro y así con el fondo (16) de la salida de gas horizontal (6) vecina, forma una protuberancia (14) que se extiende hacia dentro de la cámara de combustión (2), porque por lo menos una parte de los tubos generadores de vapor (20) de la protuberancia (14) en su extremo superior está conectada con una pluralidad de tubos portadores (26) del lado del medio fluido, que en lo esencial se extienden verticales al extremo inferior de la protuberancia (14).

2. El generador de vapor continuo (i) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos del generador (20) están conectados a la protuberancia (14)· en el extremo superior de una pluralidad de tubos portadores (24) del lado del medio fluido, los cuales esencialmente se extienden verticales a una tapa de la cámara de combustión (2).

3. El generador de vapor continuo (1) de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los tubos del generador (20) del lado de la pared limitante (12) adyacente a los tubos generadores de vapor (20) de la salida de gas vertical (8) están conectados a todos los tubos generadores de vapor de la nariz (14) del lado del' medio fluido .

. El generador de vapor continuo (1) de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los tubos portadores (26) que se extienden en el extremo inferior de la nariz (14) están conectados a un colector (28) del extremo inferior de la protuberancia (14).

5. El generador de vapor continuo (1) de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los tubos portadores (26) conducidos hacia el extremo inferior de la protuberancia (14) están conectados a una pluralidad de tubos de conexión (30), que desembocan en los tubos conectados a los tubos del generador de vapor de la región superior de la cámara de combustión (2) .