UN METODO Y UN SISTEMA PARA LA RECONVERSION OPERATIVA DE PARES DE TURBO-UNIDADES DE VAPOR PRE-EXISTENTES.

Un método para obtener la reconversión operativa de un par de turbo- unidades de vapor pre-existentes,

en el que al menos un par de dichas turbounidades de vapor, una primera de las cuales comprende una primera turbina de vapor (2) y un primer generador eléctrico (6), conectado en un primer eje común (4), y una segunda que comprende una segunda turbina de vapor (3) y un segundo generador eléctrico (7), conectado en un segundo eje común (5), se acoplan entre sí en una configuración de tipo compuesto cruzado; caracterizándose dicho método por que comprende al menos: - una primera etapa de desmantelamiento y retirada de las secciones de alta presión y presión media de ambas dichas turbinas de vapor; - una segunda etapa de sustitución de las secciones retiradas por una nueva sección de alta presión (10) en el primer eje y una nueva sección de presión media (14) en el segundo eje, haciendo dichas nuevas secciones de alta presión y presión media de manera que ocupen, al menos, parte del espacio dejado libre, en cada eje, por ambas sección de alta presión y sección de presión media retiradas del eje, dejando los fundamentos pre-existentes sin alterar; y - una tercera etapa de ajuste, en conexión hidráulica, en forma de cascada, de la nueva sección de alta presión en el primer eje y la nueva sección de presión media en el segundo eje, a una sola caldera supercrítica (22), de manera que esta última podrá suministrar uno y el mismo flujo de vapor en serie, a una nueva sección a alta presión y, después, a una nueva sección a presión media

La presente invención se refiere a un método para obtener la reconversión operativa de pares de turbo-unidades de vapor pre-existentes. La invención, además, se refiere a un sistema para la producción de energía mediante al menos un par de turbinas de vapor que funcionan en la configuración denominada de compuesto cruzado, es decir, en la que cada turbina se instala en un eje diferente y hace funcionar un generador propio.

Se sabe que numerosos sistemas para la generación de energía están basados en un par de turbo-unidades, que funcionan en configuración de tándem de compuestos, en las que cada turbo-unidad incluye un generador eléctrico accionado en el mismo eje mediante una turbina de vapor suministrada por una caldera propia que quema aceite o que quema carbón, con condiciones de vapor subcríticas tanto en el vapor supercalentado (SH) para admisión a alta presión (HP) como en el vapor re-supercalentado (RH) para admisión a presión media (MP). Las turbinas de vapor generalmente son del tipo de dos cuerpos (una sección combinada HP-MP y una sección de baja presión (LP).

Los tipos anteriores de sistemas presentan una eficacia relativamente baja, de manera que la tendencia es convertir dicho sistema en un sistema de aproximadamente la misma potencia, que presente condiciones supercríticas y/o ultrasupercríticas a una admisión HP y MP (para aumentar la eficacia) y que esté basado en una sola caldera, que suministre a ambas turbinas preexistentes, reconfiguradas en una configuración de compuesto cruzado.

Para el fin anterior, la técnica conocida prevé, además de sustituir las dos calderas por una nueva caldera de aproximadamente dos veces la potencia en caballos de vapor, la sustitución de las dos turbinas de vapor o de al menos las dos secciones HP-MP combinadas con tantas secciones nuevas como para satisfacer las mayores condiciones de diseño (presión y temperatura del vapor en la admisión a las secciones HP y MP), para las que los materiales y el diseño original de las turbinas pre-existentes ya no son adecuados.

Sin embargo, dicha solución no está libre de inconvenientes. Además de ser costosa, las nuevas secciones de la turbina de vapor presentan, de hecho niveles de eficacia que están penalizados, comparados con las nuevas condiciones de vapor supercrítico o ultrasupercrítico, por el número de etapas limitadas por el estorbo del fundamento existente.

Con una sola caldera, que suministra a las dos turbo-unidades, el sistema de regulación y el funcionamiento de las propias turbo-unidades juntas representan, entonces, un elemento de mayor complejidad. Como se muestra en el documento JP59003104A, de hecho, es necesario proporcionar colectores para el vapor SH y RH, desde los que ambas turbo-unidades tienen que suministrarse de forma ramificada, y es problemático adaptar las condiciones de vapor a los requisitos de las dos turbo-unidades (que pueden ser diferentes una de otra y, por ejemplo, con una unidad en uso y la otra unidad en su fase de arranque después de una parada). Por ejemplo, es necesario doblar, entre otras cosas, el número total de válvulas principales y el número de sistemas de regulación y protección.

Los sistemas en configuración de compuesto cruzado con diferentes distribuciones se conocen también en la técnica, por ejemplo a partir de los documentos US-A-4316362, NL247242A y JPA59-60008. Las configuraciones conocidas a partir de dichos documentos, sin embargo, son adecuadas sólo para sistemas previstos recientemente y no para la reconfiguración de los sistemas pre-existentes. Adicionalmente, los sistemas conocidos a partir de dichos documentos presentan distribuciones complejas.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un método para posibilitar la conversión de un sistema termoeléctrico tradicional alimentado mediante un ciclo de vapor subcrítico y basado en un par de turbo-unidades de vapor de tamaño similar en un solo grupo de turbo-unidades en configuración de compuesto cruzado con una potencia de aproximadamente dos veces, que estará libre de los inconvenientes descritos y que, en particular, posibilitará la adaptación necesaria de las turbo-unidades de vapor presentes a obtener con inversiones relativamente reducidas, en tiempos cortos, de una manera sencilla y al mismo tiempo conseguir altos niveles de eficacia energética.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un sistema para la producción de energía que será sencillo y barato de instalar, en particular en el caso de la reconversión de un sistema pre-existente basado en un ciclo de vapor subcrítico tradicional en un sistema supercrítico, que será altamente

fiable y relativamente sencillo de controlar.

De acuerdo con la invención, se proporciona un método para obtener, por lo tanto, la reconversión operativa de pares de turbo-unidades de vapor pre-existentes, de acuerdo con lo que se define en la reivindicación 1.

De acuerdo con la invención, se proporciona adicionalmente un sistema para la producción de energía mediante al menos un par de turbinas de vapor que funcionan en configuración de compuesto cruzado, de acuerdo con lo que se define en la reivindicación 8.

En particular, en el sistema de acuerdo con la invención, una primera turbina de vapor se acopla en un primer eje a un primer generador eléctrico, y una segunda turbina de vapor se acopla en un segundo eje a un segundo generador eléctrico. La primera turbina de vapor incluye justo una sección de alta presión y una primera sección de baja presión, mientras que la segunda turbina de vapor incluye justo una sección de presión media y una segunda sección de baja presión.

La sección de alta presión está conectada exclusivamente a la sección de presión media, aguas arriba de la misma, mientras que la sección de presión media está conectada en paralelo a dicha primera y segundas secciones de baja presión, inmediatamente aguas arriba de las mismas, mediante una tubería de una longitud relativamente corta, que conecta la sección de presión media de la segunda turbina de vapor a la segunda sección de baja presión, que está localizada en el mismo eje y, mediante una ramificación de dicha tubería, de una longitud relativamente larga, que conecta dicha sección de presión media a la primera sección de baja presión, que está localizada en el eje de dicha sección de alta presión.

Una válvula de regulación intercepta dicha ramificación en serie, tan cerca como sea posible de dicha tubería.

En lo sucesivo en este documento, mediante la expresión “conectado hidráulicamente” se entiende una conexión que posibilita que un fluido (indiferentemente, un líquido o en el presente caso un gas, es decir, en forma de vapor) fluya entre los elementos conectados. Análogamente, como puede verse, los términos “aguas arriba” y “aguas abajo” se refieren a la dirección del flujo de dicho fluido.

Uno de dichos sistemas se obtiene con el método de la invención, que comprende: una etapa de desmantelamiento y retirada de las secciones de alta presión y presión media de ambas de dichas turbinas de vapor; una etapa de sustitución de las secciones retiradas por una nueva sección de alta presión en el primer eje y una nueva sección de presión media en el segundo eje, estando hecha dicha nueva sección de alta presión y sección de presión media de manera que ocupan, al menos, parte del espacio que queda libre, en cada eje, mediante ambas sección de alta presión y sección de presión media retiradas de ese eje, dejando los fundamentos pre-existentes sin alterar; y una etapa de ajuste, en conexión hidráulica, en forma de cascada, de la nueva sección de alta presión en el primer eje y de la nueva sección de presión media en el segundo eje, con una sola caldera supercrítica, de manera que esta última sea capaz de suministrar uno y el mismo flujo de vapor, en serie, a la nueva sección de alta presión y, después, a la nueva sección de presión media.

Las ventajas, en comparación con la técnica conocida, son las siguientes: -las nuevas secciones de la turbina (un cuerpo HP que sustituye al

cuerpo HP-MP del primer eje y un cuerpo MP que sustituye al cuerpo HP-MP del segundo eje) posibilitan conseguir niveles optimizados de eficacia de las secciones individuales, teniendo en cuenta la reducción en las pérdidas secundarias (mayores dimensiones de la paleta); y

- el nuevo grupo de turbo-unidades de compuesto cruzado de doble potencia, comparado...

1. Un método para obtener la reconversión operativa de un par de turbo-unidades de vapor pre-existentes, en el que al menos un par de dichas turbo-unidades de vapor, una primera de las cuales comprende una primera turbina de vapor (2) y un primer generador eléctrico (6), conectado en un primer eje común (4), y una segunda que comprende una segunda turbina de vapor (3) y un segundo generador eléctrico (7), conectado en un segundo eje común (5), se acoplan entre sí en una configuración de tipo compuesto cruzado; caracterizándose dicho método por que comprende al menos: -una primera etapa de desmantelamiento y retirada de las secciones de alta presión y presión media de ambas dichas turbinas de vapor; -una segunda etapa de sustitución de las secciones retiradas por una nueva sección de alta presión (10) en el primer eje y una nueva sección de presión media (14) en el segundo eje, haciendo dichas nuevas secciones de alta presión y presión media de manera que ocupen, al menos, parte del espacio dejado libre, en cada eje, por ambas sección de alta presión y sección de presión media retiradas del eje, dejando los fundamentos pre-existentes sin alterar; y -una tercera etapa de ajuste, en conexión hidráulica, en forma de cascada, de la nueva sección de alta presión en el primer eje y la nueva sección de presión media en el segundo eje, a una sola caldera supercrítica (22), de manera que esta última podrá suministrar uno y el mismo flujo de vapor en serie, a una nueva sección a alta presión y, después, a una nueva sección a presión media.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende adicionalmente una etapa de ajuste, en conexión hidráulica, en paralelo, únicamente la nueva sección de presión media con las secciones de baja presión pre-existentes respectivas (12, 16) de ambas dicha primera turbina y dicha segunda turbina, instaladas respectivamente en el primer eje y el segundo, mediante una sola tubería (18), instalada aguas abajo de la nueva sección de presión media, para recoger sustancialmente todo el flujo de vapor

(V) que atraviesa esta última y suministrarlo en paralelo, directamente a la sección de baja presión pre-existente (16) del segundo eje y, a través de una ramificación (20) interceptada por una válvula de regulación (21), a la sección de baja presión pre-existente del primer eje.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por que comprende una cuarta etapa, a realizar antes de dicha tercera etapa, de retirada de las calderas subcríticas respectivas, para el accionamiento de dicha primera y segunda turbinas, y la instalación de una única de dichas calderas supercríticas, para el accionamiento de ambas turbinas.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que comprende la etapa de realizar dicha caldera supercrítica única (22) proporcionándola con al menos un supercalentador (23) y al menos un resupercalentador (24), que están dispuestos en cascada entre sí; y las etapas de conectar hidráulicamente, en serie, dicho supercalentador (23) a dicha nueva sección de alta presión del primer eje, aguas arriba de la misma, y conectar hidráulicamente, en serie, dicho re-supercalentador (24) a dicha nueva sección de presión media del segundo eje, inmediatamente aguas arriba de la misma, e inmediatamente aguas abajo de la nueva sección de alta presión.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que comprende la etapa de ajustar dicha válvula de regulación (21) en dicha ramificación tan cerca como sea posible de la tubería que conecta la ramificación y la sección de baja presión pre-existente del segundo eje a la nueva sección de presión media del segundo eje.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que comprende la etapa de realizar dicha válvula de regulación como una válvula de apertura-cierre.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que comprende la etapa de realizar dicha válvula de regulación como una válvula proporcional, controlada por un control electrónico y una unidad de protección

(45) para ambos dicho primer eje y dicho segundo eje.

8. Un sistema (1) para la producción de energía mediante al menos un par de turbinas de vapor (2, 3) que funcionan en una configuración de compuesto cruzado, en el que una primera turbina de vapor (2) está acoplada en un primer eje (4) a un primer generador eléctrico (6), y una segunda turbina de vapor (3) está acoplada en un segundo eje (5) a un segundo generador eléctrico (7); y en el que la primera turbina de vapor incluye justo una sección de alta presión y una primera sección de baja presión, mientras que la segunda turbina de vapor incluye justo una sección de presión media y una segunda sección de baja presión, en el que dicha sección de alta presión (10) está conectada exclusivamente a la sección de presión media (14), aguas arriba de la misma, mientras que la sección de presión media (14) está conectada en paralelo a dicha primera (12) y segunda (16) secciones de baja presión, inmediatamente aguas arriba de las mismas, mediante una tubería (18) de una longitud relativamente corta, que conecta la sección de presión media (14) de la segunda turbina de vapor a la segunda sección de baja presión (16), que está localizada en el mismo eje y, mediante una ramificación (20) de dicha tubería (18), de una longitud relativamente larga, que conecta dicha sección de presión media (14) con la primera sección de baja presión (12), que está localizada en el eje de dicha sección de alta presión; caracterizándose dicho sistema por que comprende adicionalmente una válvula de regulación (21) que intercepta en serie dicha ramificación (20), situándose dicha válvula de regulación (21) a lo largo de dicha ramificación (20), tan cerca como sea posible de dicha tubería (18), y por que dichas secciones de baja presión (12, 16) descargan el vapor agotado hacia un condensador diferente (40, 41), respectivamente.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que comprende adicionalmente una única caldera supercrítica (22), que suministra en forma de cascada, a dicha sección de alta presión y, después, a dicha sección de presión media.