Instalación con turbina de gas y turbina de vapor, y el método correspondiente.

Instalación con turbina de gas y turbina de vapor, con una gasificación de carbón integrada,

que comprende unaturbina de gas (1), un sistema de combustible (8) conectado antes de una cámara de combustión (3) de la turbina degas (1), que comprende un dispositivo de gasificación (10) para combustible fósil, y un conducto de gas (9) quederiva del dispositivo de gasificación (10) y que desemboca en la cámara de combustión (3) de la turbina de gas (1),en donde aguas arriba de la cámara de combustión (3) se conecta en el conducto de gas (9) un saturador (21) parasaturar el combustible con vapor, caracterizada porque se proporciona un conducto de purga (42) que desembocaen el conducto de gas (9), entre el dispositivo de gasificación (10) y el saturador (21).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10166084.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: SCHIFFERS, ULRICH, KEYSER,JENS, REIMUTH,OLIVER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01K23/06 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01K PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR; PLANTAS MOTRICES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; MOTORES QUE UTILIZAN CICLOS O FLUIDOS DE TRABAJO ESPECIALES (plantas de turbinas de gas o de propulsión a reacción F02; producción de vapor F22; plantas de energía nuclear, disposición de motores en ellas G21D). › F01K 23/00 Plantas motrices caracterizadas por tener más de un motor suministrando energía al exterior de la planta, estando estos motores accionados por fluidos diferentes. › el calor de combustión de uno de los ciclos calienta el fluido del otro ciclo.
  • F02C3/28 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 3/00 Plantas motrices de turbinas de gas caracterizadas por la utilización de productos de combustión como fluido energético (generado por combustión intermitente F02C 5/00). › utilizando un productor de gas separado para gasificación del combustible antes de la combustión.
  • F02C6/18 F02C […] › F02C 6/00 Plantas motrices de turbinas de gas múltiples; Combinaciones de plantas motrices de turbinas de gas con otros aparatos (predominando los aspectos concernientes a tales aparatos, ver las clases apropiadas para los aparatos ); Adaptaciones de plantas de turbina de gas para usos especiales. › Utilización del calor perdido de las plantas motrices de turbinas de gas fuera de las plantas mismas, p. ej. potencia de las turbinas de gas para calentar plantas (utilización del calor perdido como fuente de energía para refrigeración de plantas F25B 27/02).
  • F02C7/30 F02C […] › F02C 7/00 Características, partes constitutivas, detalles o accesorios, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F02C 1/00 - F02C 6/00; Tomas de aire para plantas motrices de propulsión a reacción (control F02C 9/00). › Prevención de la corrosión en los espacios barridos por los gases.

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Instalación con turbina de gas y turbina de vapor, y el método correspondiente.

Fragmento de la descripción:

Instalación con turbina de gas y turbina de vapor, y el método correspondiente La presente invención hace referencia a una instalación con turbina de gas y turbina de vapor, con un dispositivo de gasificación para un combustible fósil, y un sistema de combustible de gas de síntesis correspondiente, así como un método para la purga del sistema de combustible de gas de síntesis de una instalación de esta clase.

La tarea del sistema de combustible de gas de síntesis consiste en preparar en una turbina de gas, un gas de síntesis para la combustión obtenido de una gasificación de un combustible (por ejemplo, carbón) y depurado a continuación (en correspondencia con los requisitos de las turbinas de gas) . Para poder poner en marcha el sistema debidamente, y para poder realizar debidamente las reparaciones ante fallos o defectos, se presenta la necesidad de inertizar el sistema.

En las instalaciones de GICC conocidas (GICC: gasificación integrada en ciclo combinado, es decir, instalaciones con turbina de gas y turbina de vapor con gasificación integrada) , la inertización se realiza con la ayuda del medio de purga vapor. Sin embargo, ante periodos de tiempo de inactividad prolongados, se puede generar corrosión durante los periodos de inactividad, ocasionada por el vapor condensado en el interior de los conductos del sistema de combustible, en combinación con compuestos de azufre (en el rango de ppm) que no se podrían separar del flujo de gas de síntesis en el interior de la instalación de desulfuración.

Por consiguiente, para evitar dicho problema se ha proporcionado aguas arriba de la turbina de gas, un sistema de purga con nitrógeno (N2) , particularmente nitrógeno puro, como medio de inertización, con el cual se purga a partir del dispositivo de cierre del gas hacia adelante, hacia la turbina de gas. El dispositivo de cierre de gas comprende dos válvulas, por ejemplo, válvulas de bola. Entre ambas válvulas se encuentra conectada una descarga intermedia o un conducto bajo presión. La descarga intermedia se puede conectar a una antorcha, mediante la cual se puede quemar el gas excedente. De manera alternativa a la descarga intermedia, se puede conectar un conducto bajo presión que no permita el ingreso de gas a través de las válvulas del dispositivo de cierre del gas. Para cumplir con las normas técnicas de seguridad pertinentes, el dispositivo de cierre del gas separa el sistema de combustible de manera impermeable al gas, en una primera zona (sistema de gasificación) aguas arriba del dispositivo de cierre del gas, y una segunda zona (sistema de combustible de la turbina de gas) aguas abajo del dispositivo de cierre del gas.

En comparación con el vapor, que en combinación con el azufre y la condensación puede conducir a la corrosión, en el caso del nitrógeno no existe el riesgo de una corrosión. El nitrógeno se obtiene en el sistema de separación de aire, como nitrógeno de alta pureza y, de esta manera, se puede utilizar para la inertización del sistema de combustible. Dicho concepto ya se encuentra patentado (patente DE 10002084 C2) .

La zona frontal del sistema de combustible (es decir, aguas arriba del dispositivo de cierre del gas y del sistema saturador) en este caso no se inertiza. En el caso que también se deba inertizar dicha zona, ante una marcha y una parada normal, el sistema es inertizado por el gasificador con nitrógeno de alta pureza, y la zona se mantiene bajo presión. Sin embargo, ante un fallo del sistema gasificador, no resulta posible esta clase de inertización.

Por consiguiente, el objeto de la presente invención consiste en una instalación con turbina de gas y turbina de vapor de la clase anteriormente mencionada, en la que el sistema de combustible se puede purgar de una manera particularmente fiable. Además, se proporciona un método que permite de una manera fiable y particularmente simple, una purga del sistema de combustible de la instalación con turbina de gas y turbina de vapor.

Conforme a la presente invención, dicho objeto se resuelve mediante el dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, y el método de acuerdo con la reivindicación 9. Los perfeccionamientos ventajosos de la presente invención se definen en las respectivas reivindicaciones relacionadas. En tanto que en el caso de una instalación con turbina de gas y turbina de vapor, con una gasificación de carbón integrada, que comprende una turbina de gas, un sistema de combustible conectado antes de una cámara de combustión de la turbina de gas, que comprende un dispositivo de gasificación para combustible fósil, y un conducto de gas que deriva del dispositivo de gasificación y que desemboca en la cámara de combustión de la turbina de gas, en donde aguas arriba de la cámara de combustión se conecta en el conducto de gas, un saturador para saturar el combustible con vapor, se proporciona un conducto de purga que desemboca en el conducto de gas, entre el dispositivo de gasificación y el saturador, y se logra lo siguiente:

Ante un fallo de la inertización con nitrógeno mediante el gasificador, se puede activar una “purga de emergencia” del sistema de combustible dispuesto aguas abajo, y se puede realizar durante un periodo de tiempo determinado. De esta manera, se puede lograr una inertización del sistema de combustible también por encima del dispositivo de cierre del gas.

La ventaja de dicho concepto consiste en que se puede garantizar una inertización de la parte del sistema de combustible dispuesta aguas arriba, también en el caso de un fallo de la inertización por parte del gasificador. De

esta manera, se logra una inertización del sistema de combustible, independiente del gasificador o de los sistemas antepuestos. Dicha ventaja puede resultar efectiva en las denominadas plantas de poligeneración. En este caso, además de una producción de flujo posible a través de la turbina de gas, también se puede lograr una producción de sustancias adicionales (por ejemplo, SNG: gas natural sintético o bien, gas natural sustituto) . En el caso que se presente una perturbación en la parte aguas abajo del sistema de combustible, la planta de poligeneración se puede continuar accionando, es decir, que el gasificador y el tratamiento del gas continúan funcionando. En este caso, se pone fuera de servicio sólo la parte del sistema de combustible en la que el combustible se condiciona convencionalmente, es decir, los sistemas dispuestos aguas abajo. Sin el concepto descrito no se podría inertizar dicha parte del sistema de combustible para fines de mantenimiento o similares, dado que el gasificador y el tratamiento del gas aún se encuentran en funcionamiento. Dicho sistema resulta ventajoso también en los posibles procesos de puesta en marcha. La puesta en marcha del gasificador de una central eléctrica de GICC puede demorar varias horas. En conclusión inversa, es posible no desconectar el gasificador para tareas de mantenimiento en los sistemas dispuestos aguas abajo. También en este caso, resulta ventajosa una inertización independiente en partes del sistema de combustible.

De manera ventajosa, el conducto de purga desemboca en el conducto de gas, entre el dispositivo de gasificación y el dispositivo mezclador, el cual se encuentra conectado aguas arriba del saturador en el conducto de gas para el suministro de nitrógeno en el gas de síntesis.

Además, resulta ventajoso cuando una instalación de desulfuración se conecta en el conducto de gas aguas arriba del punto en el que el conducto de purga desemboca en el conducto de gas.

Mediante dicha selección de la desembocadura entre la instalación de desulfuración y el dispositivo mezclador, se logra una purga para todos los componentes que participan en el acondicionamiento del combustible, sin la necesidad de interrumpir el proceso de depuración del combustible.

Convenientemente, el conducto de purga se conecta con una salida de nitrógeno puro de un sistema de separación de aire, que suministra el oxígeno para la gasificación, en donde también se presenta el nitrógeno. La conexión del conducto de purga con la salida de nitrógeno puro del sistema de separación de aire, se puede realizar directamente o a través de otros conductos, por ejemplo, a través de un conducto de alimentación proveniente del sistema de separación de aire, y en el caso que además del conducto de purga se proporcionen otros conductos de purga, a través de un conducto de purga principal, desde el cual derivan el conducto de purga y los conductos de purga adicionales.

De manera ventajosa, un depósito temporal de nitrógeno se conecta entre el conducto de alimentación y el conducto de purga principal. Mediante el depósito temporal de nitrógeno se garantiza una purga para el... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Instalación con turbina de gas y turbina de vapor, con una gasificación de carbón integrada, que comprende una turbina de gas (1) , un sistema de combustible (8) conectado antes de una cámara de combustión (3) de la turbina de gas (1) , que comprende un dispositivo de gasificación (10) para combustible fósil, y un conducto de gas (9) que deriva del dispositivo de gasificación (10) y que desemboca en la cámara de combustión (3) de la turbina de gas (1) , en donde aguas arriba de la cámara de combustión (3) se conecta en el conducto de gas (9) un saturador (21) para saturar el combustible con vapor, caracterizada porque se proporciona un conducto de purga (42) que desemboca en el conducto de gas (9) , entre el dispositivo de gasificación (10) y el saturador (21) .

2. Instalación con turbina de gas y turbina de vapor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde aguas arriba del saturador (21) se conecta en el conducto de gas (9) un dispositivo mezclador (17) para el suministro de nitrógeno en el gas de síntesis, en donde el conducto de purga (42) desemboca en el conducto de gas (9) , entre el dispositivo de gasificación (10) y el dispositivo mezclador (17) .

3. Instalación con turbina de gas y turbina de vapor de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde una instalación de desulfuración (20) se conecta en el conducto de gas (9) aguas arriba del punto en el que el conducto de purga (42) desemboca en el conducto de gas (9) .

4. Instalación con turbina de gas y turbina de vapor de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el conducto de purga (42) se conecta con una salida de nitrógeno puro de un sistema de separación de aire (13) , a través de un conducto de purga principal (41) y un conducto de alimentación (34) .

5. Instalación con turbina de gas y turbina de vapor de acuerdo con la reivindicación 4, en donde un depósito temporal de nitrógeno (37) se conecta entre el conducto de alimentación (34) y el conducto de purga principal (41) .

6. Instalación con turbina de gas y turbina de vapor de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 ó 5, en donde en el conducto de alimentación (34) desemboca un conducto de reserva (39) que se encuentra conectado en el lado de la entrada con un sistema de llenado de emergencia (40) para nitrógeno, particularmente para nitrógeno puro.

7. Instalación con turbina de gas y turbina de vapor de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde en el conducto de gas (9) se conecta un dispositivo de cierre de gas (28) , entre el saturador (21) y la cámara de combustión (3) , y otro conducto de purga (44) desemboca en el conducto de gas (9) entre el dispositivo de cierre de gas (28) y la cámara de combustión (3) .

8. Instalación con turbina de gas y turbina de vapor de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el conducto de purga adicional (44) deriva del conducto de purga principal (41) .

9. Método para la purga de, al menos, una parte de un sistema de combustible (8) de una instalación con turbina de gas y turbina de vapor, con gasificación integrada, en donde el sistema de combustible (8) comprende un gasificador

(10) desde el cual deriva un conducto de gas (9) que desemboca en una cámara de combustión (3) , y en donde el sistema de combustible (8) comprende además un saturador (21) que se conecta con el conducto de gas (9) , caracterizado porque el sistema de combustible (8) se purga mediante la introducción de un medio de purga en el conducto de gas (9) , entre el gasificador (10) y el saturador (21) , en dirección hacia la cámara de combustión (3) .

10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el medio de purga es nitrógeno puro.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el nitrógeno puro se toma de un sistema de separación de aire (13) .

12. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 11, en donde el medio de purga se suministra entre un dispositivo mezclador (17) conectado con el conducto de gas (9) , que se utiliza para añadir nitrógeno al combustible, y una instalación de desulfuración (20) .


 

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