MXPA96002485A - Metodo y aparato de conversion de una planta de energia de turbina de vapor de agua con ciclo de regeneracion termica a una planta de energia de ciclo combinado sin regeneracion - Google Patents
Metodo y aparato de conversion de una planta de energia de turbina de vapor de agua con ciclo de regeneracion termica a una planta de energia de ciclo combinado sin regeneracionInfo
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Abstract
Se describe un método y aparato para convertir una planta de turbina de vapor de recalentamiento a una planta de ciclo combinado sin recalentamient y que no requiere modificación interna de la unidad de turbina de vapor. Una planta de energía de turbina de vapor con ciclo de regeneración térmica con una caldera y una turbina de vapor con una pluralidad de secciones de turbina, que reciben vapor bajo presión y expanden sucesivamente el vapor a través de las secciones de turbina, se convierte a una planta de ciclo combinado sin recalentamiento, reemplazando la caldera con un generador devapor de recuperación de calor de presión dual capaz de producir vapor principal y vapor secundario a temperatura y presión diferenciales y mediante la instalación de un sistema compensador para permitir el ajuste de la caída de presión entre el escape o salida de la primera sección de turbina y la entrada de la segunda sección de turbina para impedir daño a las hojas de la turbina. La planta de ciclo sin recalentamiento también puede ser operada con vapor secundario suministrado a la entrada de la sección de turbina final para reducir el contenido de humedad del vapor con lo cual se impide el desgaste excesivo de las hojas de turbina.
Description
MÉTODO Y APARATO DE CONVERSIÓN DE UNA PLANTA DE ENERG A DE TURBINA DE VAPOR DE AGUA CON CICLO DE REGENERACIÓN TÉRMICA A UNA PLANTA DE ENERGÍA DE CICLO COMBINADO SIN REGENERACIÓN.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una conversión de una planta de energía con generador de turbina de vapor de agua a partir de un sistema de turbina de vapor con ciclo de regeneración térmica, que comprende tanto unidades de turbina de gas como turbina de vapor de agua. En particular, la presente invención se refiere a un método y a un aparato para conversión de una planta de turbina de vapor de agua de un ciclo con recalentamiento intermedio del vapor de agua a un ciclo combinado sin recalentamiento, usando un generador de vapor de agua de recuperación de calor para proporcionar vapor de agua principal y vapor de agua secundario, sin requerir modificación interna de la unidad de turbina de vapor de agua.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las plantas de energía de turbinas de vapor de agua de una variedad de configuraciones son en general conocidas en la técnica. De conformidad con una realización conocida, la planta de vapor de agua comprende una caldera, que evapora el agua que se alimenta dentro de un vapor principal a alta temperatura y a alta presión (vapor supercalentado) , y una unidad de turbina que comprende una o más secciones y etapas a través de las cuales el vapor es gradualmente expandido a presiones decrecientes con el fin de que energizar un generador eléctrico. Una realización típica en la técnica anterior también incluye uno o más calentadores de agua que se alimenta que usa el vapor extraído de una o más etapas o secciones de turbina (una porción del vapor principal fluye a través de la turbina) para precalentar el agua que se alimenta suministrada a la caldera y que se evapora en vapor, con el fin de mejorar toda la eficiencia térmica de la planta. En una realización comúnmente conocida, la planta de vapor opera en un ciclo con recalentamiento en el cual, después de la expansión a través de una sección de turbina a presión más elevada, el vapor es regresado a una sección separada de la caldera (comúnmente designada el recalentador)
en donde es re-supercalentado (o "regenerado") antes de ser suministrado a la siguiente sección de turbina de presión inferior como vapor recalentado. El recalentamiento, con el cual el vapor recalentado es regresado a la siguiente sección de turbina de presión inferior a una temperatura y entalpia más elevadas, es una práctica generalmente aceptada en casi todas las plantas de vapor más grandes para mejorar la eficiencia térmica. Sin embargo, las plantas de turbina de vapor emplean ciclos de recalentamiento y sistemas de precalentamiento del agua que se alimenta requieren además, tubería, instrumentación y otros sistemas más complicados.
También se conocen en la técnica las llamadas plantas de ciclo combinado, que combinan un ciclo de turbina de gas con un ciclo de turbina de vapor de agua, cada uno para energizar un generador eléctrico. La planta de ciclo combinado permite ganancia en eficiencia térmica mucho mayor que aquella que se puede obtener del recalentamiento en una planta de turbina de vapor con ciclo con recalentamiento intermedio del vapor. De conformidad con lo anterior, será ventajoso convertir una planta de ciclo con recalentamiento a una planta de ciclo combinado sin recalentamiento.
La conversión de una planta de vapor de ciclo de recalentamiento a una planta de ciclo combinado permite la eliminación del sistema de recalentamiento combinado y todavía mejora la eficiencia térmica, mientras que reduce los costos de operación y proporciona una planta que es mucho más fácil de operar que la planta de ciclo combinado con un ciclo de recalentamiento. Típicamente, la conversión de una planta de vapor a una planta de ciclo combinado requiere la eliminación del sistema precalentador de alimentación de agua intrincado, lo cual también simplifica la operación de la planta.
La eliminación del sistema precalentador de alimentación de agua con sus varias extracciones de vapor de precalentamiento de alimentación de agua, sin embargo, reduce el flujo de masa total de vapor a través de varias secciones de turbina
También se conoce en la técnica la llamada planta de ciclo combinado, la cual combina un ciclo de turbina de gas con un ciclo de turbina de vapor, cada uno para energizar un generador de electricidad. La planta de ciclo combinado permite ganancias en eficiencia térmica que son mucho más grandes que aquellas que se obtienen del recalentamiento en
una planta de turbina de vapor de ciclo de recalentamiento. De conformidad con lo anterior, será ventajoso convertir una planta de ciclo de recalentamiento a una planta de ciclo combinado sin recalentamiento.
La conversión de una planta de vapor de ciclo de recalentamiento a una planta de ciclo combinado permite la eliminación del complicado sistema de recalentamiento y todavía mejora la eficiencia térmica, al mismo tiempo que reduce los costos y proporciona una planta que es mucho más fácil operar que la planta de ciclo combinado con un ciclo de recalentamiento. Típicamente, la conversión de una planta de vapor a una planta de ciclo combinado requiere la eliminación del intrincado sistema de precalentamiento del agua que se alimenta, lo cual simplifica la operación de la planta.
La eliminación el sistema precalentador del agua de alimentación, con sus varias extracciones de vapor de precalentamiento de agua de alimentación, sin embargo, reduce el flujo de masa total de vapor a través de las varias secciones y etapas de la turbina. La reducción de flujo de masa total en la planta de ciclo combinado convertido puede no ser compatible con las limitaciones de diseño de una o más secciones de turbina en la planta de ciclo de recalentamiento
original. Por lo tanto, la conversión de una planta de vapor de recalentamiento para operar como una planta de ciclo combinado de sin recalentamiento puede requerir la modificación costosamente interna del sistema de turbina de vapor.
De conformidad con lo anterior, será ventajoso convertir una planta de vapor de recalentamiento a una planta de ciclo combinado sin recalentamiento, sin requerir modificaciones internas de la turbina de vapor.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN.
La presente invención se refiere a una conversión de una planta de vapor a una planta de energía de ciclo combinado a partir de un ciclo de vapor de recalentamiento a otro de no recalentamiento. Cuando se reenergiza una planta de vapor de recalentamiento, el generador (caldera) de vapor de recalentamiento puede ser reemplazado por un generador de vapor de recuperación de calor sin recalentamiento de presión dual. La eliminación del sistema de recalentamiento reduce los costos y proporciona una planta que es mucho más fácil de operar. La presente invención describe un método y un aparato para cambiar una planta de vapor de un ciclo de vapor de recalentamiento a un ciclo combinado de recalentamiento sin modificaciones internas de la turbina.
La presente invención se refiere a un método para convertir a una planta de energía de turbina de vapor de recalentamiento a un ciclo combinado sin recalentamiento con una caldera y una turbina con una pluralidad de secciones de turbina, que reciben vapor bajo presión y expande sucesivamente el vapor a través de las secciones de turbina, incluyendo las etapas de reemplazar la caldera con un
generador de vapor de recuperación de calor de doble presión capaz de producir vapor principal y vapor secundario a presión y temperatura diferenciales e instalar un sistema de compensación para permitir el ajuste de la caída de presión entre el escape de la primera sección de turbina y la entrada de la segunda sección de turbina. La presente invención también se refiere a un método para operar una energía de ciclo combinado sin recalentamiento mediante el uso del sistema de compensación.
La presente invención también se refiere a un sistema de compensación o regulación que incluye un regulador de presión para ajustar selectivamente una porción de la caída de presión total entre el escape de la primera sección de turbina y al entrada de la segunda sección de turbina.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.
La figura ÍA es un diagrama esquemático que muestra la configuración básica de una planta de turbina de vapor de recalentamiento de la técnica anterior.
La figura IB es una ilustración gráfica del porcentaje de flujo de masa de vapor a través de la planta de turbina de vapor de recalentamiento mostrada en la figura ÍA
(en donde el escape de turbina LP representa el 100% del flujo de masa) .
La figura 2A es una ilustración gráfica del porcentaje del flujo de masa de vapor a través de la planta de turbina de ciclo combinado sin recalentamiento mostrada en la figura 2A (en donde el escape de turbina LP representa 100% del flujo de masa) .
La figura 3A es un diagrama esquemático que muestra el flujo de vapor en una planta de turbina de vapor de recalentamiento.
La figura 3B es un diagrama esquemático que muestra
el flujo de vapor en una planta de turbina de vapor de ciclo combinado sin recalentamiento; y
La figura 4, es un diagrama de Mollier que muestra las líneas de expansión del ciclo de vapor de una operación de planta de turbina de recalentamiento y la operación de una planta de ciclo combinado sin recalentamiento.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS.
En la figura ÍA se muestra una planta 10 de turbina de vapor de recalentamiento típica. La planta 10 de recalentamiento comprende una caldera 12, una sección 14 de turbina de alta presión (HP) , una sección 16 de turbina de presión intermedia (IP) , una sección 18 de turbina de baja presión (LP) , un generador 20 eléctrico, un condensador 22, uno o más calentadores 24 de agua de alimentación HP y uno o más calentadores 26 de agua de alimentación LP. Cada sección de turbina está conectada a un generador eléctrico 20 mediante el eje 28.
La planta de recalentamiento 10 básicamente funciona dentro de un circuito cerrado de alimentación de agua/vapor. El agua se suministra a la caldera 12, en donde se evapora en un vapor principal y se suministra a la entrada de la sección 14 de turbina HP. En la sección 14 de turbina HP, la corriente principal pasa a través de una o más etapas de turbina, en donde se expande parcialmente hacia el generador 20 de energía eléctrica, hacia el escape de la sección 14 de turbina HP. En el escape de la sección de turbina HP una porción del vapor principal es regresada como
vapor de recalentamiento frío a la caldera 12, en donde es resupercalentado en una sección de caldera separada; una porción del vapor principal es también extraído y suministrado a un calentador 24 de alimentación de agua HP con el fin de precalentar el agua de alimentación a la caldera 12, el vapor de recalentamiento es regresado a la entrada de la sección 16 de turbina IP.
Luego, el vapor de recalentamiento pasa a través de una o más etapas de la sección 16 de turbina IP, en donde se expande adicionalmente al generador 20 de energía eléctrica. Después de la etapa de expansión inicial, se extrae y suministra una porción del vapor a un calentador 24 de agua de alimentación HP con el fin de precalentar el agua que se alimenta a la caldera 12. Después de la expansión parcial en otras etapas de la sección 16 de la turbina IP, porciones adicionales del vapor son sucesivamente extraídas y suministradas a una serie de calentadores 26 de agua de alimentación LP.
Una corriente transversal es suministrada a través del tubo 30 transversal desde el escape de la sección 16 de turbina IP a la entrada de la sección 18 de turbina LP. Luego el vapor transversal pasa a través de una o más etapas
de expansión de la sección 18 de turbina LP al generador 20 de energía eléctrica. Cuando el vapor pasa a través de las varias etapas de la sección 18 de turbina LP, porciones adicionales del vapor que se expande son sucesivamente retiradas y suministradas a una serie de calentadores 26 de alimentación de agua LP, con el fin de precalentar el agua que se suministra a la caldera 12. Finalmente, el vapor que ha sido totalmente expandido a través del sistema de turbina se expele del escape de la sección 18 de turbina LP al condensador 22 en donde, condensado en un líquido, pasa a través de los calentadores 26 de agua de alimentación LP, calentadores 24 de agua de alimentación HP y dentro de la caldera 12, en donde otra vez se evapora en un vapor principal y se resuministra a las varias secciones de turbina para energizar el generador 20 eléctrico, completando el ciclo de vapor. En la figura 2A se muestra una planta 50 de energía de ciclo combinado sin recalentamiento que incorpora una realización de la presente invención. La planta 50 de ciclo combinado incluye una turbina 52 de gas, que energiza al generador 54 (eléctrico) de turbina de gas asociada. La planta 50 de ciclo combinado también incluye un generador 56 de vapor para recuperación de calor (en lugar de la caldera 12 en la planta 10 de energía de turbina de vapor de
recalentamiento) . La planta de ciclo combinado, como se muestra en la figura 2A, incluye además una sección 14' de turbina de alta presión (HP) , una sección 16' de turbina de presión intermedia (IP) , una sección 18' de turbina de baja presión (LP) , un generador 20' (eléctrico) de turbina de vapor y un condensador 22'. Cada sección de turbina está conectada a un generador 20' eléctrico mediante el eje 28'.
Como se muestra para comparación de la figura ÍA con la figura 2A, la planta 50 de ciclo combinado no incluye un sistema precalentador o precalentadores para el agua que se alimenta, como en la planta 10 de recalentamiento. Debido a que la planta 50 de ciclo combinado no incluye un sistema precalentador de agua, no hay extracciones de vapor para precalentar el agua que se alimenta. Además, debido a que la planta 50 de ciclo combinado no opera con vapor recalentado, nada de la corriente principal es redirigida a una caldera (o generador de vapor) desde el escape de la sección 14' de turbina HP.
Con referencia a las figuras IB y 2B, a causa que la conversión de una planta de ciclo de vapor de recalentamiento a una planta de ciclo combinado requiere la eliminación del sistema precalentador de agua habrá un ajuste
del régimen de flujo de masa de vapor. (Con el fin de ilustrar y comparar, el escape de la sección de turbina LP se trata como el 100% de flujo de masa de vapor en ambas plantas de recalentamiento 10 y de ciclo combinado 50, como se muestra en las figuras IB y 2B) . En la planta 10 de recalentamiento, suponiendo que las varias extracciones de vapor de agua totalizan aproximadamente 40% del 100% del flujo de vapor de escape de la sección de turbina LP, el flujo de vapor principal a la sección 14 de turbina HP es de 140%. Como se muestra en la figura IB, en la planta 10 de recalentamiento, el flujo de masa de vapor disminuye gradualmente de 140% a la entrada de la sección de turbina HP a 100% en el escape de turbina LP.
En la planta 50 de ciclo combinado, si el flujo de la sección de turbina LP no se puede incrementar a causa de las limitaciones de diseño de la sección de turbina LP, entonces el flujo de vapor principal a la sección 14' de turbina HP tiene que reducirse de 100% a 75% para operación del ciclo combinado, porque 25% del vapor secundario es provisto en la entrada de la sección de turbina LP. (Aunque más o menos vapores secundarios pueden estar provistos, en la realización ejemplar preferida mostrada en las figuras 2A, 2B y 3B lo óptimo es 25% aproximadamente) . Como se muestra en
la figura 2B, en la planta 50 de ciclo combinado el flujo de masa de vapor se incrementa de 74% a la entrada de la secciÁn de turbina HP a 100% en la entrada de la turbina LP, cuando se suministra vapor secundario. De acuerdo con lo anterior, como en la planta 10 de recalentamiento, el flujo de masa de vapor en el escape de la secciÁn de turbina LP es 100%, como se muestra en las figuras IB y 2B.
Cuando se ajustan las condiciones de vapor para la operaciÁn apropiada de la turbina de vapor despus de la conversiÁn de un ciclo de recalentamiento a un ciclo combinado sin recalentamiento, las condiciones volumtricas del flujo de vapor dentro de las varias secciones de turbina se acoplar n. Con referencia a las figuras 3A y 3B, las condiciones de operaciÁn para una realizaciÁn preferida ejemplar de una conversiÁn de la planta 10 de recalentamiento a la planta 50 de ciclo combinado, se muestra con fines de ilustraciÁn. (El ejemplo mostrado no est destinado a limitar el alcance de la presente invenciÁn, que puede estar implementada sobre una amplia escala de condiciones de operaciÁn) . En la conversiÁn, se acoplan las condiciones de flujo volumtrico de vapor principal reduciendo la presiÁn de vapor principal para el ciclo de recalentamiento en la planta 10 de recalentamiento de aproximadamente 2400 psi (ver la
figura 3A) a aproximadamente 1300 psi para operaciÁn de ciclo combinado en la planta 50 de ciclo combinado sin recalentamiento (ver la figura 3B) , para compensar el flujo reducido de masa de vapor, manteniendo sin cambio el flujo volumtrico se proporciona un funcionamiento Áptimo sin sobrecargar ninguna hoja de turbina. Se obtiene el funcionamiento Áptima con flujo volumtrico sin cambiar. A pesar de esto con estas condiciones de expansiÁn cambiadas de la planta 10 de recalentamiento, la planta 50 de ciclo combinado tambin funciona b sicamente dentro de un circuito cerrado de agua de alimentaciÁn/vapor. El agua que se alimenta es suministrada al generador 56 de vapor de recuperaciÁn de calor, en donde se evapora en una corriente principal y se suministra a la entrada de la secciÁn 14' de turbina HP. En la sección 14' de turbina HP el vapor principal pasa a través de una o más etapas, en donde se expande parcialmente hacia el generador 20 ' de energía eléctrica, hacia el escape de la sección 14' de turbina HP, en donde una porción de la corriente de escape es dirigida al sistema 58 de compensación.
El sistema 58 regulador compensa los efectos sobre las condiciones de entrada de la sección de turbina IP mediante el cambio en el flujo de la masa de vapor y el
cambio en la temperatura y presión de vapor, debido a su efecto de garganta. A causa de la diferencia entre el flujo de masa y la temperatura, la presión en la entrada de la sección de turbina IP de ciclo combinado sin recalentamiento es de 30% a 50% menor que la presión del ciclo de recalentamiento original. Esta presión más baja puede llevar, a cargas más altas, a niveles de tensión indeseables en las últimas etapas de la sección de turbina HP, los cuales niveles de tensión pueden causar daño a las hojas de la turbina. El sistema 58 de compensación evita esa sobretensión de las hojas de la sección de turbina HP permitiendo el ajuste de caída de presión entre el escape de la sección de turbina HP y la entrada de la sección de turbina IP. El diseño y el ajuste apropiado del sistema 58 compensador pueden establecer una retropresión sin cambio sobre la sección 14' de turbina HP.
En una realización preferida, mostrada en la figura 3B, el sistema 58 compensador incluye un circuito de fluido que tiene el sistema 60 de tubería de conexión y el sistema 62 de tubería en derivación. El sistema 60 de tubería conecta el escape de la sección 14' de turbina HP a la entrada de la sección 16' de turbina IP; el sistema 62 de tubería forma una derivación a lo largo del sistema. 60 de
tubería; un regulador de presión tal como una válvula 64 de ajuste está contenido a lo largo del sistema 62 de tubería de derivación. Durante la operación de carga baja la válvula 64 está completamente abierta. Ambas tuberías incluidas en los sistemas de tuberías 60 y 62 pueden ser de menor tamaño para proporcionar aproximadamente la misma caída de presión (10%) en la planta 50 de ciclo combinado como en el ciclo de recalentamiento original de la planta 10 de recalentamiento.
A carga elevada, como una función de la salida o diferencia de presión en las etapas o última etapa de la sección de turbina HP, la válvula 64 comienza a cerrase y en consecuencia incrementa la caída de presión entre el escape de la sección de turbina HP y la entrada de la sección de turbina IP. Si ambos sistemas 60 y 62 de tubería han sido igualmente dimensionados con la válvula 64 abierta, aproximadamente se cuadruplicará la caída de presión cuando el flujo en el sistema 60 de tubería sea el doble cuando está cerrada la válvula 64. Un incremento de aproximadamente 30% de la caída de presión será suficiente para proteger las hojas de la última etapa de la sección de turbina HP de sobretensión. La válvula 64 controla la presión delta (caída de presión) en la sección 14 de turbina HP cerrándose a un nivel máximo fijo.
Como solamente uno de los sistemas de tubería 60 y 62 en el sistema 58 compensador tiene una válvula, el sistema es un dispositivo para seguridad contra fallas porque la conexión de la sección 14' de turbina HP a la sección 16' de turbina IP no se puede cerrar totalmente lo cual de otra manera puede causar daño a todo o parte del sistema de turbina. En esta realización, el sistema 58 de compensación incluye dos tubos 60 y 62 de conexión. Solamente el tubo 62 contiene una válvula y por lo tanto el sistema está mecánicamente diseñado para proporcionar una abertura mínima en todo momento.
En la planta 50 de ciclo cambiando, el vapor enseguida pasa del sistema 58 de compensación a través de una o más etapas de la sección 16' de turbina IP, en donde se expande adicionalmente al generador 20' de energía eléctrica.
El vapor cruzado es suministrado del escape de la sección 16' de turbina IP a la entrada de la sección 18' de turbina LP. Además, la corriente secundaria es provista directamente del generador 56 de vapor de recuperación de calor a la entrada de la sección 18' de turbina LP a través de un conducto de fluido tal como el tubo 66 de vapor secundario. Para una eficiencia del ciclo sin recalentamiento óptima, el generador 56 del sistema de recuperación de calor se diseñará como una
unidad de presión dual. Como se muestra en la realización de la planta 50 de ciclo combinado ilustrada en la figura 2A, el generador 56 de vapor de recuperación de calor es una unidad de presión dual, que suministra ambas corrientes principal y secundaria, cada una producida en una sección separada y a diferentes niveles de presión.
La introducción de la corriente secundaria compensa el contenido incrementado de humedad del vapor en el escape de la sección de turbina LP, lo cual puede llevar a un incremento de la erosión de las gotitas en las hojas de turbina de la última etapa, cuando se cambia de un ciclo de recalentamiento a un ciclo sin recalentamiento. Este incremento en el contenido de humedad del vapor es especialmente crítico para operación a plena carga, ya que el contenido de humedad del vapor limita la cantidad de trabajo que pueda ser hecho por la turbina son desgaste excesivo sobre las hojas de la turbina. Mediante el angostamiento del vapor corriente arriba de la sección 16' de turbina, la línea de expansión se mueve dentro de una región de menos contenido de humedad.
La presión de la segunda etapa es admitida dentro del tubo 30' transversal desde el escape de la sección de
turbina IP hasta la entrada de la sección de turbina LP. Para reducir adicionalmente el contenido de humedad en la sección de turbina LP en la realización ejemplar preferida ilustrada en la figura 3B, la planta 50 de ciclo combinado está diseñada con una temperatura de vapor secundario aproximadamente 100°F más alta que la temperatura del vapor cruzado en el tubo 30' transversal (es decir, el escape de la sección 16' de turbina IP) . Después de que se admite el vapor secundario, se incrementa la temperatura en la entrada de la sección de turbina LP, lo cual reduce adicionalmente el contenido de humedad en el escape de la sección de turbina LP.
En la planta 50 de ciclo combinado, el vapor transversal, combinado con el vapor secundario, pasa a través de las varias etapas de la sección 18' de turbina LP. Finalmente, el vapor es suministrado desde el escape de la sección 18' de turbina LP al condensador 22' en donde, condensado el líquido, pasa de regreso al generador 56 de vapor de recuperación de calor, en donde otra vez se evapora en un vapor principal (y vapor secundario) y se suministra a las varias secciones de turbina, completando el ciclo de vapor. Con referencia a la figura 4, el cambio y condiciones de operación del sistema de turbina de vapor que resulta de
la realización ejemplar de una conversión de la planta 10 de recalentamiento ala planta 50 de ciclo combinado (como se muestra en las figuras 3A y 3B) . Se ilustra por el corrimiento de las lineas de expansión en el diagrama de Mollier. Las líneas 100a y 100b reflejan la operación de la planta 10 de recalentamiento. La línea 100a es la línea de expansión para el flujo de vapor a través de la sección 14 de turbina HP; la línea 100b es la línea de expansión para flujo de vapor a través de la sección 16 de turbina IP (después de que el vapor es recalentado) y a través de la sección 18 de turbina LP. La línea 101 refleja la operación de una planta de ciclo combinado sin recalentamiento sin sistema 58 de compensación o la introducción de vapor secundario.
Las líneas 102a, 102b, 102c, 102d y 102e reflejan la operación de la planta 50 de ciclo combinado con el sistema 58 de compensación y la introducción del vapor secundario. La línea 102a sigue a lo largo de la porción superior de la línea 101, a línea de expansión para el flujo de vapor a través de a sección 14' de turbina HP, la cual queda sin afectar por el sistema 58 de compensación o la introducción de vapor secundario. La línea 102b demuestra el efecto del sistema 58 de compensación, bajando la presión de 400 psi en el escape de la sección de turbina HP a 250 psi a
la entrada de la sección de turbina IP. La línea 102c es la línea de expansión para el flujo de vapor a través de la sección 16' de turbina IP; la línea 102d demuestra el efecto de la introducción de una corriente secundario a más alta temperatura dentro del tubo 30' transversal a la entrada de la sección de turbina LP y la línea 102e es la línea de expansión para el flujo de vapor a través de la sección 18' de turbina LP.
Como se muestra por las líneas de expansión en la figura 4, el vapor de escape en la sección de turbina LP en el ciclo de recalentamiento de la planta 10 de recalentamiento, tuvo un contenido de humedad del 5.3%. El contenido de humedad del vapor de escape de la sección de turbina LP en un ciclo sin recalentamiento sin sistema 58 de compensación y sin la introducción de vapor secundario se incrementará hasta 9.3%. Sin embargo, con el sistema 58 de compensación y un suministro de vapor secundario mayor que 100°F dentro del vapor cruzado, el contenido de humedad del vapor en la planta 50 de ciclo combinado solamente se incrementará de 5.3% a 6.3% en comparación con la planta 10 de recalentamiento, ésto se muestra en la figura 4, cuando la instalación del sistema 58 compensador en la planta 50 de ciclo combinado mueve la operación del ciclo de vapor sin
recalentamiento de la lÁnea 101 hacia la derecha, a lo largo de las lÁneas 102b, 102c, 102d y 102e. Por lo tanto, el efecto 58 de compensaciÁn es para reducir el contenido de humedad en la Éltima etapa de la secciÁn 18' de turbina LP y por lo tanto reducir a un mínimo la erosión de gota en las hojas de turbina.
La línea 102b para la planta 50 de ciclo combinado sobre el diagrama de Mollier de la figura 4, muestra una caída de presión máxima del escape de la sección de turbina
HP y la entrada de la turbina IP de 400 psi a 250 psi en una realización. La caída de presión máxima y el incremento correspondiente en la temperatura del escape de la sección de turbina HP depende de la realización particular y se puede optimizar para cada aplicación específica. Esto se hace mediante el dimensionamiento apropiado de los sistemas de tubería 60 y 62 en base a la necesidad de proteger las hojas de la sección 14' de turbina HP (es decir, la caída de presión máxima) y en base a reducir al mínimo el contenido de humedad en la sección 16' de turbina LP.
Otras substituciones, modificaciones, cambios y omisiones se pueden hacer en el diseño, en las condiciones de operación y en la disposición de las realizaciones preferidas
sin alejarse del espíritu de la invención como se ha expresado en las cláusulas anexadas.
Claims (13)
1.- Un método para convertir una planta de energía de turbina de vapor con ciclo de regeneración térmica que incluye una caldera y una turbina de vapor de un tipo que comprende una pluralidad de secciones de turbina que incluyen cuando menos una primera sección de turbina y una segunda sección de turbina, la turbina recibe el vapor bajo presión y expande sucesivamente el vapor a través de las secciones de turbina resultando una caída de presión total a través de la turbina, a una planta de energía de ciclo combinado sin recalentamiento, el método comprende las etapas de : a) reemplazar la caldera con un generador de vapor de recuperación de calor que comprende una primera sección y una segunda sección en donde el vapor principal se produce en la primera sección y el vapor secundario se produce en la segunda sección, la primera sección y la segunda sección cada una está configurada para producir vapor a una presión y temperatura diferentes; y b) instalar un sistema de compensación para permitir el ajuste de la caída de presión entre el escape de la primera sección de turbina y la entrada de la segunda sección de turbina.
2.- Método según la cláusula 1, que comprende además la etapa de instalar un sistema de alimentación de vapor secundario que proporcione vapor secundario del generador de vapor de recuperación de calor a una entrada de una sección de turbina final con el fin de incrementar la temperatura de vapor total en la entrada de la sección de turbina final.
3.- Método según la cláusula 1, que comprende además la etapa de instalar un sistema con turbina de gas para permitir la operación de ciclo combinado de la planta.
4. - Un aparato para generar un vapor principal y un vapor secundario en una planta de energía de ciclo combinado sin recalentamiento de un tipo que incluye una pluralidad de secciones de turbina, el aparato comprende un generador de vapor de recuperación de calor.
5.- Aparato según la cláusula 4, que comprende además una primera sección dentro del generador de vapor de recuperación del calor, en donde se produce el vapor principal y una segunda sección dentro del generador de vapor de recuperación de calor en donde se produce el vapor secundario; la primera sección y la segunda sección del generador cada una está configurada para producir simultáneamente vapor a una presión y temperatura diferentes.
6.- Aparato según la cláusula 4, que comprende además un conducto de fluido para suministrar vapor secundario de la segunda sección del generador de vapor de recuperación de calor a una entrada de una sección de turbina final.
7.- Un método para operar una planta de energía de ciclo combinado sin recalentamiento que incluye una caldera y una turbina de vapor del tipo que incluye una pluralidad de secciones de turbina que comprende cuando menos una primera sección de turbina y una segunda sección de turbina, la turbina recibe vapor bajo presión y expande sucesivamente el vapor a través de las secciones de turbina resultando una caída de presión total a través de la turbina; el método comprende la etapa de ajustar la caída de presión entre un escape de la primera sección de turbina y una entrada de la segunda sección de turbina.
8.- Método según la cláusula 7, que comprende además la etapa de suministrar vapor secundario a una entrada de una sección de turbina final con el fin de incrementar la temperatura del vapor total a la entrada de la sección de turbina final.
9.- Un sistema de compensación para una turbina de vapor de un tipo que incluye una pluralidad de secciones de turbina que comprende cuando menos una primera sección de turbina y una segunda sección de turbina, la turbina recibe vapor bajo presión y expande sucesivamente el vapor a través de las secciones de turbina resultando una caída de presión total a través de la turbina, el sistema de compensación comprende : a) un primer conducto de fluido acoplado por un primer extremo a un escape de la primera sección de turbina y por un segundo extremo a una entrada de la segunda sección de turbina; b) un segundo conducto de fluido acoplado al primer conducto de fluido formando una derivación entre el primer extremo y el segundo extremo del primer conducto de fluido; y c) un regulador de presión acoplado al segundo conducto de fluido, este regulador de presión es ajustable para ajustar selectiva, ente una porción de la caída de presión total entre la salida de la primera sección de turbina y la entrada de la segunda sección de turbina.
10.- Sistema compensador según la cláusula 9, en donde el regulador de presión es una válvula.
11.- Un sistema compensador para una turbina de vapor de un tipo que incluye una pluralidad de secciones de turbina que comprende cuando menos una primera sección de turbina y una segunda sección de turbina, la turbina recibe vapor bajo presión y expande sucesivamente el vapor a través de las secciones de turbina resultando una caída de presión total a través de la turbina, el sistema de compensación comprende medios de ajuste para ajustar selectivamente una porción de la caída de presión total entre una salida de la primera sección de turbina y una entrada de la segunda sección de turbina.
12. - Sistema compensador según la cláusula 11, en donde los medios de ajuste comprenden : a) un conducto de fluido que tiene un primer extremo conectado a la salida de la primera sección de turbina y un segundo extremo conectado a la entrada de la segunda sección de turbina; y b) un regulador de presión acoplado entre dos extremos primero y segundo y el conducto de fluido para regular la caída de presión entre la salida de la primera sección de turbina y la entrada de la segunda sección de turbina.
13.- Sistema compensador según la cláusula 11, en donde el regulador de presión es una válvula. R E S U M E N Se describe un método y aparato para convertir una planta de turbina de vapor de recalentamiento a una planta de ciclo combinado sin recalentamiento y que no requiere modificación interna de la unidad de turbina de vapor. Una planta de energía de turbina de vapor con ciclo de regeneración térmica con una caldera y una turbina de vapor con una pluralidad de secciones de turbina, que reciben vapor bajo presión y expanden sucesivamente el vapor a través de las secciones de turbina, se convierte a una planta de ciclo combinado sin recalentamiento, reemplazando la caldera con un generador de vapor de recuperación de calor de presión dual capaz de producir vapor principal y vapor secundario a temperatura y presión diferenciales y mediante la instalación de un sistema compensador para permitir el ajuste de la caída de presión entre el escape o salida de la primera sección de turbina y la entrada de la segunda sección de turbina para impedir daño a las hojas de la turbina. La planta de ciclo sin recalentamiento también puede ser operada con vapor secundario suministrado a la entrada de la sección de turbina final para reducir el contenido de humedad del vapor con lo cual se impide el desgaste excesivo de las hojas de turbina.
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