Refrigerador de aire para centrales eléctricas así como aplicación de un refrigerador de aire de este tipo.

Refrigerador de aire (10) para centrales eléctricas (40), que comprende un recipiente de presión (39),

en el queestá alojada una disposición coaxial (24, 25, 26) formada por un tubo central cilíndrico (24), un haz de tubos (25) deforma helicoidal, que rodea el tubo central (24) y una envolvente cilíndrica (26) que rodea el haz de tubos (25), en elque el tubo central (24) desemboca en un extremo de la disposición coaxial (24, 25, 26) en un primer espacio (33)que se conecta en el haz de tubos (25) y que está cerrado hacia fuera a través de una envolvente (26), en el que,además, el tubo central (24) puede ser impulsado con aire en el otro extremo de la disposición coaxial (24, 25, 26) através de un segundo espacio (34) que se conecta en el haz de tubos (25) por medio de un racor de entrada de aire(23) desde el exterior del recipiente de presión (39), y en el que están previstos medios de conexión (31, 32) para elhaz de tubos (25), a través de los cuales se puede alimentar agua desde el otro extremo de la disposición coaxial(24, 25, 26) hasta el haz de tubos y se puede extraer vapor en uno de los extremos desde el haz de tubos (25), y elsegundo espacio (34) es accesible desde el exterior a través de un racor de salida de aire (29), caracterizado porquela envolvente que rodea el haz de tubos (25) y el primer espacio (33) está configurada como envolvente interior (26)separada del recipiente de presión, porque la envolvente interior (26) está rodeada concéntricamente por unaenvolvente exterior cilíndrica (28) de recipiente de presión bajo la formación de un intersticio anular (27) entre laenvolvente interior (26) y la envolvente exterior (28), porque, además, fuera del primer espacio (33) y dentro delrecipiente de presión (39) está configurado un tercer espacio (35), que está en comunicación a través del intersticioanular (27) con el segundo espacio (34), y porque el tercer espacio (35) está en comunicación con el racor de salidade aire (29) a través de medios de unión (30, 36, 38) separados, de tal manera que durante el funcionamiento seajusta una presión (p3) en el tercer espacio (35), que es menor que la presión (p2) en el segundo espacio.

Refrigerador de aire para centrales eléctricas así como aplicación de un refrigerador de aire de este tipo

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de la técnica de las centrales eléctricas. Se refiere a un refrigerador de aire de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 así como a una aplicación de un refrigerador de aire de este tipo.

Un refrigerador de aire del tipo mencionado al principio se conoce, por ejemplo, a partir de la publicación EP-A1-0 773 349 (ver allí la figura 5 y la descripción correspondiente) .

Estado de la técnica

En instalaciones de turbinas de gas es habitual refrigerar el aire extraído desde el compresor por medio de inyección de agua o por medio de refrigeración externa, antes de que éste sea alimentado como aire de refrigeración al sistema de refrigeración de la turbina. En este caso, este calor se pierde en gran medida en el sistema general.

En cambio, en instalaciones de ciclo combinado se realiza de manera conocida la mayoría de las veces una refrigeración del aire con agua en un intercambiador de calor de aire y agua y el calor producido a partir de la refrigeración del aire de refrigeración es utilizable de nuevo. Por medio de bombas de transporte se eleva la presión en el lado del agua para la prevención de una evaporación por encima de la presión del vapor saturado y el agua calentada en el refrigerador es expandida posteriormente en un sistema de baja presión, en el que se puede evaporar. En una solución modificada, el intercambiador de calor es accionado en paralelo a un economizador de un generador de calor perdido conectado a continuación del grupo de turbinas de gas.

Como calentador de circulación forzada, el refrigerador de aire está integrado en una central eléctrica de ciclo combinado. De esta manera se consiguen una regulación más sencilla y un rendimiento más elevado frente a la refrigeración mencionada anteriormente de las instalaciones de turbinas de gas. La figura 1 – que corresponde a la figura 1 de la publicación mencionada al principio- muestra una central eléctrica de ciclo combinado 40 con un turbo grupo de gas y un turbo grupo de vapor. El turbo grupo de gas está constituido por un compresor 1, una cámara de combustión conectada a continuación 2 y una turbina de gas 3 dispuesta curso debajo de la cámara de combustión 2. En la turbina de gas 3 está acoplado un generador 4, que se ocupa de la generación de corriente. El aire de aspiración 5 aspirado por el compresor 1 es conducido después de la compresión como aire comprimido 6 a la cámara de combustión 2 y es mezclado allí con combustible 7 líquido y/o en forma de gas inyectado. La mezcla de combustible y aire correspondiente es quemad. El gas caliente 8 que circula desde la cámara de combustión es expandido a continuación en la turbina de gas 3 bajo potencia de trabajo. El gas de escape 8 de la turbina de gas 3 es utilizado a continuación en un generador de vapor de calor perdido 15 del circuito de vapor conectado a continuación.

Puesto que la carga de calor de la cámara de combustión 2 y de la turbina de gas 3 es muy alta, debe realizarse una refrigeración lo más efectiva posible de los agregados solicitados térmicamente. Esto se realiza con la ayuda de un refrigerador de aire 10, que es un generador de vapor de hélice. El refrigerador de aire 10 es atravesado por la corriente de una cantidad parcial de aire comprimido 11 tomada desde el compresor 1, la cual está ya muy caliente. El intercambio de calor dentro del refrigerador de aire 10 se realiza con la corriente parcial de agua 12 que circula a través de los tubos del generador de vapor de hélice. El aire comprimido 11 es refrigerado, por lo tanto, en uno de los lados, de tal manera que a continuación es conducido como aire de refrigeración 13 a los agregados a refrigerar.En la figura 1 se representa como ejemplo el refrigerador de alta presión. Éste extrae aire 11 totalmente comprimido en la salida del compresor 1 y su aire refrigerado 13 es utilizado para la refrigeración de agregados en la cámara de combustión 2 y en la fase más alta de presión de la turbina de gas 3. Como alternativa a ello se puede extraer también aire de baja presión desde una fase intermedia del compresor 1, que se emplea para fines de refrigeración en la fase de presión correspondiente de la turbina de gas 3.

En el otro lado, la corriente parcial de agua 12 en el refrigerador de aire de refrigeración 10 es calentada tan fuertemente que el agua se evapora. Este vapor 14 es conducido entonces según la figura 1 a la parte delrecalentador de un generador de vapor de calor perdido 15. Éste multiplica el vapor fresco 16, con el que se impulsa la turbia de vapor 17 y, por lo tanto, sirve para la mejora del rendimiento de toda la instalación. En este funcionamiento normal de la central eléctrica, el valor 14 generado en el refrigerador de aire de refrigeración es utilizado, por lo tanto, de una manera óptima desde el punto de vista de la técnica energética. De la misma manera, es posible mezclar el vapor 14 directamente con el vapor frío o conducirlo a la cámara de combustión o bien a la turbina de gas.

El generador de vapor de calor perdido 15 circula con gas de escape 9 provisto todavía con un potencial calórico altohacia la turbina de gas 3. Ésta convierte, por medio de un procedimiento de intercambio de calor, el agua de alimentación 18 que entra en el generador de vapor de calor perdido 15, en vapor frío 16, que forma entonces el medio de trabajo del resto del circuito de vapor. Los gases de escape aprovechados calóricamente circulan a continuación como gas de humo 19 al aire libre. La energía producida a partir de la turbina de vapor 17 es convertida en corriente a través de otro generador 20 acoplado. En la figura 1 se representa como ejemplo una disposición de varios árboles. Evidentemente también se pueden seleccionar disposiciones de un árbol, en las que la turbina de gas 3 y la turbina de vapor 17 funcionan sobre un árbol y accionan el mismo generador. El vapor de salida 21 desde la turbina de vapor 17 es condensado en un condensador 22 refrigerado por agua o por aire. El producto condensado es bombeado entonces por medio de una bomba no representada aquí a un depósito de agua de alimentación / desgasificador dispuesto curso abajo del condensador 22 y no mostrado en la figura 1. A continuación se bombea el agua de alimentación 18 a través de otra bomba al generador de vapor de calor perdido 15 para un nuevo ciclo o bien se conduce una corriente parcial 12 del agua a través de una válvula de regulación no mostrada aquí hacia el refrigerador de aire 10.

En la publicación EP-A1-0 773 349 mencionada al principio, en las figuras 2 a 5 y en las partes correspondientes de la descripción se proponen ahora diferentes tipos de refrigeradores de aire, que son especialmente adecuados para el empleo en una central eléctrica de ciclo combinado de acuerdo con la figura 1. En las formas de realización de las figuras 2 a 4, el aire de refrigeración a refrigerar es conducido por el interior en el refrigerador de aire colocado vertical en un tubo central desde abajo hacia arriba por delante del haz de tubos de forma helicoidal del intercambiador de calor dispuesto en un recipiente de presión, es desviado por encima del haz de tubos hacia abajo y circula a través del haz de tubos desde arriba hacia abajo bajo la cesión de calor al vapor de agua que circula en el haz de tubos a contra corriente (desde abajo hacia arriba) . El aire de refrigeración refrigerado que sale por abajo desde el haz de tubos es desviado de nuevo y circula en el recipiente de gas en el exterior por delante del haz de tubos hacia arriba, donde es tomado desde el recipiente de presión. Puesto que en estas configuraciones del refrigerador de aire el lado interior de la pared exterior del recipiente de presión está expuesto exclusivamente al aire de refrigeración ya refrigerado, la pared exterior se puede diseñar para una temperatura de funcionamiento comparativamente baja, lo que implica ventajas considerables, por ejemplo, en lo que se refiere a las resistencias necesarias. En cambio, es un inconveniente que la corriente total de aire debe desviarse hacia arriba, que se necesita un canal anular grande para la corriente total de aire desviada y que el racor de salida colocado arriba no pasa hacia la turbina.

En cambio, en la forma de realización de la figura 5 del documento EP-A1-0 773 349 se prescinde de la segunda desviación del aire de refrigeración en la salida del haz de tubos y el aire refrigerado es tomado directamente debajo del haz de tubos desde el recipiente de presión, que forma al mismo tiempo también el recipiente para el haz de tubos. Esta variante tiene diferentes... [Seguir leyendo]

1. Refrigerador de aire (10) para centrales eléctricas (40) , que comprende un recipiente de presión (39) , en el que está alojada una disposición coaxial (24, 25, 26) formada por un tubo central cilíndrico (24) , un haz de tubos (25) de forma helicoidal, que rodea el tubo central (24) y una envolvente cilíndrica (26) que rodea el haz de tubos (25) , en el que el tubo central (24) desemboca en un extremo de la disposición coaxial (24, 25, 26) en un primer espacio (33) que se conecta en el haz de tubos (25) y que está cerrado hacia fuera a través de una envolvente (26) , en el que, además, el tubo central (24) puede ser impulsado con aire en el otro extremo de la disposición coaxial (24, 25, 26) a través de un segundo espacio (34) que se conecta en el haz de tubos (25) por medio de un racor de entrada de aire (23) desde el exterior del recipiente de presión (39) , y en el que están previstos medios de conexión (31, 32) para el haz de tubos (25) , a través de los cuales se puede alimentar agua desde el otro extremo de la disposición coaxial (24, 25, 26) hasta el haz de tubos y se puede extraer vapor en uno de los extremos desde el haz de tubos (25) , y el segundo espacio (34) es accesible desde el exterior a través de un racor de salida de aire (29) , caracterizado porque la envolvente que rodea el haz de tubos (25) y el primer espacio (33) está configurada como envolvente interior (26) separada del recipiente de presión, porque la envolvente interior (26) está rodeada concéntricamente por una envolvente exterior cilíndrica (28) de recipiente de presión bajo la formación de un intersticio anular (27) entre la envolvente interior (26) y la envolvente exterior (28) , porque, además, fuera del primer espacio (33) y dentro del recipiente de presión (39) está configurado un tercer espacio (35) , que está en comunicación a través del intersticio anular (27) con el segundo espacio (34) , y porque el tercer espacio (35) está en comunicación con el racor de salida de aire (29) a través de medios de unión (30, 36, 38) separados, de tal manera que durante el funcionamiento se ajusta una presión (p3) en el tercer espacio (35) , que es menor que la presión (p2) en el segundo espacio.

2. Refrigerador de aire de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de unión separados comprenden al menos un racor de salida (36) que desemboca en el tercer espacio (35) así como un tubo de unión (30) , que conecta el al menos un racor de salida (36) con el racor de salida de aire (29) .

3. Refrigerador de aire de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el tubo de unión termina dentro del racor de salida de aire (29) en un difusor (38) .

4. Refrigerador de aire de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el intersticio anular

(27) y los medios de conexión (30, 36, 38) separados están dimensionados de tal forma que la corriente de aire de derivación que circula a través del intersticio anular (27) representa aproximadamente el 10 % de la corriente de aire que circula en total a través del ventilador de aire (10) .

5. Refrigerador de aire de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en la zona del segundo espacio (34) en el recipiente de presión (39) está dispuesta una cámara de entrada de agua (31) que está en comunicación con el lado del haz de tubos (25) dirigido hacia el segundo espacio (34) y en la zona del tercer espacio (35) está dispuesta una cámara de salida de vapor (32) que está en comunicación con el lado del haz de tubos (25) que está dirigido hacia el tercer espacio (35) .

6. Refrigerador de aire de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el refrigerador de aire (10) está vertical, y porque el segundo espacio (34) está dispuesto abajo y el tercer espacio (33, 35) está dispuesto arriba.

7. Utilización del refrigerador de aire (10) de acuerdo con la reivindicación 1 para la refrigeración del aire de refrigeración (11) tomado desde un compresor (1) en una central eléctrica de ciclo combinado (40) , en la que el agua para la alimentación del haz de tubos (25) es tomada desde un generador de vapor de valor perdido (15) y el valor generado en el haz de tubos (25) es alimentado al generador de vapor de calor perdido (15) .