MX2012006355A - Sistema de enfriamiento de planta de energia y un metodo para su operacion. - Google Patents

Abstract

La invención es un sistema de enfriamiento para planta de energía que comprende un condensador de contacto directo (11), una torre de enfriamiento (12) con al menos una unidad disipadora de calor (13), una tubería (15) y una bomba de agua de enfriamiento (16) adecuada para circular agua de enfriamiento entre el condensador de contacto directo (11) y la unidad disipadora de calor (13), así como un componente estructural desaireador (14) que define un espacio para desaireación adjunto al domo del espacio de flujo de la unidad disipadora de calor (13). El sistema de enfriamiento de la invención comprende un medio adecuado para mantener un vacío en el espacio de desaireación. La invención también se relaciona con un método para la operación del sistema de enfriamiento.

Description

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE PLANTA DE ENERGÍA Y UN MÉTODO PARA SU OPERACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN El método se relaciona un sistema de enfriamiento de una planta de energía y un método para la operación del mismo .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El diagrama esquemático de un sistema de enfriamiento tipo Heller o en otras palabras aquel de un sistema de enfriamiento seco indirecto se muestra en la Fig. l . El sistema de enfriamiento comprende un condensador de contacto directo 1 1 , que condensa el vapor gastado que sale de una turbina de vapor 10 por medio de agua de enfriamiento re-enfriada en una torre de enfriamiento seco indirecto 12. Se proporciona el agua de enfriamiento calentada en el condensador de contacto directo 1 1 a la torre de enfriamiento 12 en una tubería 1 5 por medio de una bomba de agua 1 6 de enfriamiento conducida por un motor 1 7.

Los sistemas de enfriamiento Heller se conoce que comprenden una turbina de agua 1 8 recuperativa construida en el ramal de agua de enfriamiento que sale de la torre 12 de enfriamiento al condensador de contacto directo 1 1 . La tarea mayor del mismo es absorber de manera útil la altura de elevación (caída) que no se necesita para regresar el agua de enfriamiento al condensador de contacto directo 1 1 . La energía recuperada sobre la turbina 1 8 de agua contribuye a la operación del motor 1 7 que conduce la bomba de agua 16 de enfriamiento, de este modo reduciendo la energía que necesita el motor 1 7. El motor 1 7 (motor eléctrico) que impulsa la bomba de agua 1 6 de enfriamiento tiene dos extremos de árbol . En un lado esta acoplado a la bomba de agua 1 6 de enfriamiento y en el otro lado a la turbina 1 8 de agua, de ese modo se crea un grupo de máquina de agua que corre con un eje común. Dicho enfoque se describe por medio de ej emplo en la patente húngara especificación 1 52,21 7.

La corriente de aire (tiro) necesaria para la transferencia de calor es proporcionada por la torre de enfriamiento 12 seco indirecto. El tiro puede ser un tiro natural (efecto de chimenea) y puede ser un tiro artifi ci al (tiro de ventilador) . Las torres de enfriamiento 12 de la técnica previa tienen una o más unidades de disipación de calor que transfieren el calor a ser absorbido al aire del ambiente, y el sistema de enfriamiento también comprende un componente estructural desaireador 14 que define un espacio de de-aeración acoplado a la parte superior del espacio de fluido de la unidad de disipación de calor 13. Generalmente, las unidades de disipación de calor 1 3 de la técnica previa son unidades de enfriamiento triangulares (deltas de enfriamiento) ajustadas de manera horizontal o colocadas verticalmente a lo largo de la periferia de la torre de enfriamiento 12, y se agrupan en sectores, donde las unidades de enfriamiento triangulares asociadas con un sector tienen una entrada de agua de enfriamiento común y un componente estructural desaireador 14. Generalmente, el componente estructural 14 desaireador común comprende una línea circular del desaireador conectando a la parte superior de las unidades de enfriamiento triangulares de un sector, y una tubería de módulo desaireador que se extiende en sentido vertical per se acoplada a ello.

En el curso de la operación del sistema de enfriamiento tipo Heller convencional, el vapor gastado que viene de la turbina de vapor 1 0 se condensa por medio de agua de enfriamiento helada proporcionada al condensador de contacto directo 1 1 . Con el obj etivo de mejorar la eficiencia de la recirculación del vapor, el vacio tiene que ser asegurado en el condensador de contacto directo 1 1 . Es la torre de enfriamiento 12 de una capacidad de enfriamiento apropiada que asegura alcanzar este vacío . Corrió consecuencia de la condensación de vapor de escape, el agua de enfriamiento se calienta en el condensador de contacto directo 1 1 . El agua de enfriamiento calentada se remueve del espacio de vacío del condensador de contacto directo 1 1 por medio de la bomba de agua 1 6 de enfriamiento, que entonces la proporciona a los tubos del módulo ubicados en la parte superior de las unidades de enfriamiento triangulares.

Las tuberías de módulo desaireador incluso pueden alcanzar de 6 a 8m arriba de la parte superior de las unidades de enfriamiento triangulares, y el nivel de agua de enfriamiento puede ser de 1 a 2m arriba de la parte superior de las unidades de enfriamiento triangulares durante la operación. Las tuberías de módulo desaireador se abren en la parte superior y por lo tanto la presión atmosférica prevalece arriba del agua de enfriamiento.

La altura de elevación de la bomba de agua 1 6 de enfriamiento tiene que determinarse de manera que el agua de enfriamiento se eleve desde el vacío en el condensador de contacto directo l í a la presión atmosférica en la tubería de módulo, además desde el nivel del agua del condensador de contacto directo 1 1 al nivel de agua mucho más alto de la tubería de módulo de manera que también combata la resistencia hidráulica del ramal siguiente. La fuerza conductora del flujo de enfriamiento de agua al condensador de contacto directo 1 1 es la diferencia de presión que prevalece entre la presión atmosférica y el vacío (presión de envolvente del condensador de vapor) del condensador de contacto directo 1 1 , y además la diferencia geodésica entre el nivel del agua de la tubería de módulo y el nivel del agua del condensador de contacto directo 1 1 . Esta fuerza conductora combate la resistencia hidráulica del ramal de retorno y el condensador de contacto directo 1 1 . Sin embargo, la fuerza conductora disponible es mucho más alta que la requerida para combatir las resistencias hidráulicas. Para absorber esta energía de conducción extra, generalmente se aplica una válvula de estrangulación o una solución efectiva de mucho mayor costo, la turbina 1 8 de agua recuperativa mencionada arriba.

De la descripción de arriba del sistema de enfriamiento tipo Heller convencional es claro que la bomba de agua 1 6 de enfriamiento no está diseñada para combatir la resistencia hidráulica del circuito completo de agua de enfriamiento, pero si para una carga más alta. Además, es necesario tener la turbina de agua 1 8 de manera que la altura de elevación no necesaria (caída) pueda utilizarse relativamente de manera rentable (mucho más eficiente que usar estrangulación). Sin embargo, la aplicación de la turbina de agua 1 8 necesariamente conlleva pérdida, también, resultando de la pérdida de la bomba de agua 1 6 de enfriamiento y la turbina 1 8 de agua.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El obj eto de la invención es proporcionar un sistema de enfriamiento de una planta de energía y un método de operación del mismo, que reduzca o elimine las desventajas de las soluciones de la técnica previa. El obj eto de la invención es especialmente crear un sistema de enfriamiento de planta de energía y un método de operación del mismo que sea capaz de reducir o eliminar la altura de elevación no necesaria (caída) en el ramal de retorno del agua de enfriamiento y eliminar la necesidad de aplicar una turbina de agua recuperativa. De manera que, la energía necesaria para circular el agua de enfriamiento pueda reducirse y que sea posible la aplicación de la bomba de agua de enfriamiento con una altura de elevación más baja.

La invención se basa en el reconocimiento de que si en el espacio interno de un componente estructural desaireador -abierto a la presión atmosférica de acuerdo a la técnica previa- se mantiene una más baj a que la presión atmosférica, es decir se mantiene un vacío, los obj etos de la invención pueden alcanzarse.

Consecuentemente, la invención es un sistema de enfriamiento de planta de energía de acuerdo a la reivindicación 1 o un método de operación de acuerdo a la reivindicación 8. Las modalidades preferidas de la invención están definidas en las reivindicaciones dependientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades preferidas de ej emplificación de la invención se describirán a continuación con referencia a los dibuj os, donde La Fig. 1 es un diagrama esquemático de una técnica previa de sistema de enfriamiento de planta de energía tipo Heller, La Fig. 2 es el diagrama esquemático de un sistema de enfriamiento de planta de energía de acuerdo a una primera modalidad de la invención, La Fig. 3 es el diagrama esquemático ampliificado y suplementado de un detalle de la Fig. 2, La Fig. 4 es el diagrama esquemático de un sistema de enfriamiento de planta de energía de acuerdo a una segunda modalidad de la invención, y La Fig. 5 es el diagrama esquemático de una solución preferida adicional.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Una característica del enfoque utilizado por la invención es que una presión subatmosférica, un vacío es creado en las unidades de disipación de calor 1 3 , es decir en las tuberías de módulo en la parte superior de las unidades de enfriamiento triangulares. De acuerdo a la invención, la definición de vacío, como usualmente se aplica en este campo de la técnica, es una presión generada en la envolvente del condensador de vapor del condensador de contacto directo 1 1 , cuya presión siempre es más baj a que la presión atmosférica, por ej emplo está típicamente debaj o de 0.3 bar. Mantener el vacío o cualquier nivel de presión subatmosférica en el espacio de desaireación definido por el componente estructural desaireador 14 conlleva la ventaj a de que la bomba de agua 1 6 de enfriamiento no tiene que combatir también la presión atmosférica en el ramal siguiente, y de acuerdo a la fuerza conductora del agua de enfriamiento en el ramal de retorno también será más baj a.

El sistema de enfriamiento de planta de energía de acuerdo a la invención consecuentemente comprende un medio que es capaz de mantener la presión en el espacio de desaireación en una tasa más baja que la presión atmosférica, que es preferentemente un medio de mantenimiento de vacío.

A modo de ejemplo, la invención puede implementarse en dos modalidades especialmente preferidas. La característica común de estas modalidades es que los medios idóneos para mantener el vacío en el espacio de desaireación comprenden una válvula de sellado de vacío diseñada para sellar de manera controlable el espacio de desaireación del componente estructural desaireador del aire del ambiente, y una línea de vacío acoplada al espacio de desaireación.

De acuerdo a la primera modalidad mostrada en la Fig. 2, la válvula hermética de vacío 1 9 se ajusta cerca de la parte superior de las unidades de enfriamiento triangulares, por lo tanto la línea de vacío 20 acoplada debajo y sólo mostrada convencionalmente se une al espacio de desaireación debaj o del nivel del agua que se crea como resultado de mantener vacío en el espacio de desaireación. Preferentemente, una válvula de sellado de vacío 19 se usa en cada sector, y preferentemente se fijan en las tuberías de módulo haciendo la parte del componente 14 estructural desaireador.

Las válvulas herméticas de vacío 19 se cierran por medio del lanzamiento de la operación del sistema de enfriamiento, incluso antes de que las unidades de enfriamiento triangulares se llenen, y se genere el vacío en las unidades de enfriamiento triangulares por medio de la línea de vacío 20. Entonces la parte del componente estructural desaireador 14 localizado debaj o de la válvula hermética de vacío 19 representa el espacio en el que se mantiene el vacío más bajo que la presión atmosférica. Después de llenar las unidades de enfriamiento triangulares, en un estado operativo, el espacio debajo de la válvula hermética de vacío 19 se llena con agua de enfriamiento.

La Fig. 3 muestra una sección detallada amplificada y además detallada de la Fig. 2. La línea de vacío 20 se conecta a los medios generadores de vacío 23 , preferentemente un así llamado eyector, el cual también se asegura de que el condensador 1 1 de contacto directo esté baj o el vacío . La línea de vacío 20 comprende una válvula de escape controlable 21 , que se abre durante la creación de vacío cuando comienza la operación. Como una unidad desaireador, una válvula de bola 22 en la parte superior de la cámara de fluido de la unidad de disipación de calor 13 permitiendo un rendimiento total relativamente más pequeño sirve para transferir el aire eventualmente acumulado durante la operación.

Los sectores de las unidades de disipación de calor 1 3 , preferentemente unidades de enfriamiento triangulares, van a drenarse de tiempo a tiempo. Esto puede ser necesario, por ej emplo, en el tiempo de mantenimiento y cuando prevalece un riesgo de escarcha. En dichos casos las válvulas herméticas de vacío controlables 19 y motorizadas se abren y la línea de vacío 20 se separa por control de válvula del espacio de desaireación, siempre y cuando se proporcione su función tradicional de que la línea circular desaireador integrada en el componente estructural desaireador 14 y la tubería de módulo desaireador que sobresale en sentido vertical permita el drene del agua de enfriamiento de las unidades de enfriamiento triangulares.

En la segunda modalidad preferida mostrada en la Fig.4, la línea de vacío 20 se acopla al espacio de desaireación, es decir, preferentemente a la tubería de módulo, arriba del nivel del agua que prevalece en caso de mantenimiento de vacío en el espacio de desaireación. Poner el sistema bajo vacío/agotamiento se implementa como se describió arriba, por el control apropiado de las válvulas apretadas de vacío y la válvula exhausta 21 .

La línea de vacío 20 somete el efecto de succión a la tubería de modulo desaireador, que eleva la altura de la columna de agua en la tubería de módulo. El componente estructural desaireador 14 así como también la tubería de módulo integrada en ello debe de instalarse en una altura dada en la que el efecto de succión no retraiga todavía el agua de enfriamiento en la envolvente condensadora de vapor del condensador de contacto directo 1 1 .

Es fácil de ver que la solución de acuerdo a la invención también puede combinarse con un enfoque mediante el cual el nivel del agua en el condensador de contacto directo 1 1 se alce, dicho enfoque se muestra en la Fig. 5 (donde, con el obj etivo de la simplicidad, el vacío, es decir no se muestra la unidad generadora de presión subatmosférica). Por lo tanto con el nivel de agua del condensador de contacto directo 1 1 que se eleva, la altura de elevación extra (caída) que evoluciona en el ramal de retorno del sistema de enfriamiento puede reducirse o incluso eliminarse en el caso dado.

Este enfoque puede aplicarse especialmente en caso de que las turbinas de vapor 10 tengan una salida lateral, axial o hacia arriba. El nivel del agua del condensador 1 1 de contacto directo puede alzarse colocando el propio condensador de contacto directo 1 1 en una posición vertical más alta o incrementando ahí el volumen del agua.

Entre más alto es el nivel de agua del condensador de contacto directo 1 1 , puede reducirse la altura extra de elevación (caída) más innecesaria. El nivel del agua en el condensador de contacto directo 1 1 se mantiene preferentemente arriba del tercio más bajo de la extensión vertical de la unidad de disipación de calor 13 , o más preferentemente arriba de su nivel reducido a la mitad, e incluso más preferente arriba de su nivel más superior.

La creación del vacío en la parte superior de las unidades de enfriamiento triangulares y el levantamiento del nivel del agua en el condensador de contacto directo 1 1 proporciona opciones de combinación general para el uso óptimo de dotaciones locales. Tanto el enfoque de la Fig.2 como el enfoque de acuerdo a la Fig.4 pueden combinarse con la representación ajustada en la Fig. 5.

Claro que la invención, no se limita a las modalidades arriba descritas, pero las modificaciones y variaciones adicionales son posibles dentro del enfoque definido por las reivindicaciones. Por ejemplo, en lugar de la tubería de módulo desaireador, también puede usarse un tanque deaerador ubicado en una posición vertical apropiada.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1 . Un sistema de enfriamiento de planta de energía que comprende un condensador de contacto directo, una torre de enfriamiento con al menos una unidad de disipación de calor, una tubería y una bomba de agua de enfriamiento idónea para circular agua de enfriamiento entre el condensador de contacto directo y la unidad de disipación de calor, y el componente estructural desaireador que define un espacio de desaireación adjunto a la parte superior de un espacio de fluj o de la unidad de disipación de calor, caracterizado porque comprende medios para mantener un vacio en el espacio de desaireación.

2. El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque los medios para mantener un vacío en el espacio de desaireación comprenden una válvula hermética de vacío para cerrar de manera controlada el espacio de desaireación del componente estructural del desaireador del aire del ambiente, y una línea de vacío conectada al espacio de desaireación.

3. El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la línea de vacío está conectada al espacio de desaireación arriba de un nivel de agua prevaleciendo en caso de vacío mantenido en el espacio de desaireación.

4. El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 2 , caracterizado porque la línea de vacío se conecta al espacio de desaireación debaj o del nivel del agua prevaleciendo en caso de vacío mantenido en el espacio de desaireación, y el aire eventualmente acumulándose en una parte superior en un espacio de flujo de la unidad de disipación de calor se escapa por medio de un dispositivo desaireador conectado a la línea de vacío, preferentemente una válvula de bola.

5. El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizado porque las unidades de disipación de calor se configuran a lo largo de la periferia de la torre de enfriamiento, las cuales se agrupan en sectores, en donde las unidades de disipación de calor asociadas con un sector se proporcionan con una entrada de agua de enfriamiento común y un componente estructural desaireador común.

6. El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque las unidades de disipación de calor son unidades de enfriamiento triangulares, el componente estructural desaireador común comprende una línea circular desaireadora que conecta la parte superior de las unidades de enfriamiento triangulares asociadas con un sector y una tubería de módulo desaireador sobresaliente hacia arriba, y los medios para mantener un vacío se acoplan a la tubería de módulo desaireadora..

7. El sistema de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 6, caracterizado porque el nivel del agua en el condensador de contacto directo preferiblemente se mantiene arriba de un tercio más bajo de una extensión vertical de la unidad de disipación de calor, más preferentemente arriba de su nivel reducido a la mitad, e incluso más preferentemente arriba de su nivel más superior.

8. Un método para operar un sistema de enfriamiento de planta de energía, el sistema de enfriamiento que comprende un condensador de contacto directo, una torre de enfriamiento con al menos una unidad de disipación de calor, una tubería y una bomba de agua de enfriamiento idónea para circular agua de enfriamiento entre el condensador de contacto directo y la unidad de disipación de calor, y un componente estructural desaireador acoplado a un espacio de desaireación adjunto a la parte superior de un espacio de fluj o de la unidad de disipación de calor, caracterizado en que un vacío es mantenido en el espacio de desaireación.

9. El método de conformidad con la reivindicación 8 , caracterizado porque en el espacio de desaireación el vacío es mantenido por una válvula hermética de vacío idónea para cerrar de manera controlable el espacio de desaireación del componente estructural desaireador del aire del ambiente, y por línea de vacío conectada al espacio de desaireación. 1 0. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque en el comienzo de la operación del sistema de enfriamiento, la válvula hermética de vacío se cierra antes de que el vacío se desarrolle en el condensador de contacto directo. 1 1 . El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaci ones de la 8 a la 10, caracterizado porque el nivel del agua en el condensador de contacto directo se mantiene arriba de un tercio más bajo de una extensión vertical de la unidad de disipación de calor, preferentemente arriba de su nivel reducido a la mitad, y más preferentemente arriba de su nivel más superior.