MXPA98009500A - Instalacion de turbina de gas y de vapor, asi como procedimiento para su operacion - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una instalación de turbina de gas y de vapor, que comprende:una turbina de gas que tiene un lado del gas de escape;una turbina de vapor que tiene un circuito de agua-vapor, una parte de presión alta, una parte de presión-media y una parte de presión-baja;un generador de vapor de calor sobrante colocado corriente debajo de dicha turbina de gas sobre dicho lado del gas de escape y que tiene superficies de calentamiento conectadas en dicho circuito de agua-vapor de dicha turbina de vapor;y un intercambiador de calor colocado fuera del generador de vapor de calor sobrante y que tiene un lado primario conectado entre dicha parte de presión alta y dicha parte de presión-media de dicha turbina de vapor y un lado secundario conectado entre la parte de presión-media y dicha parte de presión-baja de dicha turbina de vapor.

Description

INSTALACIÓN DE TURBINA DE GAS Y DE VAPOR, ASI COMO PROCEDIMIENTO PARA SU OPERACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una instalación de turbina de gas y de vapor con un generados de vapor de calor de escape conectado después de la turbina de gas en el lado del gas de escape, cuyas superficies de calefacción están incluidas en la circulación de agua-vapor de la turbina de vapor, la cual presenta una parte de presión alta y una parte de presión media, asi como una parte de presión baja. También se refiere a una instalación operada según este procedimiento .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En una instalación de turbina de gas y de vapor, el calor contenido en el medio de trabajo sin presión de la turbina de gas, se aprovecha para generar vapor para la turbina de vapor. La transferencia de calor se efectúa mediante un número de superficies de calefacción, las cuales están dispuestas en forma de tubos o conjuntos de tubos en un generador de vapor de calor de escape conectado después de la turbina de gas del lado del gas de escape. Dichos tubos están a su vez incluidos en la circulación de agua-vapor de la turbina de vapor. La circulación de agua-vapor incluye varios niveles de presión, por ejemplo, dos o tres, presentando cada nivel de presión como superficies de calefacción un precalentador y un evaporador, asi como un sobrecalentador . Para lograr un grado de eficiencia lo más alto posible de la instalación en la transferencia de calor, la disposición de las superficies de calefacción dentro del generador de vapor de calor de escape está ajustada al desarrollo de temperatura del gas de escape de la turbina de gas. En un proceso de tres presiones con sobrecalentamiento intermedio, el llamado proceso de tres presiones-SI, con una potencia de turbina de gas dada, se logra una potencia de turbina de vapor particularmente alta y con ello, un grado de eficiencia total particularmente alto de la instalación. Una instalación de turbina de gas y de vapor que trabaja según el proceso de tres presiones-SI, se conoce por la Patente Europea EP 0 436 536 Bl y también por la Patente Alemana DE 44 34 526 Cl. Pero también en estas instalaciones conocidas, el grado de eficiencia total está limitado respectivamente a alrededor de 55%.

OBJETIVOS Y VENTAJAS DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, la invención se basa en el objetivo de desarrollar una instalación de turbina de gas y de vapor, asi como un procedimiento adecuado para su operación, de tal manera que incrementando el aprovechamiento del contenido térmico en el gas de escape de la turbina de gas, se logre un incremento del grado de eficiencia de la instalación. Con respecto a la instalación, este objetivo se logra mediante un intercambiador dispuesto fuera del generador de vapor de calor de escape, el cual está conectado del lado primario entre la parte de alta presión y la parte de presión media, y del lado secundario entre la parte de presión media y la parte de presión baja de la turbina de vapor. La invención parte de la idea de que para un calentamiento o un sobrecalentamiento intermedio del vapor de baja presión que fluye hacia la parte de presión baja de la turbina de vapor, en lugar de una toma directa de calor, se puede efectuar una toma indirecta del gas de combustión, en donde se emplea vapor de escape de la turbina de vapor con una temperatura adecuada. Ha resultado particularmente adecuado vapor de presión media, de la parte de alta presión de la turbina de vapor, debido a la diferencia de temperatura especialmente favorable con respecto al vapor de presión baja. El vapor de presión media enfriado en el intercambiador de calor en el intercambio de calor indirecto, se calienta de preferencia en dos niveles a la temperatura nominal. Por ello, el intercambiador está conectado convenientemente por el lado primario a través de dos superficies de calentamiento de sobrecalentamiento conectadas después de la parte de alta presión de la turbina de vapor y dispuestas sucesivamente en el generador de vapor de calor de escape en dirección de flujo del gas de escape de la turbina de gas, a la entrada de la parte de presión media de la turbina de vapor. En el generador de vapor de calor de escape, el vapor de presión media generado en una superficie de calefacción de evaporador, de preferencia se mezcla con el vapor de presión media enfriado en el intercambiador de calor, antes de que ambos flujos de vapor se sobrecalienten en el generador de vapor de calor de escape. Para ello se dispone ventajosamente una superficie de calentamiento de evaporador en el generador de vapor de calor de escape, conectada del lado de la salida con la salida del lado primario del intercambiador de calor. Convenientemente, cada nivel de la circulación de agua-vapor incluye una superficie de calentamiento de evaporador y cuando menos una superficie de calentamiento de sobrecalentador, previéndose convenientemente de manera adicional una superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio entre la parte de alta presión y la parte de presión media de la turbina de vapor.

En lo que respecta al procedimiento para operar una instalación de turbina de gas y de vapor, en donde en el medio de trabajo sin presión, el calor obtenido de la turbina de gas se aprovecha para generar vapor para la turbina de vapor ' conectada en una circulación de agua-vapor constituida por tres niveles de presión, evaporándose y sobrecalentándose el agua de suministro que fluye en la circulación de agua- vapor, en superficies de calentamiento dispuestas en el generador de vapor de calor de escape, el objetivo citado se logra de conformidad con la invención, cuando el vapor de presión baja que fluye hacia la parte de presión baja de la turbina de vapor se calienta por intercambio térmico indirecto con el vapor de presión media que fluye desde la parte de presión alta de la turbina de vapor. Las ventajas logradas con la invención consisten particularmente en que al emplear un intercambiador de calor fuera del generador de vapor de calor de escape para el calentamiento de vapor de presión baja por intercambio térmico indirecto con vapor de presión media, se logra de manera particularmente sencilla y sin dispositivos reguladores adicionales, una temperatura especialmente alta del vapor de presión baja. Esto lleva a un grado de eficiencia total particularmente alto de la instalación. La operación está especialmente simplificada y la confiabilidad de la instalación total se incrementa. Para hacer posibles lineas de tubería particularmente cortas y bajas pérdidas de presión, el intercambiador de calor ventajosamente está dispuesto en la zona de la turbina de vapor, es decir, cerca de ella.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Un ejemplo de realización de la invención se ilustra más detalladamente con la ayuda de un dibujo. La Figura muestra esquemáticamente una instalación de turbina de gas y de vapor con un intercambiador de calor separado para el calentamiento del vapor de presión baja.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La instalación de turbina de gas y de vapor según la Figura incluye una turbina de gas 2 y una turbina de vapor 4, asó como un generador de vapor de calor de escape 6 por donde fluye gas de escape AG de la turbina de gas 2. La turbina de vapor 4 incluye una parte de alta presión 4a y una parte de presión media 4b, asi como una parte de presión baja 4c. El generador de vapor de calor de escape 6 sirve para generar vapor, estando conectadas sus superficies de calentamiento en la circulación de agua-vapor 8 de la turbina de vapor 4. Para ello, el generador de vapor de calor de escape 6 presenta un precalentador de condensado 10 conectado a una linea de condensado 10, que está conectado del lado de la entrada, a través de una bomba de condensado 14, con un condensador 16 que viene después de la turbina de vapor 4. El precalentador de condensado 12 está conectado del lado de la salida, a través de una bomba de circulación 18, con su entrada. Además, está conectado del lado de la salida, a través de una linea de agua de suministro 20, con un contenedor de agua de suministro 22. El contenedor de agua de suministro 22 está conectado del lado de la salida, a través de una linea de agua de suministro 24, adonde está conectada una bomba 26, con un tambor de presión baja 28. A éste, a través de una bomba de circulación 30, está conectada una superficie de calentamiento de evaporador 32. El tambor de presión baja 28 está conectado del lado del vapor con una superficie de calentamiento de sobrecalentador 34, la cual a través de una linea de vapor 36 está conectada a una linea de sobreflujo 38 de la parte de presión media 4b a la parte de presión baja 4c de la turbina de vapor 4. El tambor de presión baja 28 y la superficie de calentamiento de evaporador 32 forman junto con la superficie de calentamiento de sobrecalentador 34 y la parte de presión baja 4c, un nivel de presión baja de la circulación de agua-vapor 8.

El contenedor de agua de suministro 22 está conectado del lado de la salida, además, a través de una linea de agua de suministro 40, a la que está conectada una bomba 42, con un primer precalentador de alta presión o economizador 44, el cual, a través de una linea de conexión 46, está conectado con la entrada de un segundo precalentador de alta presión o economizador 48. La bomba 42, y con ello la linea de agua de suministro 40, también puede estar conectada de manera no mostrada en detalle, del lado de la presión de la bomba 26 a la linea de agua de suministro 24. También se puede prever otro economizador como precalentador de presión media, el cual después, de manera no mostrada en detalle, está dispuesto convenientemente dentro del generador de vapor de calor de escape 6 en la zona del primer precalentador de alta presión 44. A la linea de conexión 46, a través de una linea 50, está conectado un tambor de presión media 52, al cual, a su vez, a través de una bomba de circulación 54, está conectada un superficie de calentamiento de evaporador 56. El tambor de presión media 52 está conectado del lado del vapor con una primera superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio 57, la cual está conectada del lado de salida con una segunda superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio 58. Ésta está conectada del lado de salida con la entrada de la parte de presión media 4b de la turbina de vapor 4. El tambor de presión media 52 y la superficie de calentamiento de evaporador 56, asi como ambas superficies de calentamiento de sobrecalentador intermedio 57 y 58, forman junto con la parte de presión media 4b de la turbina de vapor 4, un nivel de presión media de la circulación de agua-vapor 8. El segundo precalentador de alta presión 48 está conectado del lado de la salida, a través de una linea de conexión 60, con un tambor de alta presión 62, al cual, a través de una bomba de circulación 64, está conectada una superficie de calentamiento de evaporador 66. El tambor de alta presión 62 está conectado del lado del vapor, a través de una superficie de calentamiento de sobrecalentador 68, con la entrada de la parte de alta presión 4a de la turbina de vapor 4. El precalentador de alta presión 44, 48 y el tambor de alta presión 62, asi como la superficie de calentamiento de evaporador 66 y la superficie de calentamiento de sobrecalentador 68, forman junto con la parte de alta presión 4a de la turbina de vapor 4, un nivel de alta presión de la circulación de agua-vapor 8. A la linea de sobreflujo 38 entre la parte de presión media 4b y la parte de presión baja 4c de la turbina de vapor 4, está conectado el lado secundario de un intercambiador de calor 70. Del lado primario, el intercambiador de calor 70 está conectado del lado de entrada con una salida 72 de la parte de alta presión 4b de la turbina de vapor 4. La salida del lado primario 74 del intercambiador de calor 70, está conectada a través de una linea de vapor 76, con la entrada de la superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio 57 del nivel de presión media. Al operar la instalación de turbina de gas y de vapor, al precalentador de condensado 12 se alimenta a través de la bomba 14 y la linea de condensado 10, el condensado K del condensador 16. El precalentador de condensado 12 se puede derivar total o parcialmente. El condensado K se calienta en el precalentador de condensado 12 y para ello se hace circular al menos parcialmente por la bomba de circulación 18. El condensado K calentado se lleva a través de la linea 20 al contenedor de agua de suministro 22. Ahi, de manera no mostrada en detalle, tiene lugar un calentamiento del agua de suministro mediante vapor de toma de la turbina de vapor 4 o de la linea de vapor de presión baja 36, asi como convenientemente una desgasificación del condensado K. El agua de suministro S calentada se lleva por un lado al tambor de presión baja 28, y por el otro, a través del primer precalentador de alta presión 44, al tambor de presión media 52, asi como a través del segundo precalentador de alta presión 48, al tambor de alta presión 62. El agua de suministro S que se abastece al nivel de presión baja, se evapora en la superficie de calentamiento de evaporador 32 a baja presión, alimentándose el vapor de presión baja ND separado del tambor de presión baja 28 a la superficie de calentamiento de sobrecalentador 34. El vapor de presión baja ND sobrecalentado ahi se lleva detrás del intercambiador de calor 70, es decir, en su lado de flujo de escape del lado secundario, a la linea de sobreflujo 38. Igualmente, el agua de suministro S abastecida al tambor de presión media 52, se evapora en la superficie de calentamiento de evaporador 56. El vapor separado en el tambor de presión media 52 y bajo presión media, se hace pasar como vapor de presión media MD a través de la superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio 57 y la superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio 58. El vapor de presión media MD separado en el tambor de presión media 52 se raezcla antes de la superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio 57 con vapor de presión media MD del intercambiador de calor 70. El vapor de presión media MD calentado asi en dos niveles, se alimenta a la parte de presión media 4b de la turbina de vapor 4. De manera análoga, el agua de suministro S precalentada en el precalentador de alta presión 48 se evapora en la superficie de calentamiento de evaporador 66 bajo alta presión. El vapor de alta presión HD separado en el tambor de alta presión 64, se sobrecalienta en la superficie de calentamiento de sobrecalentador 68 y se alimenta en estado sobrecalentado a la parte de alta presión 4a de la turbina de vapor 4. El vapor descomprimido en la parte de alta presión 4a, se hace pasar como vapor de presión media MD, a través del lado primario del intercambiador de calor 70 y a continuación, se alimenta junto con el vapor de presión media MD del tambor de presión media 52, en estado sobrecalentado, a la parte de presión media 4b de la turbina de vapor 4. El vapor descomprimido en la parte de presión media 4b de la turbina de vapor 4, el cual está bajo poca presión, se hace pasar como vapor de presión baja ND a través de la linea de sobreflujo 38 y en el intercambiador de calor 70 se sobrecalienta por intercambio térmico indirecto con el vapor de presión media MD que sale de la parte de alta presión 4a. El vapor de presión media MD presenta dependiendo de la presión y la temperatura del vapor fresco o de alta presión HD, asi como dependiendo del desarrollo de la expansión en la parte de alta presión 4a, una temperatura Tp de aproximadamente 350 a 400°C. El vapor de presión baja ND de la parte de presión media 4b sale de la turbina de vapor 4 dependiendo de la presión elegida, con una temperatura Ts de aproximadamente 200 a 250°C. De esta manera, en el intercambiador de calor 70 se logra un calentamiento de 1 vapor de presión baja ND de alrededor de 100°C. El vapor de presión baja ND calentado de esta manera, con una temperatura T de aproximadamente 300 a 350°C se alimenta junto con el vapor de baja presión ND que sale del tambor de presión baja 28 a la parte de presión baja 4c de la turbina de vapor. El vapor de presión baja ND descomprimido en dicho lugar se lleva al condensador 16 para la condensación. Mediante la conexión del intercambiador de calor 70 entre la parte de presión media 4b y la parte de presión baja 4c de la turbina de vapor 4 para el sobrecalentamiento del vapor de presión baja ND que llega a la parte de presión baja 4c, mediante el vapor de presión media MD que sale de la parte de alta presión 4a de la turbina de vapor 4, se logra un grado de eficiencia total particularmente alto de la instalación, que se expresa en una alta potencia de sujeción que se puede accesar en un generador de turbinas de vapor 76. El vapor de presión baja ND del tambor de presión baja 28 se puede mezclar con el vapor de presión baja ND de la parte de presión media 4b, de manera no mostrada en detalle, también antes del intercambiador de calor 70, calentándose después en el intercambiador de calor 70 la mezcla, es decir, el vapor de presión baja ND total generado.

Claims (8)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la invención que antecede, se considera una novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Una instalación de turbina de gas y de vapor con un generador de vapor de calor de escape conectado del lado del gas de escape después de la turbina de gas, cuyas superficies de calentamiento están conectadas a la circulación de agua-vapor de la turbina de vapor, la cual presenta una parte de presión alta y una parte de presión media, asi como una parte de presión baja, caracterizada por un intercambiador de calor dispuesto fuera del generador de vapor de calor de escape, el cual está conectado del lado primario entre la parte de alta presión y la parte de presión media de la turbina de vapor, y del lado secundario, entre la parte de presión media y la parte de presión baja de la turbina de vapor.

2. Una instalación de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizada porque el intercambiador de calor está conectado del lado primario, a través de al menos una superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio que viene después de la parte de presión alta, a la entrada de la parte de presión media.

3. Una instalación de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque una superficie de calentamiento de evaporador dispuesta en el generador de vapor de calor de escape, está conectada del lado de salida con la salida del lado primario del intercambiador de calor.

4. Una instalación de conformidad con lo reclamado en una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la circulación de agua-vapor consta de tres niveles de presión, presentando cada nivel una superficie de calentamiento de evaporador y cuando menos una superficie de calentamiento de sobrecalentador, estando conectada entre la parte de alta presión y la parte de presión media de la turbina de vapor, al menos una superficie de calentamiento de sobrecalentador intermedio.

5. Un procedimiento para operar una instalación de turbina de gas y de vapor con las propiedades de conformidad con lo reclamado en una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que en el medio de trabajo sin presión, el calor obtenido de la turbina de gas se aprovecha para generar vapor para la turbina de vapor conectada en una circulación de agua-vapor conformada por tres niveles de presión, ' evaporándose y sobrecalentándose el agua de suministro que ingresa a la circulación de agua-vapor, en las superficies de calentamiento dispuestas en el generador de vapor de calor de escape, caracterizado porque el vapor de baja presión que ingresa a la parte de presión baja de la turbina de vapor, se calienta por intercambio de calor indirecto con al vapor de presión media que sale de la parte de alta presión de la turbina de vapor.

6. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 5. caracterizado porque el vapor de presión media enfriado con el intercambio de calor indirecta, se sobrecalienta en el generador de vapor de calor de escape y a continuación, se alimenta a la turbina de vapor .

7. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 6, caracterizado porque el vapor de presión media generado en el generador de vapor de calor de escape, se sobrecalienta con el vapor de presión media enfriado en el generador de vapor de calor de escape.

8. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el vapor de presión baja generado en el generador de vapor de calor de escape se mezcla con el vapor de presión baja calentado por intercambio de calor indirecto.