Método de funcionamiento de una planta de energía de ciclo combinado con cogeneración, y a una planta de energía de ciclo combinado para realizar el método.

Un método de funcionamiento de una planta de energía de ciclo combinado (10, 40) con cogeneración, en cuyo método se induce aire de la combustión en al menos una turbina de gas

(11, 34), se comprime y se suministra al menos a una cámara de combustión (19, 36) para la combustión de un combustible, y el gas de escape resultante es expandido en al menos una turbina (20, 35, 37), produciendo trabajo, y en el que el gas de escape, que emerge desde la al menos una turbina (20, 35, 37) se pasa a través del generador de vapor de recuperación de calor (13) con el fin de generar vapor, cuyo generador es parte de un circuito de vapor de agua (12) con al menos una turbina de vapor (14), un condensador (32), un depósito de agua de alimentación (28) y una bomba de agua de alimentación (P2), en el que se proporciona calor extrayendo calor desde la al menos una turbina de vapor (14), en el que, con el fin de restringir la producción de electricidad mientras el calor proporcionado por medio de extracción de vapor permanece a un nivel constante, una porción del aire de la combustión inducido se pasa a través de la al menos una turbina (20, 35, 37) hasta el generador de vapor de recuperación de calor (13) sin estar implicado en la combustión del combustible en la turbina de gas (11, 34), caracterizado por que esta porción del aire de la combustión es utilizada para activar al menos un encendido suplementario (21, 23) en el generador de vapor de recuperación de calor (13)..

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/067208.

Solicitante: ALSTOM TECHNOLOGY LTD.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: BROWN BOVERI STRASSE 7 5400 BADEN SUIZA.

Inventor/es: ROFKA,STEFAN, DROUX,FRANCOIS, BRESCHI,DARIO UGO, REYSER,KARL, WICK,JOHANNES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR;... > Plantas motrices caracterizadas por tener más de... > F01K23/10 (calentando el fluido de salida de uno de los ciclos el fluido del otro ciclo)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla... > C02F1/16 (utilizando el calor desprendido en otros procesos)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE... > Plantas motrices de turbinas de gas múltiples; Combinaciones... > F02C6/10 (alimentación de fluido energético para un empleo, p. ej. un proceso químico, el cual devuelve el fluido energético a la turbina)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE... > Plantas motrices de turbinas de gas múltiples; Combinaciones... > F02C6/04 (Plantas motrices de turbinas de gas provistas de fluido energético calentado o presurizado por otros aparatos, p. ej. sin potencia mecánica de salida (F02C 6/18 tiene prioridad))

PDF original: ES-2525168_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de funcionamiento de una planta de energía de ciclo combinado con cogeneración, y a una planta de energía de ciclo combinado para realizar el método

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de la tecnología de centrales eléctricas y se refiere en particular a un método de funcionamiento de una planta de energía de ciclo combinado con una turbina de gas, al menos una turbina de vapor y un generador de vapor de recuperación de calor y a un proceso de cogeneración accionado por calor producido por extracción de vapor. También se refiere a una planta de energía de ciclo combinado para realizar el método.

Técnica anterior

Ciertas áreas de uso de plantas de energía demandan simultáneamente generación de electricidad y calor. Las dos formas de energía que se producen no están sometidas necesariamente al mismo perfil de demanda por los consumidores conectados. La producción de electricidad está controlada tradicionalmente por los requerimientos del sistema de suministro de potencia eléctrica o en algunos casos por grandes consumidores industriales locales. La demanda de calor está controlada típicamente por los requerimientos de un proceso industrial o por las fluctuaciones diarias o estacionales en una red de calefacción de distrito o en una instalación de procesamiento de agua potable. Con respecto al procesamiento de agua potable mencionado en último lugar, aquellas naciones que tienen un gran número de plantas de desalinización de agua del mar están sometidas a fluctuaciones severas en la demanda de potencia eléctrica durante el año, aunque el requerimiento de agua potable en ampliamente constante en el tiempo.

Una proporción grande del requerimiento de calor es proporcionada, en general, por extracción de vapor a partir de la turbina de vapor o a partir de las líneas principales de vapor en una central de energía térmica. Si el calor es generado en un generador de vapor caliente amplio (generador de vapor por recuperación de calor HRSG), su generación está ligada directamente al control de la carga de la turbina de gas y, por lo tanto, no se puede desacoplar completamente de la generación de electricidad.

El diseño y funcionamiento de una turbina de gas se concentran normalmente en alta eficiencia durante la generación de electricidad. Aunque la operación de carga parcial de la turbina de gas es posible dentro de ciertos límites, está limitada, sin embargo, por las emisiones de sustancias peligrosas, que se incrementan cuando la carga es baja. Durante la operación de carga parcial, los flujos de aire de la combustión y los flujos de gas de escape a través de la turbina de gas se reducen normalmente, como resultado de lo cual la generación de vapor en el generador de vapor de recuperación de calor, que sigue hacia abajo, se restringe al mismo tiempo.

Varios métodos de funcionamiento se han propuesto anteriormente para una planta de energía de ciclo combinado cuando la demanda de electricidad es baja y el requerimiento de calor es alto (por ejemplo, como ocurre cuando se evapora agua del mar en plantas de desalinización de agua del mar, que se accionan usando vapor): Una opción conocida para controlar la producción baja de electricidad consiste en restringir las válvulas de entrada de la turbina de vapor o incluso cerrarlas completamente, y pasar el vapor excesivo a un condensador refrigerado por agua o refrigerado por aire, eludiendo la turbina.

Otra opción conocida para incrementar al máximo la generación de vapor independientemente de la carga sobre la turbina de gas es proporcionar un ventilador, con el fin de proporcionar el aire adicional necesario, que se requiere para el encendido suplementario grande en el generador de vapor de recuperación de calor.

Una solución muy sencilla es proporcionar un depósito auxiliar, que produce el vapor para los consumidores con el fin de permitir que las turbinas de gas sean desconectadas independientemente de esto.

Si una planta de energía tiene una pluralidad de unidades de turbinas de gas, algunas de las unidades se pueden desconectar con el fin de reducir la generación de electricidad, si el encendido suplementario en el generador de vapor de recuperación de calor está dimensionado suficientemente grande para que la extracción de vapor se pueda continuar al mismo nivel que si todas las unidades de turbina de gas estuvieran en funcionamiento. Una solución comparable se describe en el documento EP 1 71 6 A2. Una solución como ésta requiere complejidad de hardware adicional para las líneas de vapor, las válvulas de seguridad, y las líneas de derivación de vapor.

El vapor extraído desde una planta de energía de ciclo combinado se puede utilizar para un proceso de cogeneración, tal como una planta de desalinización del agua del mar con unidades de destilación de múltiples efectos (MED). Este tipo de plante requiere normalmente una temperatura comparativamente baja y una presión baja, puesto que la evaporación del agua del mar tiene lugar por debajo de presión atmosférica. En una instalación típica, el calor es extraído, por lo tanto, en la salida de la turbina de baja presión. Esta configuración ayuda a alta producción de electricidad en la central eléctrica de ciclo combinado, puesto que la baja presión de extracción

permite una expansión mejorada del vapor en la turbina de vapor.

Un tipo mejorado de desalinización se conoce con el nombre de destilación de efectos múltiples con compresión de vapor térmico (MED-TCV), como se describe, por ejemplo, en el documento WO 25/15255 A1. En este método, la destilación de efectos múltiples se realiza utilizando un termocompresor (que funciona como un eyector de chorro de vapor convencional), con el fin de pasar el vapor de retorno desde la célula de evaporación a la temperatura más baja a la célula de evaporación a la temperatura más alta. El funcionamiento de los eyectores de chorro de vapor conduce a un nivel más alto de la presión en la linea de extracción de vapor en la planta de energía de ciclo combinado. La ventaja de esta configuración es el consumo reducido de vapor para la misma cantidad de agua potable producida, comparada con la destilación simple de efectos múltiples. Por otra parte, la presión más alta de la extracción de vapor conduce a una reducción ligera en la producción de electricidad en la planta de energía de ciclo combinado.

El documento US 23/154721 A1 describe un método para el funcionamiento de una planta de energía de ciclo combinado con ciclo de vapor de la turbina, en el que durante la operación de carga parcial, una porción del aire de la combustión inducido es admitido en el sistema de refrigeración y pasado a través de la al menos una turbina sin estar implicado en la combustión del combustible en la turbina de gas.

Sumario de la invención

Un objeto de la invención es especificar un método para el funcionamiento de una planta de energía de ciclo combinado con cogeneración, que evita los inconvenientes de los métodos conocidos y permite un alto rendimiento de calor y una producción reducida de electricidad al mismo tiempo sin incrementar excesivamente las emisiones peligrosas en el escapa. Así como una planta de energía de ciclo combinado para realizar el método.

El objeto se consigue por las características de las reivindicaciones. En el método de acuerdo con la invención, se induce aire de la combustión en al menos una turbina de gas, se comprime y se suministra al menos a una cámara de combustión para la combustión de un combustible, y el gas de escape resultante es expandido en al menos una turbina, produciendo trabajo, en el que el gas de escape, que emerge desde la al menos una turbina se pasa a través del generador de vapor de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Un método de funcionamiento de una planta de energía de ciclo combinado (1, 4) con cogeneración, en cuyo método se induce aire de la combustión en al menos una turbina de gas (11, 34), se comprime y se suministra al menos a una cámara de combustión (19, 36) para la combustión de un combustible, y el gas de escape resultante es expandido en al menos una turbina (2, 35, 37), produciendo trabajo, y en el que el gas de escape, que emerge desde la al menos una turbina (2, 35, 37) se pasa a través del generador de vapor de recuperación de calor (13) con el fin de generar vapor, cuyo generador es parte de un circuito de vapor de agua (12) con al menos una turbina de vapor (14), un condensador (32), un depósito de agua de alimentación (28) y una bomba de agua de alimentación (P2), en el que se proporciona calor extrayendo calor desde la al menos una turbina de vapor (14), en el que, con el fin de restringir la producción de electricidad mientras el calor proporcionado por medio de extracción de vapor permanece a un nivel constante, una porción del aire de la combustión Inducido se pasa a través de la al menos una turbina (2, 35, 37) hasta el generador de vapor de recuperación de calor (13) sin estar implicado en la combustión del combustible en la turbina de gas (11, 34), caracterizado por que esta porción del aire de la combustión es utilizada para activar al menos un encendido suplementario (21, 23) en el generador de vapor de recuperación de calor (13)..

2 - El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la al menos una turbina de gas (11) tiene solamente una cámara de combustión (19) y solamente una turbina (2) para expansión de los gases de escape, y por que la porción del aire comprimido de la combustión, que no es utilizado para la combustión del combustible se pasa a la turbina (2), eludiendo la cámara de combustión (19).

3 - El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la al menos una turbina de gas (34) está diseñada para combustión secuenclal y comprende dos primera y segunda cámaras de combustión (19, 36) y dos turbinas (35, 37) para expansión de los gases de escape y por que una porción del aire comprimido de la combustión, que no se utiliza para la combustión del combustible es proporcionado para el funcionamiento del encendido suplementario (21, 23) desconectando la segunda de las dos cámaras de combustión (36) dispuestas secuenclalmente.

4 - El método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que la al menos una turbina de gas (34) está provista con válvulas de guía de entrada variables (17) y por que las válvulas de guía de entrada (17) están ajustadas al mismo tiempo a la posición abierta máxima cuando se desconecta la segunda cámara de combustión (36).

5.- El método de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizado por que una porción del aire comprimido de la combustión elude adicionalmente la primera cámara de la combustión (19).

6.- El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el al menos un encendido suplementario (21) está dispuesto en la entrada al generador de vapor de recuperación de calor (13).

7.- El método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el generador de vapor de recuperación de calor (13) contiene un primer super calentador (22), por que un segundo encendido complementario (23) está dispuesto curso abajo desde el primer super calentador (22).

8.- El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el vapor extraído es utilizado en una planta de desalineación (15) para desalinización de agua del mar, cuya planta de desalineación (15) puede ser accionada opcionalmente con vapor a baja presión o con vapor a presión Intermedia y por que con el fin de restringirla producción de electricidad, la operación de la planta de desalineación (15) convertida adlclonalmente de vapor a presión intermedia a valor a baja presión.

9.- El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la planta de desalineación (15) comprende unidades para destilación de efectos múltiples (38) que operan con vapor a baja presión y cada una de las cuales está equipada con un aparato que funciona con vapor a presión Intermedia, para compresión de vapor térmico (39), y por que los aparatos para compresión de vapor térmico (39) se conectan con el fin de restringir la producción de electricidad.

1.- Una planta de energía de ciclo combinado (1, 4) para la realización del método de acuerdo con la reivindicación 1, cuya planta de energía de ciclo combinado (1, 4) comprende al menos una turbina de gas (11, 34) con un compresor (18) para compresión de aire de combustión Inducido, una cámara de combustión (19, 36) para la combustión de un combustible utilizando el aire comprimido de la combustión, y una turbina (2, 35, 37) para expansión de los gases de escape creados durante la combustión así como un circuito de vapor de agua (12) con al menos una turbina de vapor (14) y un generador de vapor de recuperación de calor (13), a través del cual fluyen los gases de extracción que emergen desde el flujo de la turbina de gas (11, 34), en la que la capacidad de extracción de vapor está prevista para la turbina de vapor (14), en la que está prevista una derivación (33) controlable en la al menos una turbina de gas (11), a través de la cual se puede Introducir una porción del aire comprimido de la combustión en la turbina (2, 35, 37), eludiendo la cámara de combustión (19, 36), caracterizad por que está

previsto un encendido suplementario (21, 23) en el generador de vapor de recuperación de calor (13), en el que se puede quemar combustible para calentar los gases de escapa introducidos, utilizando el aire de la combustión que se pasa a través de la derivación (33).

11La planta de energía de ciclo combinado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que una válvula 5 (V6) está dispuesta en la derivación (33).

12.- La planta de energía de ciclo combinado de acuerdo con la reivindicación 1 u 11, caracteriza por que la al menos una turbina de gas (34) está diseñada para combustión secuencial y tiene dos primera y segunda cámaras de combustión (19, 36) dispuestas secuencialmente y dos turbinas (35, 37) para expansión de los gases de escape.

13.- La planta de energía de ciclo combinado de acuerdo con una de las reivindicación es 1 a 12, caracterizada por

que la planta de energía de ciclo combinado (1, 4) tiene una planta de desalinización (15) asociada, que procesa

el vapor extraído desde la turbina de vapor (14) para la desalinización del agua del mar, y por que la planta de desalinización (15) comprende dispositivos de destilación de efectos múltiples (38), que son suministrados con vapor a baja presión desde la turbina de vapor (14).

14.- La planta de energía de ciclo combinado de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque cada

dispositivo de destilación de efectos múltiples (38) tiene un dispositivo de compresión de vapor térmico (39)

asociado, que es accionado con vapor a presión intermedia desde la turbina de vapor (14), y por que los dispositivos de compresión de vapor térmico (39) están diseñados de tal forma que se pueden desconectar.

15.- La planta de energía de ciclo combinado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada por que el primer encendido suplementario (21) se dispone en el generador de vapor de recuperación de calor (13) en la

entrada del generador de vapor de recuperación de calor (13) y el segundo encendido suplementario (23) se dispone curso abajo del primer super calentador (22).