MX2015003096A - Condensador hibrido. - Google Patents

Abstract

La invención es un condensador híbrido que tiene un segmento de condensador de contacto directo (9) y un segmento de condensador superficial (10) arreglados en un espacio de condensación común. El condensador híbrido comprende - un segmento de condensador superficial (10) arreglado corriente abajo del segmento de condensador de contacto directo (9) en la dirección de flujo de vapor o debajo del segmento de condensador de contacto directo (9), y - un elemento de guía de agua (17) que asegura que la mezcla de agua de enfriamiento y condensado generada en el segmento de condensador de contacto directo (9) fluya hacia abajo evitando el segmento de condensador superficial (10).

Description

CONDENSADOR HÍBRIDO CAMPO TÉCNICO La invención se relaciona con un elemento significativo, el así llamado condensador híbrido, de sistemas de enfriamiento seco/húmedo ahorradores de agua utilizados principalmente para enfriamiento de ciclos de plantas de energía.

TÉCNICA ANTECEDENTE Condensador superficial, el condensador ampliamente aplicado en enfriamiento de plantas de energía ha sido conocido por más de un siglo. Turbinas de vapor equipadas con condensador superficial pueden ser enfriadas ya sea mediante sistemas de enfriamiento húmedo, es decir por evaporación, o mediante un sistema de enfriamiento seco. El elemento central de la propuesta descrita en FR 877 696 que cubre la invención del Prof. László Heller es el así llamado condensador de contacto directo (es decir condensador de mezclado) el cual puede ser aplicado en lugar del condensador superficial común en ciclos de planta de energía. El condensador de contacto directo hace más eficiente el enfriamiento seco (aire). El sistema así implementado es llamado generalmente un sistema- Heller.

En el campo téenico, la aplicación conjunta de condensadores superficiales y de contacto directo en sistemas de enfriamiento seco/húmedo combinados ha surgido repetidamente. La mayoría de las publicaciones relacionadas no ofrecen soluciones de diseño actuales para el condensador híbrido. Uno de los primeros documentos de patente relacionados con sistemas de enfriamiento seco/húmedo combinados, US 3 635 042 adicionalmente describe un condensador en el diagrama esquemático del sistema de enfriamiento, donde la inyección de agua de enfriamiento del sistema seco es mostrada en el cuerpo del condensador superficial. Un diagrama esquemático similar es representado en US 3 831 667. En este caso, de acuerdo con la Fig. 1 , el agua enfriada proveniente del circuito de enfriamiento seco es inyectada en una ubicación más alta con respecto a los tubos de la superficie de enfriamiento asociada con el circuito de enfriamiento húmedo. El arreglo conocido de tener una unidad sobre la otra no es ventajoso, debido a que aproximadamente cincuenta veces la cantidad de agua como la de condensado generado fuera de los tubos del condensador superficial es vertida sobre los tubos. Por lo tanto, la trayectoria de flujo de vapor entre los tubos es en su mayoría bloqueada y el efecto de enfriamiento de los tubos del condensador superficial es deteriorado, debido al condensado de una parte del vapor, el agua ya calentada proveniente del circuito de enfriamiento seco funciona como una capa aislante entre la pared de los tubos enfriados desde el interior y el vapor aún no condensado.

Un condensador híbrido asociado con una así llamada torre húmeda/seca de reducción de columna es descrito, y un diagrama de construcción esquemático relacionado está también presentado en US 6 233 941 Bl . En la Fig. 2 del documento, las dos partes del condensador están arregladas en alojamientos separados, lo cual no sólo implica costos adicionales, sino que también resulta en una caída de presión adicional, es decir en el deterioro de eficiencia, debido a la ramificación del vapor expandido. La Fig. 1 del documento muestra una solución, donde las partes del condensador superficial y de contacto directo están ubicadas dentro de un alojamiento. Una parte del vapor de escape de la turbina se condensa en el condensador superficial; esta parte del flujo de vapor está sometida a enfriamiento primero. El vapor el cual no está condensado aquí y el vapor el cual se desvía del condensador superficial son condensados en el espacio asignado para el condensador de contacto directo. Arreglar las partes de condensador lado a lado aumenta significativamente la sección transversal del condensador requerida, lo cual resulta en un aumento de costo. El arreglo conocido puede ser utilizado únicamente a lo sumo en el modo de operación húmedo y seco combinados, y por lo tanto la operación puramente seca deseable en ambiente frío, cuando el funcionamiento de la parte de condensador de contacto directo es requerida solamente, es por lo tanto ineficiente. La parte de condensador superficial comprende los elementos aplicados convencionalmente, y la parte de condensador de contacto directo refleja el diseño del condensador de contacto directo de Heller. De acuerdo con la solución del arte previo, una placa deflectora de vapor está arreglada entre la parte de condensador superficial y la parte de condensador de contacto directo, y la placa está diseñada para girar la trayectoria de vapor parcialmente hacia un contraflujo con el agua introducida dentro del condensador de contacto directo. Debe notarse que debido a que la placa deflectora está arreglada en la trayectoria del flujo de vapor dirigido hacia el condensador de contacto directo, la aplicación de esta placa deflectora resulta en una caída de presión de vapor sustancial. También es una desventaja que el vapor sea introducido dentro de la parte de condensador de contacto directo como un torbellino después de cambios de dirección repetidos, lo cual nuevamente deteriora la eficiencia de la parte de condensador.

Un sistema de enfriamiento seco/húmedo es descrito en WO 2011/067619 A2, el cual está dirigido a un ahorro de agua anual significativo en comparación con el sistema de enfriamiento puramente húmedo. De acuerdo con el documento, los dos circuitos de enfriamiento seco y húmedo separados pueden ser integrados parcialmente a través de intercambiadores de calor agua-agua, y parcialmente a través de un condensador híbrido. El gran ahorro de agua anual (70 a 90% con respecto al sistema de enfriamiento puramente húmedo) necesita el funcionamiento del sistema de enfriamiento en ambos modos puramente seco y asistido húmedo variante. Uno de los componentes más importantes del sistema es un condensador híbrido, el cual comprende en un único cuerpo de condensador el condensador de contacto directo que utiliza el efecto de enfriamiento del circuito de enfriamiento seco, y el condensador superficial el cual utiliza el efecto de enfriamiento del circuito de enfriamiento húmedo. El documento no proporciona información acerca de la estructura y diseño preferido de un condensador híbrido.

Una cantidad de documentos introducen soluciones de condensador de contacto directo o superficial separados, así como su equipo auxiliar. DE 1 014 568 divulga un equipo para descargar vapor de derivación de turbina hacia un condensador superficial. US 3,520,521 divulga condensadores de trabajo pesado en secciones. Tanto EP 0 467 878 Al como DE 1 451 133 divulgan condensadores de contacto directo.

Para implementar la condensación del vapor de escape de la turbina, el espacio disponible está limitado tanto horizontalmente como en profundidad, especialmente en el caso de un flujo de vapor que abandona la turbina hacia abajo, lo cual es el enfoque más común. En direcciones laterales, las columnas de soporte de la mesa de turbina y en profundidad la placa base de corredor de máquina y el requerimiento de NPSH (cabeza de succión positiva neta, por sus siglas en inglés) de bombas de extracción de condensado representan restricciones. Esto necesita que el condensador híbrido deba ser un equipo compacto, y también es deseable evitar cualquier reacción negativa potencial de las dos partes del condensador entre sí. Los enfoques del arte previo fallaron en resolver estos problemas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objetivo de la invención es proporcionar una solución para el diseño y disposición preferida de un condensador híbrido, el cual elimina las desventajas de las soluciones del arte previo tanto como sea posible. El objetivo de la invención además es crear un condensador híbrido, el cual permite una condensación eficiente ajustada a las restricciones anteriores, y elimina retroalimentaciones negativas tanto como sea posible. El objetivo de la invención es especialmente la creación de un condensador híbrido por medio del cual se puede evitar el deterioro de la operación del segmento de condensador superficial por el agua de enfriamiento del segmento de condensador de contacto directo.

La necesidad que condujo a la creación de la invención fue que no se ha dado información en los documentos de arte previo acerca de una estructura de condensador híbrido la cual pudiera ser aplicada eficientemente y de manera flexible en sistemas de enfriamiento de plantas de energía típicas. En nuestros experimentos hemos reconocido que no es ventajoso, si el flujo de vapor proveniente de la turbina es expuesto primero al segmento de condensador superficial en el condensador. Esto es porque el agua enfriada mediante enfriamiento húmedo fluye en los tubos del condensador superficial, y la temperatura de la misma es generalmente mucho menor que aquella del agua enfriada mediante enfriamiento seco y rociada por las boquillas del condensador de contacto directo. El vapor que llega desde la turbina por un lado debe pasar a través de los conjuntos de tubos los cuales ejercen una fuerza de arrastre sustancial, y por el otro lado, debido a la temperatura relativamente baja de los tubos, el vapor puede ser sometido a subenfriamiento considerable, lo cual deteriora la eficiencia desde el aspecto de ciclos de vapor. La pérdida de presión de vapor provocada por la fuerza de arrastre de la tubería también resulta en subenfriamiento adicional.

El condensador de contacto directo tiene la mejor eficiencia, si éste recibe el vapor a lo largo de líneas de flujo relativamente rectas, transversalmente a la dirección del agua de enfriamiento rociada por las boquillas.

Por lo tanto, de acuerdo a la invención, se proporciona un condensador híbrido, en el cual al menos la mayoría del vapor de entrada es primero expuesta a los segmentos de condensador de contacto directo. En este caso, por un lado, el vapor de entrada puede entrar al sistema en direcciones de flujo rectas favorables desde el aspecto de operación, transversalmente al agua de enfriamiento rociada por las boquillas, y por el otro debido al agua de enfriamiento relativamente más caliente que resulta del enfriamiento seco, el vapor no es sometido a subenfriamiento. En este caso, sin embargo, surge un problema adicional.

La esencia del problema es que en el espacio de condensación común del condensador híbrido, una mezcla de agua de enfriamiento/condensado fluye sobre el segmento de condensador superficial arreglado en la dirección donde los procesos de condensación natural tienen lugar, es decir en la dirección de flujo de vapor corriente abajo del segmento de condensador de contacto directo o físicamente debajo del segmento de condensador de contacto directo, y esto deteriora extremadamente la eficiencia del segmento del condensador superficial. De acuerdo con la invención hemos reconocido que si se arreglan elementos de guía de agua apropiados en el espacio de condensación común, cuyos elementos guían fuera la mezcla de agua de enfriamiento y condensado de manera que ésta evita los segmentos de condensador superficial, se puede lograr un diseño extremadamente ventajoso y eficiente.

Los objetivos de la invención han sido logrados mediante el condensador híbrido descrito en la reivindicación 1. Modalidades preferidas de la invención están definidas en las reivindicaciones dependientes.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS Modalidades preferidas de la invención serán ahora descritas por medio de dibujos ejemplares en los cuales: La Fig. 1 es una estructura esquemática de un condensador híbrido que contiene módulos que consisten de segmentos de condensador de contacto directo y superficial conectados en serie, en el caso de vapor de escape hacia abajo desde la turbina, La Fig. 2 es una estructura esquemática de un condensador híbrido similar a aquél mostrado en la Fig. 1 , La Fig. 3 es una estructura esquemática de una modalidad que tiene miembros conectados al extremo de elementos de separación de módulos, cuyos miembros giran el agua que fluye hacia abajo sobre las paredes hacia a un rociador de agua de gran superficie, La Fig. 4 es una estructura esquemática de una modalidad que tiene un espacio a lo largo de las paredes de confinamiento laterales, lo cual permite la derivación de módulos de condensador para una pequeña proporción del flujo de vapor que abandona la turbina, La Fig. 5 es una estructura esquemática de una modalidad que tiene un módulo de condensador de superficie adicional y placa de guía a lo largo de las dos paredes laterales, así como una pieza de transición de ángulo reducido (pieza de cuello), La Fig. 6 es una estructura esquemática de una modalidad similar a aquella mostrada en la Fig. 5, donde la pieza de transición (pieza de cuello) tiene dos ángulos y colinda el condensador más ancho a través del ángulo más pequeño, La Fig. 7 es una estructura esquemática de un condensador híbrido de acuerdo con la invención conectado con una turbina de escape axial o lateral, La Fig. 8 es una estructura esquemática de una modalidad adicional conectada con una turbina de escape axial o lateral, La Fig. 9 es una estructura esquemática de una modalidad similar a aquella mostrada en la Fig. 8, donde el enfriador posterior de los segmentos de condensador de contacto directo está ubicado de manera separada detrás de los segmentos de condensador superficial, La Fig. 10 es una estructura esquemática de una modalidad similar a aquella mostrada en la Fig. 8, donde en la sección inferior del vapor que entra en una dirección horizontal solamente los módulos de condensador superficial están ubicados en lugar de los módulos híbridos, y La Fig. 11 es una estructura esquemática de una modalidad similar a aquella mostrada en la Fig. 10, donde no hay segmento de condensador superficial detrás de los segmentos de condensador de contacto directo.

MODALIDADES DE LA INVENCIÓN Una modalidad preferida de la invención construida de módulos es mostrada en la Fig. 1. Vapor expandido 1 fluye hacia abajo sobre la sección transversal de salida de una turbina de vapor de baja presión 2 no mostrada en la figura, dentro de una pieza de transición (pieza de cuello) 5 de un condensador híbrido. A través de la sección transversal de entrada del condensador híbrido 4, el vapor 1 alcanza módulos de condensador de contacto directo/superficial 12 desde la pieza de cuello con una sección transversal creciente.

El arreglo basado en los módulos 12 asegura que en el plano horizontal, las dimensiones del condensador híbrido no excedan aquellas de cualquiera de un condensador superficial o de contacto directo convencional. Al mismo tiempo, con respecto a la profundidad del condensador, no hay aumento sustancial en tamaño debido a las soluciones a ser descritas más adelante, como resultado de los segmentos de condensador que mantienen o aumentan más la eficiencia.

En el espacio superior de los módulos 12, un segmento de condensador de contacto directo 9, y en el espacio de abajo, en la dirección de flujo de vapor corriente abajo el segmento de condensador de contacto directo 9, está ubicado un segmento de condensador superficial 10, es decir los dos segmentos de condensador están conectados en serie uno con otro con respecto al flujo y condensación del vapor 1. Como se muestra en la figura, los segmentos de condensador de contacto directo 9 y los segmentos de condensador superficial 10 están arreglados en un espacio de condensación común. En la parte de condensador de contacto directo, parte del vapor de entrada 1 es condensado en los chorros de agua similares a película los cuales están en sentido transversal en relación a la dirección de flujo de vapor y provienen desde las boquillas de la cámara de distribución 6 del segmento de condensador de contacto directo 9. Una proporción menor del vapor que fluye desde aquí (todo el vapor restante, si solamente el segmento de condensador de contacto directo está en operación) es condensada en un enfriador posterior en contraflujo 7 que pertenece al segmento de condensador de contacto directo 9 y ubicado debajo de las cámaras de distribución 6; la condensación tiene lugar por ejemplo en enfriador posterior tipo placa perforada o lleno 7 en el efecto de enfriar agua tomada del extremo inferior de la cámara de distribución de agua de enfriamiento 6. Los gases no condensables pueden ser desechados del espacio 8 asignado a succión de aire dentro del enfriador posterior 7. El vapor restante después del segmento de condensador de contacto directo 9 es condensado en la superficie exterior de tubos 24 que corren a lo largo de la longitud del condensador híbrido y ubicados en el segmento de condensador superficial 10, bajo el efecto del agua de enfriamiento que fluye en los tubos 24, y que viene del sistema de enfriamiento húmedo. Además del arreglo de sección transversal representado por la Fig. 1 , el segmento de condensador superficial 10 puede tomar cualquier forma usual, como una forma de árbol navideño, una forma en V, una forma de pera, etc. Dentro del segmento de condensador superficial 10, está diseñado un espacio apropiado para el propósito de expulsión de aire 1 1.

La operación eficiente del segmento de condensador superficial 10 necesita que la mezcla de un gran volumen de agua de enfriamiento y condensado calentado proveniente del segmento de condensador de contacto directo 9 evite el segmento de condensador superficial 10. Desde las boquillas de la cámara de distribución 6 del segmento de condensador de contacto directo 9, el agua de enfriamiento golpea la superficie receptora de agua orientada hacia la boquilla de un elemento de guía de agua 17 arreglado entre los módulos vecinos 12, y la mezcla de agua de enfriamiento y condensado fluye hacia abajo a lo largo de estos elementos de guía de agua 17 a un nivel que corresponde a la parte inferior de los segmentos de condensador superficial 10. Entonces, las películas de agua expulsadas por el segmento de condensador de contacto directo 9 y que conducen a la condensación de vapor alcanzan y son guiadas por los elementos de guía de agua 17 que separan los módulos 12 entre sí, y fluyen hacia abajo a lo largo de los elementos de guía de agua sin hacer contacto con los tubos de enfriamiento del segmento de condensador superficial 10 abajo. Los elementos de guía de agua 17 pueden estar hechos de placas o de un material plano perforado, por ejemplo una malla densa de alambre sostenida por una estructura de armazón.

El flujo de agua de enfriamiento que alcanza el espacio del enfriador posterior 7 es generalmente solamente 1 a 5% del flujo de agua de enfriamiento emitido en la forma de películas de agua, pero es necesario que incluso este volumen de agua no esté en los tubos del segmento de condensador superficial 10. El drenaje de agua del espacio de enfriamiento posterior está diseñado por consiguiente, con un elemento de guía de agua adicional. De acuerdo con la Fig. 1 , la mezcla de agua de enfriamiento y condensado proveniente del enfriador posterior 7 del segmento de condensador de contacto directo 9 es recolectada por una bandeja 13, desde la cual una o más tuberías de drenaje de agua 14 la conducen debajo del segmento de condensador superficial 10. De acuerdo con la estructura alternativa presentada en la Fig. 2, en lugar de la bandeja de recolección de agua 13 y la tubería de drenaje de agua 14, puede ser aplicado un elemento de difusión de agua en forma de paraguas 27, ubicado debajo del enfriador posterior 7 del condensador de contacto directo. Este elemento rocía el agua hacia los elementos de guía de agua 17 ubicados en los dos lados, evitando así que el agua haga contacto con los tubos de enfriamiento 24 del segmento de condensador superficial 10. En la modalidad mostrada tanto en la Fig. 1 como en la Fig. 2, la mezcla de agua de enfriamiento y condensado desde los elementos de drenado y guía de agua mencionados anteriormente, y el condensado de la superficie externa de los tubos 24 del segmento de condensador superficial 10 son suministrados a un espacio de recolección de condensado y agua de enfriamiento 15. A partir de aquí, bombas de extracción y circulación de agua conocidas en sí no mostradas en las figuras reenvían una menor parte del fluido recolectado hacia el circuito de agua de alimentación y una mayor parte del mismo al circuito de enfriamiento seco.

La Fig. 3 muestra una versión parcialmente mejorada de la modalidad representada por la Fig. 1. Los módulos de condensador de contacto directo/superficial 12 conectados en serie del condensador híbrido con una disposición similar difieren de las estructuras presentadas anteriormente (Figs. 1 y 2) en que en el extremo de los elementos de guía de agua 17 que separan los módulos, y preferentemente en cada una de las dos paredes laterales 16 del condensador, alineados con los extremos inferiores de los elementos de guía de agua 17, está ubicado un elemento (aspersor) 20 para generar rocío de agua. El elemento 20 puede ser preferentemente una placa perforada, una malla de alambre o una tira de relleno, la cual gira la mezcla calentada de agua de enfriamiento y condensado que fluye hacia abajo en ambos lados de los elementos de guía de agua 17 hacia un rociador de agua de gran superficie. Esto mejora más la extracción de los gases de no condensación de la fase de fluido.

La Fig. 4 muestra una versión mejorada adicional de la solución representada por la Fig. 3. A lo largo de cada una de las dos paredes laterales 16 del condensador híbrido, está formado un espacio delgado 21 , a través del cual el vapor expandido 1 que viene de la turbina puede fluir directamente entre la superficie del agua del espacio de recolección de condensado y agua de enfriamiento 15 y la parte inferior de los módulos de condensador de contacto directo/superficial 12 conectados en serie, donde éste se condensa en los chorros de rocío o agua formados por los elementos generadores de rocío de agua 20, mejorando así adicionalmente la extracción de los gases de no condensación y al mismo tiempo reduciendo el subenfriamiento de la mezcla de agua de enfriamiento y condensado. Por lo tanto, en el lado exterior de cada módulo más exterior 12 también hay un elemento de guía de agua 17 arreglado con separación apropiada de las respectivas paredes laterales 16 del condensador híbrido, creando el espacio 21 el cual permite un ñujo de vapor que evita los módulos 12.

La Fig. 5 muestra una modalidad tal preferida de la invención, la cual puede ser aplicada en el caso cuando es permisible en el plano horizontal aumentar ligeramente el tamaño del condensador híbrido, y es necesario (al menos en la parte más cálida del año) expandir la superficie de la parte de condensador superficial conectada con el circuito de enfriamiento húmedo. En este caso, con dimensiones no modificadas del reborde de escape de turbina hacia abajo, es necesario reducir el ángulo 19 entre el contorno lateral de una pieza de transición (pieza de cuello) 5 y la horizontal. La sección transversal de entrada así aumentada 4 del condensador puede ser utilizada sin deteriorar la eficiencia de los segmentos de condensador de contacto directo 9 en una manera que, en la separación adicional obtenida como resultado del ancho aumentado, a lo largo de las dos paredes laterales 16 del condensador híbrido, están instalados segmentos de condensador superficial 22, únicamente. De manera similar a los segmentos de condensador superficial conectados 10 en serie, éstos también tienen un espacio 23 el cual permite expulsión de aire. Para asistir el flujo en este punto, opcionalmente puede ser utilizada una placa de guía de vapor 25. En este arreglo, los espacios de condensador de contacto directo permanecen en el plano que incluye un ángulo favorable con la salida de turbina, mientras que debido al agua de enfriamiento más fría, la reducción del ángulo de entrada es prácticamente tolerada sin una caída en eficiencia por los segmentos de condensador superficial 22 conectados en paralelo adicionales. De este modo, el área superficial total del condensador superficial puede ser aumentada sin extender la altura total del cuerpo del condensador.

La Fig. 6 muestra una estructura casi idéntica a aquella presentada en la Fig. 5. La única diferencia es en la linea de la pieza de transición (pieza de cuello) 5, porque en lugar del contorno lateral el cual tiene un ángulo reducido a lo largo, la sección de ajuste de transición completa 26, solamente su parte inferior tiene un ángulo menor, y como se ha demostrado mediante los resultados de nuestros experimentos de flujo, mejora más principalmente las condiciones de flujo de vapor a los segmentos de condensador de contacto directo 9.

Mientras que las Figs. 1 a 6 muestran condensadores híbridos diseñados para condensar el vapor 1 que fluye hacia abajo desde el alojamiento de baja presión de la turbina de vapor, la Fig. 7 presenta una modalidad del condensador híbrido conectado con una turbina de vapor de escape axial o lateral. Vapor 29 suministrado por la turbina en una dirección horizontal (la dirección de observación de la figura) entra a una pieza de transición a través de una sección transversal de entrada 33 ubicada en un plano perpendicular a la horizontal. La pieza de transición gira el flujo de vapor por 90° con respecto a la horizontal, y por medio de elementos de guía de vapor 30 y 31 , el vapor toma un giro de 180°, y fluye a una ubicación arriba de los módulos de condensador de contacto directo/superficial 12 conectados en serie en el condensador híbrido, y entra a los módulos 12 fluyendo hacia abajo. Por lo cual, los módulos 12 mostrados en las Figs. 1 a 6 también pueden ser aplicados prácticamente sin cambio alguno en esta modalidad. La Fig. 7 muestra módulos 12 los cuales son idénticos a aquellos presentados en la Fig. 3. Como resultado del vapor 29 que fluye hacia abajo, cualquier arreglo presentado en las Figs. 1 a 6 puede ser aplicado.

La Fig. 8 representa una modalidad de condensador híbrido aplicada para una turbina de escape axial o lateral con una entrada de vapor horizontal. El vapor 29 proveniente horizontalmente desde la pieza de transición 33 entra al condensador híbrido horizontalmente, a través de una sección transversal de entrada 34 del condensador. En el condensador híbrido, módulos de condensador de contacto directo/superficial 43 conectados en serie están ubicados uno debajo del otro, en un arreglo casi horizontal ajustado a la entrada de vapor horizontal. El vapor 29 que entra a un segmento de condensador de contacto directo 39 de los módulos 43 primero es condensado en las películas de agua emitidas en un plano casi vertical por las boquillas de una cámara de distribución 36 del condensador de contacto directo. Después de esto, el proceso de condensación continua en las bandejas (o rellenos) de enfriadores posteriores 37 que colindan con las cámaras de distribución 36. Nuevamente, un espacio para un escape de aire 38 está presente dentro de los enfriadores posteriores 37 del condensador de contacto directo. Elementos de guía de agua 45 de los módulos de condensador de contacto directo/superficial 43 conectados en serie incluyen un ángulo de aproximadamente 5 a 10° con la horizontal, y se inclinan hacia abajo en la dirección de flujo de vapor. Los extremos inferiores tienen una curva similar a un cuarto de círculo y son adecuados para drenar la mezcla de agua de enfriamiento y condensado proveniente del segmento de condensador de contacto directo 39, sin perturbar la operación eficiente de segmentos de condensador superficial 40 ubicados corriente abajo de los segmentos de condensador de contacto directo 39. En este caso elementos de guía de agua 45 son placas que separan los segmentos de condensador de contacto directo 39 entre sí, inclinándose hacia los segmentos de condensador superficial 40, y asistiendo el flujo de la mezcla de agua de enfriamiento y condensado entre los segmentos de condensador de contacto directo 39 y los segmentos de condensador superficial 40. De manera similar a los casos anteriores, cada segmento de condensador superficial 40 tiene un espacio 41 diseñado para expulsión de aire. La mezcla de agua de enfriamiento y condensado conducida por los elementos de guía de agua 45 y las gotas de condensado provenientes de los segmentos de condensador superficial 40 son transferidos a un espacio de recolección de agua de enfriamiento y condensado 44 ubicado en la parte inferior del condensador híbrido.

La Fig. 9 muestra una modalidad preferida adicional de un condensador híbrido que colinda con un escape de vapor axial o lateral. Un módulo de condensador de contacto directo/superficial 47 conectado en serie difiere del módulo 43 mostrado en la Fig. 8 en que en este caso un enfriador posterior 46 del condensador de contacto directo no está conectado directamente con la cámara de distribución de segmento de condensador de contacto directo 36 instalada con boquillas, sino que está ubicado en el espacio detrás del segmento de condensador superficial. Por lo tanto, el agua de enfriamiento fría que llega a este punto desde el circuito de enfriamiento seco debe ser guiada por una línea de distribución separada no mostrada en la Fig. 9.

La Fig. 10 representa otra modalidad preferida de un condensador híbrido diseñado para un escape de vapor axial o lateral. En el caso de un escape de vapor axial o lateral, el aumento de tamaño eventual o arreglo del condensador es menos problemático desde el aspecto del costo de construcción, y por lo tanto los módulos de condensador de contacto directo/superficial conectados en serie 43, 47 (ver Fig. 8 o Fig. 9) pueden ser complementados con segmentos de condensador puramente superficial 49 en ubicaciones, las cuales los segmentos de condensador de contacto directo 39, son menos favorables (debido a la trayectoria de flujo de meandros), pero al mismo tiempo pueden ser montados en una posición aceptable para las partes de condensador superficial, por ejemplo en la sección inferior del condensador híbrido. También están instalados con un escape de aire separado 50. La posición menos favorable no perturba la operación (distribución de vapor) de los segmentos de condensador superficial 49 que corren con agua de enfriamiento más fría. Esta solución es preferida, si es necesario aumentar la proporción de enfriamiento húmedo, por ejemplo en los periodos de temperaturas ambientales más cálidas, cuando éstas comciden con la demanda pico de electricidad. La solución mostrada en la Fig. 10 por un lado permite aumentar la proporción de enfriamiento húmedo, con la condición de que esto sea permitido por el volumen de agua producido en exceso necesario para la torre de enfriamiento húmeda, y de este modo mejora la potencia eléctrica que se puede lograr en periodos cuando las temperaturas ambientales son mayores.

Opcionalmente, los segmentos de condensador superficial colocados detrás de los segmentos de condensador de contacto directo pueden incluso ser omitidos. El condensador híbrido presentado en la Fig. 11 es una variante de la solución mostrada en la Fig. 10, donde los segmentos de condensador de contacto directo 39 no incluyen segmentos de condensador superficial conectados en serie con ellos. Los segmentos de condensador superficial 49 ubicados en la tercera o cuarta sección más baja del condensador híbrido debajo de los segmentos de condensador de contacto directo 39, por lo tanto representan módulos independientes y separados, conectados en paralelo con los segmentos de condensador de contacto directo. Por lo tanto, en las modalidades mostradas en las últimas dos figuras, el elemento de guía de agua 45 y debajo de éste el segmento de condensador superficial 40 está arreglado debajo del segmento de condensador de contacto directo inferior 39. De esta manera, los elementos de guía de agua 45 proporcionan las ventajas de acuerdo con la invención también en esta modalidad.

De acuerdo con la discusión anterior, cada segmento de condensador de contacto directo y superficial, respectivamente, del condensador híbrido comprende un espacio adecuado para expulsión de aire (es decir para la remoción de gases de no condensación), lo cual es necesario para la operación eficiente. A partir de éstos, un expulsor común, es decir un sistema de desgasificación remueve la mezcla de gases de no condensación y parte de vapor de agua retenido. Durante la operación, condiciones sustancialmente diferentes surgen en los dos tipos de segmentos, por ejemplo cuando los segmentos de condensador superficial enfriado húmedo están fuera de operación. Incluso en el caso cuando las partes de condensador son operadas en conjunto, por ejemplo sometidas al cambio de temperatura ambiental, la diferencia de temperatura de agua de enfriamiento fría que entra al segmento de condensador de contacto directo enfriado seco y el segmento de condensador superficial enfriado húmedo cambia. Esta diferencia de temperatura puede volverse significativa especialmente en el caso de temperaturas ambientales cálidas. En consecuencia, la presión de espacios para remoción de aire desde los segmentos de condensador de contacto directo y presión de aquellos desde los segmentos de condensador superficial, respectivamente, son valores diferentes. A falta de medidas adicionales, esto puede conducir a la descarga de un volumen sustancial de vapor adicional desde el espacio relevante del segmento de condensador de contacto directo, el cual tiene una mayor presión, mientras que incluso el escape de gases de no condensación permanece por debajo del valor deseado del espacio de presión más bajo del segmento de condensador superficial. Por lo tanto, es recomendable aplicar dispositivos reguladores por ejemplo válvulas de control en las respectivas líneas de recolección de los segmentos de condensador de contacto directo y de los segmentos de condensador superficial del condensador híbrido, cuyas válvulas pueden ser cerradas o abiertas de manera independiente, así como controladas por la diferencia de temperaturas de agua fría de entrada.

El arreglo que consiste de los módulos híbridos paralelos 12, 43 o 47 es muy ventajoso, porque en un diseño tal la sección transversal de entrada de vapor más grande posible está cubierta por segmentos de condensador de contacto directo. La eficiencia del condensador híbrido puede mantenerse en el nivel más alto también en periodos cuando no se necesita asistencia por los segmentos de condensador superficial y solamente los segmentos de condensador de contacto directo están en operación.

En las modalidades presentadas de la invención, los elementos de guía de agua 17 y 45 están ubicados prácticamente en paralelo con la dirección principal de flujo de vapor. Esto es especialmente favorable porque éstos no provocan una pérdida de presión o un deterioro de eficiencia.

En virtud de la invención, las expresiones “corriente abajo del segmento de condensador de contacto directo en la dirección de flujo de vapor” y “debajo del segmento de condensador de contacto directo”, respectivamente, significan que los segmentos de condensador superficial están ubicados al menos parcialmente en los lugares relevantes.

La invención por supuesto no está limitada a las modalidades preferidas mostradas en detalle en las figuras, y son posibles variaciones y modificaciones adicionales dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un condensador híbrido, que tiene un segmento de condensador de contacto directo (9, 39) y un segmento de condensador superficial (10, 40) arreglados en un espacio de condensación común, caracterizado porque comprende: - un segmento de condensador superficial (10, 40, 49) arreglado corriente abajo del segmento de condensador de contacto directo (9, 39) en la dirección de flujo de vapor o debajo del segmento de condensador de contacto directo (9, 39), y - un elemento de guía de agua (17, 45) que asegura que la mezcla de agua de enfriamiento y condensado generada en el segmento de condensador de contacto directo (9, 39) fluya hacia abajo evitando el segmento de condensador superficial (10, 40, 49).

2. El condensador híbrido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el segmento de condensador de contacto directo (9, 39) tiene boquillas que emiten chorros de agua transversalmente a la dirección de flujo de vapor, y el elemento de guía de agua (17, 45) tiene una superficie de recepción de agua orientada hacia las boquillas.

3. El condensador híbrido de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque éste tiene módulos (12, 43, 47) que consisten del segmento de condensador de contacto directo (9, 39) y corriente abajo en la dirección de flujo de vapor el segmento de condensador superficial (10, 40), y un elemento de guía de agua (17, 45) está ubicado entre cada uno de dos módulos vecinos (12, 43, 47).

4. El condensador híbrido de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque en los módulos (12), el segmento de condensador superficial (10) está arreglado debajo del segmento de condensador de contacto directo (9), y cada elemento de guía de agua (17) está hecho de una placa arreglada verticalmente o un material plano perforado.

5. El condensador híbrido de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque en el extremo inferior de los elementos de guía de agua (17), están arreglados elementos (20) que generan rocío de agua a partir de la mezcla de agua de enfriamiento y condensado que fluye hacia abajo.

6. El condensador híbrido de conformidad con la reivindicación 4 o 5, caracterizado además porque el segmento de condensador de contacto directo (9) tambien comprende un enfriador posterior (7), debajo del cual está arreglado un elemento de guía de agua adicional, dicho elemento de guía de agua adicional comprendiendo un cárter de recolección de agua (13) y un tubo de drenado de agua (14) que colinda con el espacio de recolección de dicho cárter de recolección de agua (13) o un elemento de difusión de agua en forma de paraguas (27).

7. El condensador híbrido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado además porque en el lado exterior de cada módulo de extremo (12) también hay un elemento de guía de agua (17), arreglado con una separación de paredes laterales respectivas (16) del condensador híbrido, en una manera tal que éstas forman un espacio (21) el cual permite que el flujo de vapor evite los módulos (12).

8. El condensador híbrido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado además porque en el lado exterior de cada módulo de extremo (12) también hay un elemento de guía de agua (17), arreglado con una separación de las paredes laterales respectivas (16) del condensador híbrido, y en estos espacios están arreglados segmentos de condensador superficial adicionales (22).

9. El condensador híbrido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado además porque éste comprende un accesorio de transición el cual dirige la entrada de vapor horizontal hacia arriba, y elementos de guía de vapor (30, 31) guían el vapor dirigido hacia arriba encima y posteriormente abajo en los módulos (12).

10. El condensador híbrido de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque comprende módulos (43, 47) arreglados uno debajo del otro y diseñados para entrada de vapor horizontal, y los elementos de guía de agua (45) son placas que separan los segmentos de condensador de contacto directo (39) entre sí, inclinándose hacia los segmentos de condensador superficial (40) y asistiendo el flujo hacia abajo de la mezcla de agua de enfriamiento y condensado entre los segmentos de condensador de contacto directo (39) y los segmentos de condensador superficial (40).

11. El condensador híbrido de conformidad con la reivindicación 2 o 10, caracterizado además porque debajo del segmento de condensador de contacto directo inferior (39), están arreglados un elemento de guía de agua (45) y, debajo de éste, un segmento de condensador superficial (49).

12. El condensador híbrido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado además porque los segmentos de condensador de contacto directo (9, 22, 39) y los segmentos de condensador superficial (10, 40, 49) tienen escapes de aire separados (8, 11 , 23, 38, 41 , 50), los cuales están conectados con un aparato de desgasificación común, y los escapes de aire (8, 11, 23, 38, 41 , 50) están diseñados para ser controlables.