Planta térmica de ciclos rankine en serie.

La invención denominada "Planta térmica de ciclos Rankine en serie", consiste en el proceso de conversión de energía térmica a eléctrica vía energía mecánica mediante asociación de dos ciclos Rankine regenerativos en serie en donde los gases de la combustión ceden primeramente el calor de alta temperatura al ciclo Rankine de alta temperatura operando con dióxido de carbono y seguidamente ceden calor a menor temperatura al ciclo Rankine de baja temperatura

, el cual opera opcionalmente con xenón, etano, amoníaco o agua. El calor rechazado por el sistema de combustión después de ceder el calor posible a los ciclos Rankine en serie, es aprovechado para calentar el aire necesario para la combustión.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201200701.

Solicitante: UNIVERSIDADE DA CORUÑA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: FERREIRO GARCIA,RAMON, ROMERO GOMEZ,MANUEL, ROMERO GOMEZ,Javier.

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 o motores caracterizados por el... > F01K25/10 (siendo estos vapores fríos, p. ej. amoniaco, gas carbónico, éter)
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Planta térmica de ciclos rankine en serie.

Fragmento de la descripción:

PLANTA TÉRMICA DE CICLOS RANKINE EN SERIE

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCiÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de la conversión de energía térmica procedente de combustibles fósiles en energía eléctrica mediante ciclos termodinámicos del tipo Rankine con regeneración.

OBJETIVO DE LA INVENCiÓN

El objetivo de la presente invención denominada "Planta térmica de ciclos Rankine en

serie", es el incremento de la eficiencia térmica del proceso de conversión de energía térmica a eléctrica vía energía mecánica, mediante asociación de dos ciclos Rankine

regenerativos en serie en donde los gases de la combustión ceden primeramente calor

, -

al ciclo Rankine de alta temperatura y seguidamente ceden calor al ciclo Rankine de

baja temperatura. El ciclo Rankine de alta temperatura opera con dióxido carbono, mientras que el ciclo Rankine de baja temperatura opera opcionalmente con xenón, etano, propileno, propano, amoníaco o agua. El calor rechazado por el sistema de combustión es aprovechado para recalentar el aire de combustión. El incremento de eficiencia térmica de esta planta obedece al aprovechamiento del calor de los gases de combustión al ser capturado en su mayor parte por los haces tubulares de los ciclos de Rankine en serie y al aprovechamiento del calor residual de los gases de combustión el cual es transferido al aire de alimentación de combustión, devolviendo el calor residual al ciclo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Las plantas de conversión de energía térmica a eléctrica actuales vía energía mecánica proporcionada por turbinas operando con ciclos de Rankine, utilizando combustibles fósiles están basadas en dos estructuras de planta:

Ciclos de Rankine regenerativos operando con un fluido de trabajo como el

agua o un fluido orgánico,

Ciclos de Rankine binarios operando con dos fluidos de trabajo como el

mercurio en el ciclo de alta temperatura y el agua en el ciclo de baja temperatura.

En el estado actual de la tecnología relacionada con la conversión de energía tanto de alta como de baja temperatura que operan mediante el ciclo Rankine convencional, no es conocida ninguna alternativa semejante a la de las características de este invento. No son conocidas las plantas térmicas que utilizan dos ciclos de Rankine en serie, donde el ciclo de alta temperatura opera con dióxido de carbono y el ciclo de baja temperatura opera opcionalmente con xenón, etano, propileno, propano, amoníaco o agua.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, un conjunto de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:

:2.

Figura 1. Sistema de combustión de la planta térmica de ciclos Rankine en serie. Figura 2. Ciclos Rankine en serie.

Los componentes referenciados en las figuras 1 y 2 se identifican como sigue:

1. Conducto de alimentación de aire al calentador de aire

2. Salida de gases de combustión

3. Calentador de aire

4. Cámara de combustión

5. Conducto de alimentación de combustible a la cámara de combustión

6. Conductos de alimentación de aire a la cámara de combustión

7. Conducto de aire a la cámara de combustión

8. Compresor de alimentación de aire de combustión

9. Haz tubular vaporizador-sobrecalentador del ciclo Rankine de alta temperatura

10. Haz tubular recalentador del ciclo Rankine de alta temperatura

11. Turbina de alta presión del ciclo Rankine de alta temperatura

12. Turbina de baja presión del ciclo Rankine de alta temperatura

13. Condensador del ciclo Rankine de alta temperatura

14. Bomba de alimentación del ciclo Rankine de alta temperatura

15. Regenerador del ciclo Rankine de alta temperatura

16. Generador eléctrico del ciclo Rankine de alta temperatura

17. Haz tubular vaporizador-sobrecalentador del ciclo Rankine de baja temperatura

18. Haz tubular recalentador del ciclo Rankine de baja temperatura

19. Turbina de alta presión del ciclo Rankine de baja temperatura

20. Turbina de baja presión del ciclo Rankine de baja temperatura

21. Condensador del ciclo Rankine de baja temperatura

22. Bomba de alimentación del ciclo Rankine de baja temperatura

23. Regenerador del ciclo Rankine de baja temperatura

24. Generador eléctrico del ciclo Rankine de baja temperatura

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La planta térmica de ciclos Rankine en serie está constituida por: -Un sistema de combustión dotado de la planta térmica de ciclos Rankine en serie para utilizar combustibles fósiles mostrada en la figura 1. -Dos ciclos Rankine en serie aguas abajo con respecto a la captación de energía de los gases de la combustión, mostrados en la figura 2, donde el primer ciclo que absorbe calor de los gases de combustión se denomina ciclo de alta temperatura y el ciclo que absorbe calor de los gases procedentes del primer ciclo recibe el nombre de ciclo de baja temperatura. El ciclo Rankine en serie de alta temperatura opera con dióxido de carbono mientras que el ciclo rankine en serie de baja temperatura opera opcionalmente con xenón, etano, propileno, propano, amoníaco o agua. Tanto el ciclo de alta temperatura como el de baja temperatura, el fluido de trabajo transforma su energía térmica en mecánica mediante turbinas de alta presión (11) ,

(19) Y baja presión (12) , (20) respetivamente. La energía mecánica desarrollada se transforma en eléctrica en generadores (16) y (24) . La turbina de baja temperatura

(12) del ciclo de alta temperatura es de contrapresión, para favorecer la condensación cuasi-crítica. La turbina de baja presión (20) del ciclo de baja temperatura es de contrapresión o no en función del fluido de trabajo.

Los gases de la combustión a alta temperatura en la cámara de combustión (4) ceden calor al haz vaporizador-sobrecalentador del ciclo de alta temperatura (9) , seguidamente al circular hacia la atmósfera ceden calor al haz recalentador de ciclo de alta temperatura (10) . Posteriormente, en su desplazamiento ceden calor al haz vaporizador-sobrecalentador del ciclo de baja temperatura (17) , seguidamente cede calor al haz recalentador del ciclo de baja temperatura (18) y finalmente ceden calor al aire de combustión procedente de la atmósfera por medio de un calentador de aire (3) .

El aire aspirado de la atmósfera es impulsado por el compresor (8) que lo fuerza a atravesar el calentado de aire (3) para ser transferido a la cámara de combustión por el exterior de la envolvente de la cámara de combustión (7) de manera que realice la función de aislante térmico de la cámara de combustión y captador de la máxima cantidad posible de energía térmica evadida de la cámara de combustión para evitar que sea perdida por transferencia de calor al exterior.

DESCRIPCiÓN DE REALlZACIÓNES PREFERENTES DE LA INVENCiÓN

En coherencia con la descripción del invento se resalta una realización preferente de la invención mostrada en la figura 2 y constituida por: El ciclo de alta temperatura constituido por dos turbinas que consisten en turbinas de alta (11) y baja presión (12) operando con dióxido de carbono, donde la turbina de baja es de contrapresión para favorecer la condensación del dióxido de carbono a su temperatura y presión cuasi-crítica (300 K Y 67 bar) . El ciclo de baja temperatura constituido opcionalmente por una o dos turbinas dependiendo del...

 


Reivindicaciones:

1a. PLANTA TÉRMICA DE CICLOS RANKINE EN SERIE, caracterizado porque comprende:

Dos ciclos de Rankine en serie con respecto a los gases de la combustión, en donde el primer ciclo Rankine de alta temperatura opera con dióxido de carbono y el segundo ciclo Rankine de baja temperatura operando opcionalmente con xenón, etano, propileno, propano, amoníaco o agua.

10 2a. Planta, según la reivindicación 1, caracterizada porque la los gases de combustión

evacuados ceden el calor residual al aire de combustión mediante un intercambiador

de calor (3) .

3a. Planta, según la reivindicación 1, caracterizada porque el fluido de trabajo del ciclo Rankine de alta temperatura es el dióxido de carbono y los fluidos de trabajo del ciclo Rankine de baja temperatura son opcionalmente el xenón, etano, propileno, propano,

amoníaco o agua.

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FIGURA 1

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FIGURA 2