Generador de vapor continuo con combustión atmosférica en lecho fluidizado circulante.

Generador de vapor continuo con combustión atmosférica en lecho fluidizado circulante,

con una cámara decombustión (3) de lecho fluidizado, en el que la cámara de combustión (3) de lecho fluidizado está limitadaesencialmente por todos lados por paredes perimetrales (4) y formada por paredes de tubos estancas al gas yrealizadas con tubos (5) esencialmente verticales y presenta al menos un embudo (6, 7) en la zona inferior, y en lacámara de combustión (3) de lecho fluidizado está prevista al menos una superficie de calentamiento (8) dispuestaesencialmente vertical y provista de tubos (9) verticales, estando formada la superficie de calentamiento (8) por unacombinación de tubo-nervio-tubo soldada, y en la que los tubos (5, 9) de las paredes perimetrales (4) y de lasuperficie de calentamiento (8) son atravesados por un medio de trabajo agua/vapor que fluye a través de ellas,caracterizado por que todos los tubos (5, 9) de las paredes perimetrales (4) y de la superficie de calentamiento (8)están realizados como superficie de calentamiento de evaporador y están montadas en paralelo para el flujo de todoel medio de trabajo que se va a evaporar, por que todos los tubos (5) de las paredes perimetrales (4) y de lasuperficie de calentamiento (8) están realizados con superficie interior de tubo lisa, por que la superficie decalentamiento (8) se extiende entre la base (4.1) de la cámara de combustión o el canto superior (24) del embudo yla cubierta (4.3) de la cámara de combustión, por que la superficie de calentamiento (8) está realizada como cajaque puede ser calentada por un lado y tiene una configuración tubo-nervio-tubo con soldadura estanca al gas, y porque el flujo de medio de trabajo de los tubos (5, 9) de las paredes perimetrales (4) y de la superficie decalentamiento (8) se realiza sin ayuda de colectores intermedios.

Generador de vapor continuo con combustión atmosférica en lecho fluidizado circulante.

La invención se refiere a un generador de vapor continuo con combustión atmosférica en lecho fluidizado circulante.

Además de los generadores de vapor de circulación natural y circulación forzada son conocidos generadores de vapor continuo o de circulación continua forzada para la generación de energía eléctrica por quema de por ejemplo combustibles fósiles. Estos últimos son empleados en particular en instalaciones de centrales eléctricas modernas o grandes. En ellas el calor liberado en la quema del combustible en la cámara de combustión del generador de vapor continuo es cedido a las superficies de calentamiento atravesadas por el medio de trabajo, que están constituidas, por ejemplo, por las paredes perimetrales de la cámara de combustión, superficies de calentamiento por radiación o convección del generador de vapor continuo. El medio de trabajo es así incorporado a un circuito agua/vapor de una turbina de vapor, al que transfiere la energía térmica recibida.

Los generadores de vapor continuo de este tipo, en los que el medio de trabajo precalentado esencialmente en un circuito del generador de vapor, es evaporado, sobrecalentado y eventualmente sobrecalentado entremedias, son conocidos desde hace tiempo y habitualmente están equipados con quemadores para la quema de combustibles fósiles. En el documento “Zwangdurchlaufkessel für Gleitdruckbetrieb mit vertikaler Brennkammerberohrung”, VGB Kraftwerkstechnik 64, fascículo 4, abril 1984, de H. Juzi, A. Salem y W. Stocker se ha dado a conocer un generador de vapor continuo convencional operado con polvo de carbón. Por regla general, las paredes perimetrales de la cámara de combustión del generador de vapor continuo están formadas por superficies de calentamiento de evaporador tubo-nervio-tubo soldados. Para asegurar un enfriamiento suficiente de las paredes de tubo perimetrales se emplean o bien tubos lisos inclinados (es decir, tubos con paredes interiores lisas que discurren inclinadas dentro de las paredes perimetrales de tubos) , tubos verticales con aletas interiores o sistemas de tubos de caída/ascenso (es decir, las paredes perimetrales de tubos están divididas en varias secciones de pared que son atravesadas una tras otra, véase también la figura 2c del documento mencionado antes) .

En los últimos años también se han llegado a realizar generadores de vapor continuo con combustión en lecho fluido circulante (CLFC) . En ellos, como en todas las instalaciones de centrales eléctricas que operan con combustibles fósiles, se intenta minimizar las emisiones que se producen por la combustión para la protección del medioambiente. Esto puede ser conseguido por la elevación del grado de eficacia del proceso de la central eléctrica y la reducción del combustible que ello conlleva. Una parte de la elevación del grado de eficacia se produce así por la generación de vapor con parámetros de vapor altos (presiones y temperaturas del vapor altas) . Para que los bloques de central eléctrica funcionen de forma económica dentro de un rango de carga amplio, los generadores de vapor son operados a presión variable. Para satisfacer simultáneamente los diversos requisitos (temperatura del vapor alta constante, presión de vapor variable, alta velocidad de variación de la carga) , pueden emplearse solo los sistemas de generador de vapor continuo de circulación forzada mencionados antes.

Por motivos de erosión las paredes perimetrales de la cámara de combustión de los generadores de vapor continuo con combustiones en lecho fluidizado circulante no están dispuestos inclinados u oblicuos como en el caso de los generadores de vapor continuo convencionales operados con polvo de carbón, sino que deben ser dotados de tubos verticales. Las combustiones en lecho fluidizado circulante fueron por tanto combinadas principalmente con sistemas de evaporador que trabajan con funcionamiento de circulación natural o circulación forzada y por tanto están dotados de paredes perimetrales provistas de tubos verticales. Algunas combustiones en lecho fluidizado circulante generan el vapor también con un sistema continuo forzado, pero como sistema de tubos de caída/descenso y con presiones de vapor bajas (por ejemplo, la central eléctrica de Moabit) . También ya se ha considerado emplear el generador de vapor continuo forzado con CLFC también en el rango de presión de 100 a 300 bar y por tanto de forma más económica, es decir con menos combustible. Debido a la necesidad de formar las paredes perimetrales de la cámara de combustión con tubos de evaporador verticales se propusieron para el enfriado de las paredes de evaporador tubos con aletas interiores (véase el documento mencionado antes) .

En la transición de los generadores de vapor continuo de circulación natural a circulación forzada (supercrítico) con parámetros de vapor altos (típicamente de 250 a 300 bar, 560 a 620º C) en el rango de potencia de 300 a 600 MWel resultan los siguientes problemas o inconvenientes en el estado de la técnica:

-los generadores de vapor continuo con CLFC que son operados con presiones de vapor subcríticas

necesitan un mayor uso de combustible en comparación con presiones de vapor supercríticas con la misma potencia de generador de vapor y producen por ello más emisiones nocivas

-los generadores de vapor continuo con circulación forzada dotados de tubos verticales a diferencia de los

tubos inclinados poseen el inconveniente de que para una geometría de cámara de combustión dada el

número de tubos es mayor y con ello se reduce por tubo la densidad de caudal másico (medida de la corriente de flujo de medio de trabajo en kg por m2 de sección transversal de flujo y por segundo) . Para a pesar de ello asegurar un enfriamiento suficiente de los tubos se emplean tubos con aletas interiores o las paredes individuales de las paredes perimetrales de la cámara de combustión son atravesadas una tras otra.

-la división de la corriente de evaporador total en varias paredes conectadas en serie posee varios inconvenientes :

1) las paredes individuales deben ser unidas mediante tubos de caída 2) en cuanto a la nueva distribución de la corriente de evaporador se producen procesos de separación (contenidos de vapor diferentes) que pueden verse a la salida del evaporador como estados erróneos de temperatura y debido a la imposibilidad de dilatación térmica pueden conducir a fisuras en las paredes,

3) mayor pérdida de presión debido a la mayor densidad de caudal másico. Los tubos dotados de aletas interiores poseen pérdidas de presión por rozamiento mayores y tienen el inconveniente de una fabricación especial y un gasto de fabricación elevado en el montaje de superficies parciales.

Por el documento EP 1 030 150 A1 se ha dado a conocer una cámara de combustión operada en lecho fluidizado para la gasificación y quemado de combustibles. El calor liberado en la cámara de combustión es cedido a las superficies de calentamiento del intercambiador de calor sometido por todos lados al calor, que o bien penetran en el lecho fluidizado de una cámara de recuperación de calor o entran en contacto con la corriente de gas por encima de la cámara de combustión. Las paredes de la cámara de combustión están realizadas formando una carcasa de chapa de acero o similar en lugar de formadas por tubos de superficie de calentamiento que rodean perimétricamente a la cámara de combustión y están sometidas al calor por un lado. En las superficies de calentamiento empleadas y conectadas en serie circula un medio portador de calor de un generador de vapor con circulación forzada accionado con una bomba de circulación, en el que a diferencia de un generador de vapor continuo forzado el medio portador de calor fluye varias veces en el circuito a través del generador de calor.

Por el documento EP 0 882 872 A2 se ha dado a conocer una caldera de lecho fluidizado a presión que opera con una presión mucho más alta que la atmosférica y con lecho fluidizado circulante interno, es decir estacionario, para la quema del combustible, en el que el gas de escape producido en la combustión es alimentado a una turbina de gas. Para poder regular la carga de funcionamiento de una caldera de este tipo sin tener que variar la altura del lecho fluidizado dentro de la cámara de combustión cilíndrica, la cámara de combustión que se encuentra en un recipiente a presión es realizada con una cámara de combustión principal y con una cámara de recuperación de energía térmica. Para la separación de estas dos cámaras en cuanto a la técnica de combustión y al procedimiento, la cámara de combustión principal está situada... [Seguir leyendo]

1. Generador de vapor continuo con combustión atmosférica en lecho fluidizado circulante, con una cámara de combustión (3) de lecho fluidizado, en el que la cámara de combustión (3) de lecho fluidizado está limitada esencialmente por todos lados por paredes perimetrales (4) y formada por paredes de tubos estancas al gas y realizadas con tubos (5) esencialmente verticales y presenta al menos un embudo (6, 7) en la zona inferior, y en la cámara de combustión (3) de lecho fluidizado está prevista al menos una superficie de calentamiento (8) dispuesta esencialmente vertical y provista de tubos (9) verticales, estando formada la superficie de calentamiento (8) por una combinación de tubo-nervio-tubo soldada, y en la que los tubos (5, 9) de las paredes perimetrales (4) y de la superficie de calentamiento (8) son atravesados por un medio de trabajo agua/vapor que fluye a través de ellas, caracterizado por que todos los tubos (5, 9) de las paredes perimetrales (4) y de la superficie de calentamiento (8) están realizados como superficie de calentamiento de evaporador y están montadas en paralelo para el flujo de todo el medio de trabajo que se va a evaporar, por que todos los tubos (5) de las paredes perimetrales (4) y de la superficie de calentamiento (8) están realizados con superficie interior de tubo lisa, por que la superficie de calentamiento (8) se extiende entre la base (4.1) de la cámara de combustión o el canto superior (24) del embudo y la cubierta (4.3) de la cámara de combustión, por que la superficie de calentamiento (8) está realizada como caja que puede ser calentada por un lado y tiene una configuración tubo-nervio-tubo con soldadura estanca al gas, y por que el flujo de medio de trabajo de los tubos (5, 9) de las paredes perimetrales (4) y de la superficie de calentamiento (8) se realiza sin ayuda de colectores intermedios.

2. Generador de vapor continuo según la reivindicación 1, caracterizado por que la superficie de calentamiento (8) tiene una sección transversal con forma de caja con un ancho (B) y una profundidad (T) y encierra periféricamente un espacio interior (23) y está cerrada por su contorno.

3. Generador de vapor continuo según la reivindicación 2, caracterizado por que la sección transversal de la superficie de calentamiento (8) con forma de caja está realizada al menos triangular o redonda.

4. Generador de vapor continuo según la reivindicación 2, caracterizado por que la sección transversal de la superficie de calentamiento (8) con forma de caja está realizada rectangular.

5. Generador de vapor continuo según la reivindicación 2, caracterizado por que los tubos (9) de la superficie de calentamiento (8) con forma de caja y provista de un revestimiento refractario (25) en zona del embudo (6, 7) de la cámara de combustión están curvados en la zona de la cámara interior (23) en la zona de transición (26) entre la zona de la superficie de calentamiento revestida y no revestida (27) y los cantos delanteros del revestimiento refractario (25) y de la zona no revestida (27) de la superficie de calentamiento (8) están realizados alineados en dirección vertical.

6. Generador de vapor continuo según al menos una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado por que los tubos (5) de las paredes perimetrales (4) poseen esencialmente la misma longitud calentada.

7. Generador de vapor continuo según al menos una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado por que los tubos (9) de la superficie de calentamiento (8) poseen esencialmente la misma longitud calentada que los tubos (5) de las paredes perimetrales (4) .