ES2094536T5 - Procedimiento y dispositivo para el ajuste de la temperatura de gas de combustion a la salida de un generador de vapor. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para el ajuste de la temperatura de gas de combustion a la salida de un generador de vapor.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO Y UN DISPOSITIVO PARA LA REGULACION DE LA TEMPERATURA (T) DE GAS DE COMBUSTION EN LA SALIDA DE UN GENERADOR (1) DE VAPOR CON UNA SUPERFICIE (5) DE CALENTAMIENTO PARA LA TRANSMISION DEL VAPOR A PARTIR DEL GAS (R) DE COMBUSTION AL AGUA (S) SUMINISTRADA. PARA PREVENIR QUE LA TEMPERATURA DEL GAS DE COMBUSTION NO CAIGA POR DEBAJO DE UN VALOR (TS) DE AJUSTE CUANDO ENTRA A UNA INSTALACION (7) DE LIMPIEZA, LA SUPERFICIE (5) DE CALENTAMIENTO UTILIZADA MEDIANTE EL FLUJO DE AGUA (S) SUMINISTRADA SE MODIFICA CUANDO CAMBIA LA TEMPERATURA (TI) DEL GAS DE COMBUSTION.
Description
Procedimiento y dispositivo para el ajuste de la
temperatura de gas de combustión a la salida de un generador de
vapor.
La invención se refiere a un procedimiento y un
dispositivo para el ajuste de la temperatura de gas de combustión a
la salida de un generador de vapor introducido en una instalación
de pirólisis, que presenta una superficie de calefacción útil para
la transmisión de calor entre el gas de combustión y el agua de
alimentación, y aguas abajo de la cual está conectada, del lado
del gas de combustión, una instalación de purificación.
En un generador de vapor de tal naturaleza se
genera vapor, por ejemplo para una turbina de vapor, mediante
intercambio térmico indirecto entre gas de combustión caliente y
agua de alimentación, que se conduce en un circuito de
agua-vapor. El gas de combustión se genera mediante
combustión de un combustible fósil en una cámara de combustión de
la instalación de pirólisis (PE-PS 0 340 537). El
agua de alimentación circula dentro del generador de vapor, a lo
largo de una superficie de calefacción configurada habitualmente en
forma de tubos o de haces de tubos, y en este caso absorbe calor del
gas de combustión. El gas de combustión enfriado se purifica en
primer lugar a la salida del generador de vapor, y a continuación
se emite al ambiente a través de una chimenea.
En el caso de una purificación en húmedo del gas
de combustión, el líquido de lavado mezclado con los productos de
reacción se evapora por medio del gas de combustión que abandona el
generador de vapor, separándose los productos desecados de la
reacción. Para evitar depósitos molestos en la instalación de
purificación, la temperatura del gas de combustión a la entrada de
la instalación de purificación no debe sobrepasar un valor
predeterminado. En este caso se oponen dos hechos con respecto a la
temperatura del gas de combustión a la salida del generador de
vapor: mientras que el rendimiento del generador de vapor aumenta
con descenso de la temperatura del gas de combustión, el peligro de
un fallo en el funcionamiento de la instalación de purificación
aumenta simultáneamente. Por lo tanto, en el caso de funcionamiento
de plena carga la temperatura del gas de combustión a la salida del
generador de vapor se mantiene lo mas reducida posible por encima
de la temperatura de gas de combustión mínima permitida para la
instalación de purificación. Sin embargo, en el caso de
funcionamiento de carga parcial desciende la temperatura del gas de
combustión, de modo que sin medidas especiales existe el peligro de
un fallo en el funcionamiento en la instalación de purificación.
Por lo tanto es necesario, en especial en el caso de funcionamiento
de carga parcial, ajustar o regular la temperatura del gas de
combustión a la salida del generador de vapor.
A tal efecto, en un procedimiento conocido se
quema el combustible con un exceso elevado de aire, de modo que la
transmisión de calor se desplaza en la corriente de convección del
generador de vapor, y la temperatura del gas de combustión asciende
a la salida del generador de vapor. En este caso es desventajosa la
pérdida de calor útil debido a la corriente volumétrica elevada de
gas de combustión.
En otro procedimiento una parte del gas caliente
de combustión se mezcla con el gas de combustión enfriado evitando
la superficie de calentamiento a la salida del generador de vapor,
de modo que se puede cumplir una temperatura predeterminada de gas
de combustión. En este caso es desventajosa la preparación de un
desvío voluminoso de gas de combustión. Además es extremadamente
difícil una regulación de la temperatura debido a las madejas que
se forman en la mezcla.
En un procedimiento aplicado frecuentemente, en
especial en el caso de funcionamiento de carga parcial, el agua de
alimentación se precalienta antes de la entrada en el generador de
vapor mediante intercambio térmico indirecto con vapor, que es
extraído del circuito de agua-vapor de la turbina de
vapor. Sin embargo, esto conduce a que el rendimiento total sea
solamente limitado.
Por lo tanto, la invención toma como base la
tarea de indicar un procedimiento especialmente sencillo para el
ajuste de la temperatura del gas de combustión. El procedimiento
debe ser apropiado en especial para la regulación, en la que se
evita de modo seguro una reducción por debajo de un valor mínimo de
la temperatura del gas de combustión a la salida del generador de
vapor, que es simultáneamente entrada de una instalación de
purificación. Adicionalmente se debe indicar un dispositivo lo más
sencillo posible con el que sea alcanzable un rendimiento total
elevado.
Con respecto al procedimiento, según la invención
se soluciona este problema modificándose, en dependencia de la
temperatura del gas de combustión, la superficie de calefacción
utilizada respectivamente de modo eficaz para la transmisión de
calor, a conectándose o desconectándose, en el caso de una
desviación de la temperatura del gas de combustión de un valor
teórico situado por encima de la temperatura de gas de combustión
mínima permitida para la purificación del gas de combustión, en el
sentido de la corriente del agua de alimentación, secciones de
superficie de calefacción dispuestas en serie.
En este caso, al reducirse la temperatura del gas
de combustión, en especial en el caso de funcionamiento de carga
parcial, en el agua de alimentación que circula en sentido
contrario a la corriente de gas de combustión, en primer lugar se
desconecta convenientemente la sección de superficie de calefacción
de situación más próxima a la salida del generador de vapor. Con
reducción creciente de la temperatura del gas de combustión se
desconectan sucesivamente otras secciones en sentido contrario al
sentido de circulación del gas de combustión. En el caso de
temperatura de gas de combustión de nuevo creciente, éstas se
pueden conectar sucesivamente en orden inverso.
Con respecto al dispositivo, según la invención
se soluciona el problema siendo controlable la superficie de
calefacción utilizada por el agua de alimentación circulante en
dependencia de la temperatura del gas de combustión, comprendiendo
la superficie de calefacción un número de secciones aisladas
conectadas adicionalmente o desconectadas, que están dispuestas en
serie en sentido de la corriente de gas de combustión, y son
circulables sucesivamente en sentido opuesto por el agua de
alimentación.
En este caso cada sección puede estar unida a un
elemento de regulación lateralmente a la entrada. Además cada
sección puede presentar convenientemente a la entrada un colector
de entrada para la recogida de agua de alimentación.
El dispositivo comprende ventajosamente un
regulador, unido lateralmente a la salida con al menos un elemento
de ajuste, cuya magnitud de entrada es el valor real de temperatura
del gas de combustión.
Los ejemplos de ejecución de la invención se
explican mas detalladamente por medio de un dibujo; en este
dibujo:
la figura 1 muestra, esquemáticamente, un
generador de vapor con cámara de combustión conectada aguas arriba
e instalación de purificación conectada aguas abajo, y
la figura 2 muestra una sección II de la figura 1
a mayor escala, con secciones aisladas de una superficie de
calefacción, conectables adicionalmente o desconectables.
Piezas que se corresponden recíprocamente están
provistas en ambas figuras con los mismos signos de referencia.
El generador de vapor 1 representado en la figura
1 es, por ejemplo, parte de una instalación de pirólisis no
mostrada mas detalladamente. Este comprende una cámara de
combustión 2, que está conectada a una caldera recuperadora 4 a
través de una corriente de gas de combustión 3. Dentro de la
caldera recuperadora 4 están dispuestas superficies de calefacción
5 en forma de tubos o haces de tubos, por ejemplo suspendidos.
El generador de vapor 1 está conectado
lateralmente a la salida a una instalación de purificación 7 a
través de un conducto de gas de combustión 6. La instalación de
purificación 7 comprende un secador de pulverización 8, aguas abajo
del cual están conectados un separador 9, por ejemplo un filtro
electrónico, y un depurador húmedo 10. El depurador húmedo 10 está
unido al secador de pulverización a través de un conducto 11. El
conducto de gas de combustión 6 desemboca tras la instalación de
purificación 7 en una chimenea 12.
A la salida del generador de vapor 1 está
previsto un sensor de temperatura 1 que está unido a un regulador
14. El regulador 14 está unido lateralmente a la salida con un
número de elementos de ajuste en forma de válvulas 15a, 15b, 15c
(figura 2), designados en conjunto con 15. Como se explica mas
detalladamente a continuación, por medio de los elementos de
regulación 15 se influye sobre la distribución del agua de
alimentación S, que entra en el generador de vapor 1 a través de un
conducto 30, en una superficie de calefacción economizadora, que
sirve para el precalentamiento del agua de alimentación S.
En el funcionamiento del generador de vapor 1, el
gas de combustión R generado en la cámara de combustión 2 se conduce
a lo largo de las flechas representadas a través del generador de
vapor 1. En este caso se transmite calor del gas de combustión
caliente R a través de las superficies de calefacción 5 al agua de
alimentación S que circula en un circuito de
agua-vapor de una turbina de vapor, no representado
mas detalladamente. El gas de combustión R enfriado que abandona el
generador de vapor 1 se purifica en la instalación de purificación
7. La temperatura del gas de combustión T^{i} a la salida del
generador de vapor 1 asciende aún en el caso de funcionamiento de
plena carga a aproximadamente 220ºC.
La purificación se efectúa dentro del depurador
húmedo 10 por medio de un líquido de lavado, que contiene
componentes alcalinos, por ejemplo hidróxido sódico. Los
componentes alcalinos forman esencialmente sales como productos de
reacción con las substancias ácidas contenidas en el gas de
combustión R, que contienen, por ejemplo, cloro. El líquido de
lavado se alimenta al secador de pulverización 8 junto con los
productos de reacción a través del conducto 11. En este se evapora
el líquido de lavado mediante contacto con el gas de combustión R.
Los productos de reacción desecados simultáneamente con la
evaporación, es decir, esencialmente las sales, se separan en el
filtro 9. El gas de combustión R se enfría en la instalación de
purificación 7 a una temperatura de aproximadamente 70ºC.
Como muestra la figura 2, cada superficie de
calefacción economizadora 5, que sirve para el calentamiento del
agua de alimentación S, está subdividida en un número de secciones
situadas en serie, preferentemente en tres secciones de 20 a 22.
Cada una de las secciones 20, 21 y 22 está unida tanto lateralmente
a la salida, como también lateralmente a la entrada, a un colector
23, 24, 25, o bien 26. Además cada una de las secciones 20 a 22
está unida a través del colector de entrada 23, 24, 25 a una de las
válvulas 15a, 15b, o bien 15c. Las válvulas 15a, 15b, 15c están
conectadas a un conducto común de agua de alimentación 30. El
colector 26 está unido de un modo no representado mas
detalladamente a las demás superficies de calentamiento 5 del
generador de vapor 1 a través de un conducto 31.
El agua de alimentación S se conduce en
contracorriente al sentido de la circulación del gas de combustión
R a través de haces de tubos 35 dispuestos en forma de meandro,
cuyas paredes forman la superficie de calefacción 5. En este caso se
enfría el gas de combustión R, estando abierta en primer lugar la
válvula 15a, y estando cerradas las válvulas 15b y 15c. Al
reducirse la temperatura del gas de combustión T_{i} a la salida
del generador de vapor 1, se reduce eficazmente la superficie de
calefacción utilizada para la transmisión de calor. A tal efecto se
abre en primer lugar la válvula 15b, y se cierra la válvula 15a.
Entonces la válvula 15c permanece cerrada adicionalmente. Si
continua descendiendo la temperatura del gas de combustión T_{i},
por ejemplo cuando en el caso de funcionamiento de carga parcial la
temperatura del gas de combustión T_{i} ha alcanzado precisamente
el valor aún permitido para una purificación del gas de combustión
exenta de averías, la válvula 15c se abre, y también la válvula 15b
se cierra. Entonces las secciones 20 y 21 de la superficie de
calentamiento 5 están desconectadas, y por lo tanto separadas del
circuito de agua-vapor. Respectivamente, en los
tubos 35 de las secciones 20 y 21, no recorridos, está detenida el
agua de alimentación 21. Ya que en las condiciones de presión
dominantes la temperatura de ebullición del agua es siempre mas
elevada que la temperatura del gas de combustión en esta zona de la
caldera recuperadora 4, las secciones 20, 21 de la superficie de
calentamiento 5 no recorridas respectivamente no pueden
evaporarse.
Si la temperatura del gas de combustión T_{i}
asciende de nuevo a la salida del generador de vapor 1, por ejemplo
en el caso de nuevo funcionamiento de carga parcial, de esta manera
aumenta de modo creciente la superficie de calefacción 5 utilizada
eficazmente para la transmisión de calor. A tal efecto las secciones
20 y 21 de la superficie de calefacción 5 se intercalan de nuevo
sucesivamente en el circuito de vapor-agua, en
dependencia de la temperatura de gas de combustión T_{i}, a la
salida del generador de vapor 1 mediante inversión de las válvulas
15a, 15b, 15c en orden inverso. La regulación se efectúa a través
del regulador 14, que emite señales correspondientes a las válvulas
15a, 15b, 15c. Las señales de control se derivan de un valor
comparativo, que se forma de una desviación de la temperatura de
gas de combustión T_{i} medida (valor real) de un valor teórico
T_{s}.
En el caso de un generador de vapor 1 empleado
habitualmente ya están presentes los denominados colectores de
ventilación, que se pueden transformar de modo sencillo en
colectores de entrada 23 a 25 en el caso de un reequipamiento. Por
consiguiente, el dispositivo para la regulación de la temperatura
comprende, en el lado del agua de alimentación, solo conductos de
unión cortos entre el conducto de agua de alimentación 30 y al
menos dos o más válvulas 15a, 15b, 15c.
Claims (6)
1. Procedimiento para el control de la
temperatura de gas de combustión a la salida de un generador de
vapor con una superficie de calefacción (5) útil para la
transmisión de calor entre el gas de combustión (R) y el agua de
alimentación (S), purificándose el gas de combustión (R) enfriado a
la salida del generador de vapor,
caracterizado porque la superficie de
calefacción (5) utilizada eficazmente en cada caso para la
transmisión de calor se modifica en dependencia de la temperatura
del gas de combustión (T_{i}), conectándose o desconectándose
adicionalmente, en el caso de una desviación de la temperatura del
gas de combustión (T_{i}) de un valor teórico (T_{s}) situado
por encima de la temperatura de gas de combustión mínima permitida
para la purificación del gas de combustión, en el sentido de la
corriente del agua de alimentación (S), secciones (20, 21, 22) de
la superficie de calefacción (5) dispuestas en serie.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque, en el caso de reducción de la
temperatura del gas de combustión (T_{i}) en el agua de
alimentación (S) que circula en sentido contrario a la corriente de
gas de combustión, en primer lugar se desconecta la sección (20) de
superficie de calefacción (5) de situación más próxima a la salida
del generador de vapor (1).
3. Dispositivo para el ajuste de la temperatura
de gas de combustión (T_{i}) a la salida de un generador de vapor
(1), aguas abajo del cual está conectada, del lado del gas de
combustión, una instalación de purificación de gas de combustión
(7), presentando el generador de vapor (1) una superficie de
calefacción útil (5) para la transmisión de calor entre el gas de
combustión (R) y el agua de alimentación (S), estando subdividida
la superficie de calefacción (5) en un número de secciones (20, 21,
22), de las cuales cada sección (20, 21, 22) es conectable
adicionalmente o desconectable por separado, caracterizado
porque, para la medida de la temperatura de gas de combustión
(T_{i}) en la salida del generador de vapor (1), está previsto un
sensor de temperatura (13), y un regulador (14), de modo que la
superficie de calefacción (5) utilizada por el agua de alimentación
circulante (S) es controlable en dependencia de la temperatura del
gas de combustión (T_{i}).
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque las secciones (20, 21, 22) están
dispuestas en serie en sentido de la corriente de gas de combustión
(R), y son circulables sucesivamente en sentido opuesto por el agua
de alimentación (S), estando unida lateralmente cada sección (20,
21, 22) a la entrada con un elemento de regulación (15a, 15b,
15c).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque cada sección (20, 21, 22) presenta a la
entrada un colector de entrada (23, 24, o bien 25) para la recogida
de agua de alimentación (S).
6. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado por un regulador (14), unido lateralmente a la
salida con al menos un elemento de ajuste (15), cuya magnitud de
entrada es el valor real de temperatura del gas de combustión
(T_{i}).
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