Evaporador de un sólo paso en cascada.

Generador de vapor que comprende:

- un conducto de gas sustancialmente horizontal (1) para guiar un flujo de gas de calentamiento (2);



- una unidad de evaporación situada al menos parcialmente en el conducto de gas horizontal (1) para transferir elcalor desde el flujo de gas a un medio de flujo que fluye a través de la unidad de evaporación, en el cual la unidad deevaporación comprende al menos una primera y una segunda etapas de evaporación (3, 4) las cuales estándispuestas en cascada, en las cuales la primera etapa de evaporación (3) comprende:

- una primera sección de trasferencia de calor (12) que tiene tubos de trasferencia de calor situados en vertical, loscuales están en comunicación fluida con un primer conducto de entrada (8) para suministrar el medio de flujo a lostubos de trasferencia de calor y un primer conducto de salida (13) para descargar el medio de flujo desde los tubosde trasferencia de calor, en donde la primera sección de trasferencia de calor (12) es alimentada inferiormente, locual significa que el conducto de entrada está dispuesto en una región inferior de la sección de trasferencia de calor,de tal manera que durante su utilización el medio de flujo es suministrado por debajo, a través del primer conductode entrada (8), a la sección de trasferencia de calor (12) en una región inferior y descargado a través del primerconducto de salida (13) en una región superior, en donde la primera etapa de evaporación es una etapa deevaporación de un sólo paso en una disposición en cascada, de tal manera que el medio de flujo pasa a través delgas de calentamiento que fluye de forma sustancialmente horizontal en dirección ascendente desde una entradainferior a una salida superior de la etapa de evaporación; y

- un primer separador (14) para separar el líquido y el vapor fuera del medio de flujo que viene desde el primerconducto de salida (13), en donde el líquido es descargado a través de una primera salida de líquido y en donde elvapor es descargado a través de una segunda salida de vapor del primer separador (14), en donde la segunda etapade evaporación (4) comprende una segunda sección de trasferencia de calor (21) que tiene tubos de trasferencia decalor situados en vertical, los cuales están en comunicación fluida con un segundo conducto de entrada (17) parasuministrar el medio de flujo a los tubos de trasferencia de calor y un segundo conducto de salida (22) paradescargar el medio de flujo desde los tubos de trasferencia de calor, en donde la segunda sección de trasferencia decalor (21) está alimentada inferiormente, lo cual significa que el conducto de entrada está dispuesto en una regióninferior de la sección de trasferencia de calor, de tal manera que durante su utilización el medio de flujo essuministrado por debajo, a través del segundo conducto de entrada a la sección de trasferencia de calor (21) en unaregión inferior y descargado a través del segundo conducto de salida en una región superior, en donde la salida delíquido del primer separador (14) está conectada al segundo conducto de entrada (17) a través de un primerconducto descendente (15), en donde la segunda etapa de evaporación es una etapa de evaporación de un sólopaso en una disposición en cascada, de tal manera que un medio de flujo pasa a través del gas de calentamientoque fluye de forma sustancialmente horizontal sólo en una dirección ascendente desde la entrada inferior a la salidasuperior de la etapa de evaporación, en donde la segunda etapa de evaporación (4) además comprende un segundoseparador (23) que está conectado en comunicación fluida al segundo conducto de salida (22) para separar líquido yvapor fuera del medio de flujo que viene desde el segundo conducto de salida (22), en donde el líquido esdescargado a través de una segunda salida de líquido y en donde el vapor es descargado a través de una segundasalida de vapor del segundo separador (23).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NL2010/050655.

Solicitante: NEM Energy B.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: 800, Prinses Beatrixlaan 2595 BN 'S-Gravenhage PAISES BAJOS.

Inventor/es: ROP,Peter Simon, KRAMER,WALTER ADRIAAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F22B1/18 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F22 PRODUCCION DE VAPOR.F22B METODOS DE PRODUCCION DE VAPOR; CALDERAS DE VAPOR (conjuntos funcionales de las máquinas de vapor en las que predominan los aspectos motores F01K; retirada de los productos o residuos de combustión, p. ej. limpieza de las superficies contaminadas por combustión de tubos y quemadores, F23J 3/00; sistemas de calefacción central doméstica que emplea vapor F24D; intercambio de calor o transferencia de calor en general F28; producción de vapor en los núcleos de los reactores nucleares G21). › F22B 1/00 Métodos de producción de vapor caracterizados por la forma de producirse el calor (utilización del calor solar F24J 2/00; medios de refrigeración por camisa exterior de agua, aceite, etc. u otros en los cuales se produce vapor que sirve para refrigerar otros aparatos, véanse las subclases correspondientes a tales aparatos). › siendo el portador del calor un gas caliente, p. ej. gases residuales como los de escape de los motores de combustión interna (utilización del calor perdido en las máquinas motrices de combustión, en general, F02).
  • F22B29/06 F22B […] › F22B 29/00 Calderas de vapor del tipo de circulación forzada. › del tipo de circulación abierta, es decir, compuestas de tubos que admiten agua por un extremo y suministran vapor sobrecalentado por el otro (F22B 33/00 tiene prioridad).
  • F22B37/26 F22B […] › F22B 37/00 Partes constitutivas o detalles de las calderas de vapor (dispositivos para la ventilación F16K 24/00; purgadores del agua de condensación o aparatos similares F16T). › Disposiciones para la separación del vapor (separadores vapor-líquido, p. ej. para recoger vapor B01D, B04).

PDF original: ES-2433233_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Evaporador de un sólo paso en cascada La presente invención se refiere a un generador de vapor que comprende un conducto de gas sustancialmente horizontal para el guiado en un flujo de gas de calentamiento. Una unidad de evaporación está situada al menos parcialmente en el conducto de gas horizontal para la transferencia del calor desde el flujo de gas a un medio de flujo, el cual fluye a través de la unidad de evaporación. En particular, el generador de vapor es adecuado para funcionar bajo tanto circunstancias subcríticas como supercríticas.

Dicho generador de vapor es por ejemplo conocido de WO2007/133071, que describe una unidad de evaporación de un sólo paso, la cual está dispuesta en un conducto de gas sustancialmente horizontal. La unidad de evaporación tiene al menos una sección de transferencia de calor que comprende tubos de transferencia de calor que se extienden verticalmente. Los tubos de transferencia de calor están dispuestos en una matriz que tiene conjuntos de tubos de transferencia de calor en una dirección trasversal a la dirección de flujo del gas de calentamiento y conjuntos de tubos de transferencia de calor aguas abajo del flujo del gas. La sección de transferencia de calor esta en comunicación fluida con un conducto de entrada para suministrar un medio de flujo líquido, generalmente agua, a los tubos de trasferencia de calor y un conducto de salida para transferir el medio de flujo como una mezcla de fase de líquido y vapor a un separador. La sección de transferencia de calor está alimentada inferiormente, lo cual significa que el conducto de entrada está dispuesto en la región inferior de la sección de transferencia de calor. El conducto de entrada permite un funcionamiento en un solo paso de la sección de evaporación, lo cual es necesario para permitir el funcionamiento bajo circunstancias supercríticas. El conducto de salida está dispuesto en una región superior.

Los tubos de trasferencia de calor están situados aguas abajo del flujo del gas de calentamiento, en el conducto de gas. El gas de calentamiento pasa a través de los tubos de transferencia de calor situados a continuación, lo cual conlleva una refrigeración del gas de calentamiento y un calentamiento de los tubos de transferencia de calor. Un tubo trasferencia de calor situado en la parte anterior es más calentado que un tubo de trasferencia de calor situado en la parte posterior. La diferencia de temperatura entre el gas de calentamiento y el medio de flujo, aguas arriba del flujo de gas, es mayor que la diferencia de temperaturas entre el gas de calentamiento y el medio de flujo en un tubo de transferencia de calor situado más aguas abajo. Esto normalmente provoca una mayor contribución de los tubos de trasferencia de calor situados en la parte anterior a la transferencia de calor y a la generación de vapor. Un problema relacionado con este fenómeno es que un tubo de transferencia de calor situado más anterior puede dañarse por sobrecalentamiento mientras que los tubos de trasferencia de calor situados más posteriores no generan suficiente vapor. Es deseable generar vapor mediante el evaporador, en donde todos los tubos de trasferencia de calor tengan una contribución aproximadamente igual a la generación de vapor. Es deseable mantener la reducción de la diferencia de temperatura dentro de límites aceptables. Es deseable que todos los tubos de trasferencia de calor produzcan una cantidad óptima de vapor.

Un problema adicional relacionado especialmente con los tubos de trasferencia de calor situados lo más aguas arriba, es que el suministro del líquido puede llegar a ser demasiado bajo. Una evaporación completa en uno o más de los tubos de trasferencia de calor de la unidad de evaporación puede afectar a la estabilidad de funcionamiento. El tubo de trasferencia de calor puede resecarse y llegar a sobrecalentarse lo cual puede causar daños.

Una posible solución para tener una contribución óptima de todos los tubos de trasferencia de calor a la generación de vapor se refiere a un ajuste de la superficie de trasferencia de calor de cada uno de los tubos de transferencia de calor. La superficie de calentamiento de los tubos de trasferencia de calor situados en la parte anterior se puede agrandar para aumentar la transferencia de calor de esos tubos. De esta forma, se logra una contribución efectiva de los tubos situados más posteriormente a la generación de vapor.

Dicha solución es por ejemplo presentada en US 6.189.491 que describe un generador de vapor de un solo paso en una construcción de tipo horizontal para un paso del flujo del gas de calentamiento en una dirección aproximadamente horizontal. El generador de vapor de un sólo paso descrito comprende varios tubos de trasferencia de calor dispuestos aproximadamente de forma vertical, los cuales están conectados, normalmente, en paralelo para un flujo de un paso de un medio de flujo. Los tubos de trasferencia de calor están dispuestos en paralelo, uno al lado del otro, en el conducto de gas horizontal. Durante su utilización, los tubos de trasferencia de calor que están situados aguas arriba del flujo de gas de calentamiento serán más calentados que los tubos de trasferencia de calor están situados aguas abajo. En contraste a la deseable contribución equitativa a la producción de vapor, el tubo de trasferencia del calor dispuesto más aguas arriba en el flujo de gas de calentamiento, normalmente produce la mayor cantidad de vapor y podría, por tanto, tener la tasa de flujo mayor del medio de flujo.

US 6.189.491 proporciona una posible solución para este problema optimizando la configuración de los tubos de trasferencia de calor en una sección de trasferencia de calor. La configuración de los tubos de transferencia de calor en la sección de transferencia de de calor está adaptada para compensar las variaciones de calor en la dirección aguas abajo de la sección de trasferencia de calor. Cada tubo de transferencia de calor situado en la parte anterior

está configurado para una tasa de flujo mayor, del medio de flujo, que cada tubo de trasferencia de calor dispuesto aguas abajo del mismo en la dirección de calentamiento del gas. Un tubo de trasferencia de calor puede tener, por ejemplo, un diámetro interior mayor que un tubo de trasferencia de calor dispuesto aguas abajo del mismo en la dirección del gas de calentamiento. Los tubos de transferencia de calor en una región de una temperatura de calentamiento de gas relativamente alta tienen una tasa de flujo comparativamente alta del medio de flujo. Sin embargo, esta solución propuesta resulta en una constitución más compleja y grande de la sección de trasferencia de calor. Un elemento de distribución o de recolección montado en un extremo de los tubos de trasferencia de calor puede, por ejemplo, tener una configuración compleja para ser capaz de conectarlo a los diámetros internos que varían de los tubos de trasferencia de calor.

En otro modo de realización propuesto en US 6.189.491 un dispositivo obturador se conecta aguas arriba de varios de los tubos de trasferencia de calor. En la tasa de flujo del medio de flujo a través de los tubos de trasferencia de calor puede controlarse por el dispositivo obturador. Sin embargo, esta solución también no parece ser satisfactoria. La configuración de la sección de trasferencia de calor que incluye un dispositivo obturador es más compleja y susceptible a averías.

GB 433, 765 describe un generador de vapor de alta presión. El generador de vapor incluye un sistema de tubos que comprende una pluralidad de etapas de temperatura a través de las cuales fluye en serie el medio de trabajo. Un separador primario es dispuesto entre cada par de etapas adyacentes para separar el líquido del vapor. El líquido entregado a cada separador primario fluye desde el mismo hacia la siguiente etapa de temperatura adyacente. El vapor entregado fluye a través de tuberías desde el mismo hacia un separador secundario o principal común a todas las etapas. Con vistas a asegurar un funcionamiento suave del generador de vapor, a pesar de las variaciones de carga, la proporción de la tasa de vapor entregada desde los separadores primarios, respecto a la tasa a la cual el medio es alimentado al generador, debería mantenerse sustancialmente constante a cualquier carga dada. Se disponen medios para obturar el flujo de vapor desde cada uno de los separadores, a través de los cuales, en todas las cargas, aproximadamente un quinto de la cantidad total del medio de trabajo alimentado al generador por unidad de tiempo, a cualquier carga dada, es entregado en forma de vapor desde cada uno de los separadores a las tuberías. Por tanto, la proporción de la cantidad de vapor entregada desde cualquiera de los separadores por unidad de tiempo respecto a... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Generador de vapor que comprende:

- un conducto de gas sustancialmente horizontal (1) para guiar un flujo de gas de calentamiento (2) ;

- una unidad de evaporación situada al menos parcialmente en el conducto de gas horizontal (1) para transferir el calor desde el flujo de gas a un medio de flujo que fluye a través de la unidad de evaporación, en el cual la unidad de evaporación comprende al menos una primera y una segunda etapas de evaporación (3, 4) las cuales están dispuestas en cascada, en las cuales la primera etapa de evaporación (3) comprende:

- una primera sección de trasferencia de calor (12) que tiene tubos de trasferencia de calor situados en vertical, los cuales están en comunicación fluida con un primer conducto de entrada (8) para suministrar el medio de flujo a los tubos de trasferencia de calor y un primer conducto de salida (13) para descargar el medio de flujo desde los tubos de trasferencia de calor, en donde la primera sección de trasferencia de calor (12) es alimentada inferiormente, lo cual significa que el conducto de entrada está dispuesto en una región inferior de la sección de trasferencia de calor, de tal manera que durante su utilización el medio de flujo es suministrado por debajo, a través del primer conducto de entrada (8) , a la sección de trasferencia de calor (12) en una región inferior y descargado a través del primer conducto de salida (13) en una región superior, en donde la primera etapa de evaporación es una etapa de evaporación de un sólo paso en una disposición en cascada, de tal manera que el medio de flujo pasa a través del gas de calentamiento que fluye de forma sustancialmente horizontal en dirección ascendente desde una entrada inferior a una salida superior de la etapa de evaporación; y

- un primer separador (14) para separar el líquido y el vapor fuera del medio de flujo que viene desde el primer conducto de salida (13) , en donde el líquido es descargado a través de una primera salida de líquido y en donde el vapor es descargado a través de una segunda salida de vapor del primer separador (14) , en donde la segunda etapa de evaporación (4) comprende una segunda sección de trasferencia de calor (21) que tiene tubos de trasferencia de calor situados en vertical, los cuales están en comunicación fluida con un segundo conducto de entrada (17) para suministrar el medio de flujo a los tubos de trasferencia de calor y un segundo conducto de salida (22) para descargar el medio de flujo desde los tubos de trasferencia de calor, en donde la segunda sección de trasferencia de calor (21) está alimentada inferiormente, lo cual significa que el conducto de entrada está dispuesto en una región inferior de la sección de trasferencia de calor, de tal manera que durante su utilización el medio de flujo es suministrado por debajo, a través del segundo conducto de entrada a la sección de trasferencia de calor (21) en una región inferior y descargado a través del segundo conducto de salida en una región superior, en donde la salida de líquido del primer separador (14) está conectada al segundo conducto de entrada (17) a través de un primer conducto descendente (15) , en donde la segunda etapa de evaporación es una etapa de evaporación de un sólo paso en una disposición en cascada, de tal manera que un medio de flujo pasa a través del gas de calentamiento que fluye de forma sustancialmente horizontal sólo en una dirección ascendente desde la entrada inferior a la salida superior de la etapa de evaporación, en donde la segunda etapa de evaporación (4) además comprende un segundo separador (23) que está conectado en comunicación fluida al segundo conducto de salida (22) para separar líquido y vapor fuera del medio de flujo que viene desde el segundo conducto de salida (22) , en donde el líquido es descargado a través de una segunda salida de líquido y en donde el vapor es descargado a través de una segunda salida de vapor del segundo separador (23) .

2. Generador de vapor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los tubos de trasferencia de calor de la sección de trasferencia de calor (12, 21) están en comunicación fluida entre sí, sin ningún obturador o medios de restricción como válvulas para obturar el flujo a través de un tubo de trasferencia de calor con respecto a otro tubo de trasferencia de calor de la sección de trasferencia de calor.

3. Generador de vapor de acuerdo con la reivindicaciones 1 o 2, en donde al menos una etapa de evaporación (3, 4) es una etapa de evaporación de un sólo paso.

4. Generador de vapor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se dispone un conducto de by-pass (39) para desviar una primera etapa de evaporación (3) y suministrar medio de flujo a una etapa de evaporación (4, 5) dispuesta más aguas arriba del flujo de gas.

5. Generador de vapor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de evaporación comprende una tercera etapa de evaporación (5) la cual está conectada en comunicación fluida al segundo separador (23) a través de un segundo conducto descendente (24) .

6. Generador de vapor de acuerdo con un cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos la primera y segunda etapas de evaporación (3, 4) están dispuestas en cascada en un flujo contracorriente con respecto al gas de calentamiento (2) .

7. Generador de vapor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de evaporación tiene una sección de trasferencia de calor que comprende una matriz de tubos de trasferencia de calor

(22) que tiene un máximo de cinco conjuntos de tubos de trasferencia de calor dispuestos de forma transversal al flujo de gas.

8. Generador de vapor de acuerdo a una de las reivindicaciones anteriores, en donde los tubos de trasferencia de calor de una sección de trasferencia de calor (12, 21, 30) en conjuntos sucesivos aguas abajo del conducto de gas tienen una sección transversal de un diámetro sustancialmente igual.

9. Generador de vapor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se dispone una sección de trasferencia de calor auxiliar (6) aguas arriba del flujo de gas y en serie con una etapa de evaporación (5) .

10. Generador de vapor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se suministra un conducto de vapor común (35) para la descarga de vapor desde las etapas de evaporación (3, 4, 5) hacia un sobrecalentador (6) .

11. Método de generación de vapor comprendiendo las etapas de:

- proporcionar un generador de vapor de acuerdo con la reivindicación 1;

- suministrar un medio de flujo a una unidad de evaporación que tiene etapas de evaporación múltiples;

- forzar al medio de flujo a través de una primera sección de trasferencia de calor (12) de una primera etapa de evaporación (3) de la unidad de evaporación, en donde el medio de flujo es suministrado desde debajo, a través de un conducto de entrada a la sección de trasferencia de calor (12) en una región inferior y descargado a través de un conducto de salida en una región superior;

- descargar el medio de flujo que comprende un contenido de vapor y de líquido desde la primera sección de trasferencia de calor a un primer separador (14) el cual está conectado a una salida de la primera etapa de evaporación (3) ;

- suministrar el contenido líquido del medio de flujo desde el primer separador (14) a una segunda etapa de evaporación (4) que tiene una segunda sección de trasferencia de calor (21) , alimentada inferiormente, a través de un primer conducto descendente (15) ;

- forzar el medio de flujo a través de una segunda sección de trasferencia de calor (21) de la segunda etapa de evaporación (4) de la unidad evaporación, en donde el medio de flujo es suministrado desde debajo, a través del conducto de entrada a la sección de trasferencia de calor (21) en una región inferior y descargado a través de un conducto de salida en una región superior,

en donde el método además comprende las etapas de:

- descargar el medio de flujo que comprende un contenido de vapor y de líquido desde la segunda sección de trasferencia de calor de la segunda etapa de evaporación (4) a un segundo separador (23) el cual esta conectado a un conducto de salida (22) en la segunda etapa de evaporación (4) ;

- descargar el contenido de vapor del medio de flujo desde el primer y segundo separadores (14, 23) a un sobrecalentador (6) .


 

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