ES2235943T3 - Procedimiento e instalacion para la elevacion de la presion de un gas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la elevación de la presión de un gas, especialmente del aire alimentado por un compresor (8) en una central eléctrica (2) con un sobrealimentador, en el que la corriente de masas (m) del gas es dividida en una corriente parcial más pequeña (t1) y en una corriente parcial mayor (t2), la corriente parcial más pequeña (t1) es alimentada a través del sobrealimentador (24) a un eyector (30) y es combinada allí con la corriente parcial mayor (t2), que es alimentada al racor de aspiración del eyector (30), y en la salida del eyector (30) se toma la corriente de masas combinada (m¿) del gas, caracterizado porque la corriente parcial menor (t1) es refrigerada antes de la alimentación al sobrealimentador (24).

Description

Procedimiento e instalación para la elevación de la presión de un gas.

La invención se refiere a un procedimiento y a una instalación para la elevación de la presión de un gas, especialmente del aire alimentado por un compresor en una central eléctrica, utilizando un sobrealimentador. En el gas se puede tratar especialmente, como se ha mencionado, del aire alimentado por un compresor, que es acondicionado con una corriente de masas grande y con una temperatura alta por el compresor.

En una central eléctrica con un sistema para la transformación de carbón bajo presión, se extrae aire comprimido desde la salida de un compresor y después de un proceso de gasificación y/o de combustión con una temperatura más alta que el gas de humo, se introduce en la parte de expansión de una turbina de gas. Condicionado por el proceso de transformación de carbón, se produce una cierta pérdida de presión en el camino del aire comprimido desde la salida del compresor hacia la entrada de la turbina de gas. Para el mantenimiento de la distancia necesaria con respecto al límite de la bomba de compresor, esta pérdida de presión no puede exceder en este caso valores límite críticos en el camino desde la salida del compresor hacia la entrada de la turbina (curva del límite de la bomba, curva del límite de funcionamiento). En una central eléctrica de este tipo se puede producir ahora una pérdida de presión muy alta, puesto que en el camino del aire, según el circuito, pueden estar dispuestos ciertos componentes de la construcción, como una instalación para la combustión de la capa turbulenta de la presión, un gasificador de carbón, una instalación para la purificación del gas y/o un quemador posterior. Esta pérdida de presión se encuentra en una central eléctrica, que trabaja con una instalación para la combustión de la capa turbulenta de la presión de la segunda generación, en el orden de magnitud de 2 bares. Esta pérdida de presión alta haría imposible, sin otras medidas, el empleo de una turbina de gas de la clase de potencia "Turbina de Gas de Alto Rendimiento".

Ahora se puede pensar en superar la alta pérdida de presión a través del montaje de un soplante o sobrealimentador. Un sobrealimentador de este tipo debe estar diseñado para toda la corriente de masas del aire necesario. No obstante, un sobrealimentador de este tipo, como está disponible actualmente, solamente permite por razones del material una temperatura de funcionamiento que se encuentra posiblemente por debajo de la del aire a alimentar por el compresor. Por lo tanto, en esta solución de sobrealimentador es necesario eventualmente de una manera adicional todavía un ventilador de aire relativamente grande e intensivo de costes, que debe conectarse aguas arriba del sobrealimentador. El sobrealimentador propiamente dicho es igualmente costoso debido a los requerimientos poco convencionales, a saber, con respecto al dominio de una corriente de masas muy grande, a la generación de una diferencia de la presión relativamente pequeña de aproximadamente 1,5 bares y con respecto a la resistencia de altas temperaturas.

Con respecto a la presión invención se conoce también a partir del estado de la técnica, por ejemplo, el documento DT 2642347. En este documento se publican una instalación y un procedimiento para el arranque rápido de turbinas de gas. La instalación presenta un acumulador de aire comprimido, estando el aire que se encuentra allí en contacto con un intercambiador de calor.

Por otra parte, se conoce, por ejemplo a partir del documento EP 0 462 458 A1 un procedimiento para la elevación de la caída de la presión condicionada por el compresor de una turbina de gas de un grupo de turbinas de gas con un generador de vapor de calor de pérdida conectado a continuación, actuando directamente aguas arriba de la turbina de gas un inyector, a través de cuya tobera colectora circula el aire precomprimido que sale desde el compresor. La tobera de accionamiento del inyector es impulsada a través de al menos una parte del vapor que aparece en el generador de vapor de calor perdido, con lo que se comprime adicionalmente el aire del compresor, sin consumo de potencia desde el rendimiento de la turbina de gas.

De acuerdo con ello, el cometido de la invención es indicar un procedimiento y una instalación del tipo mencionado al principio para la elevación de la presión de un gas, en los que se hace uso igualmente de un sobrealimentador o soplante, en los que se puede conseguir, sin embargo, con un coste comparativamente favorable a elevación pretendida de la presión.

Este cometido se soluciona según la invención con respecto al procedimiento porque la corriente de masas del gas es dividida en una corriente parcial más pequeña y en una corriente parcial mayor, porque la corriente parcial más pequeña es alimentada a través del sobrealimentador a un eyector y es combinada allí con la corriente parcial mayor, que es alimentada al racor de aspiración del eyector, y porque en la salida del eyector se toma la corriente de masas combinada del gas, siendo refrigerada la corriente parcial menor antes de la alimentación al sobrealimentador especialmente para proteger aquí, dado el caso, el sobrealimentador frente a las temperaturas demasiado alta.

La corriente parcial menor puede representar aproximadamente entre el 20 y el 40% de la corriente de masas del gas suministrado. En el campo de una central eléctrica, la relación de la corriente de masas depende del diseño de los componentes.

Es ventajoso que la corriente de masas menor, que aparece en la salida del sobrealimentador, sea alisada con respecto a las oscilaciones de la presión.

Para la aplicación del procedimiento mencionada al principio en una central eléctrica con una instalación para la combustión de la capa de turbulencia de la presión de la segunda generación, es especialmente ventajoso que la diferencia de la presión en la corriente de masas sea tan alta antes de la división y después de la combinación que no sólo se reduzca la pérdida de presión que se produce entre la salida del compresor y la entrada de la turbina de gas, sino que se compensa prácticamente del todo.

La instalación prevista para la solución del cometido mencionado para la elevación de la presión de un gas se caracteriza, según la invención, por un divisor de corriente, con el que se puede dividir la corriente de masas del gas en una corriente parcial menor y en una corriente parcial mayor, por un eyector, al que se puede alimentar la corriente parcial menor a través de un sobrealimentador, y por un conducto de derivación, a través del cual se puede alimentar la corriente parcial mayor al racor de aspiración del eyector, en el que especialmente cuando la corriente de gas suministrada tiene una temperatura demasiado alta, de manera que el sobrealimentador estaría amenazado térmicamente, se alimenta la corriente parcial menor a través de un refrigerador de aire al sobrealimentador.

De acuerdo con otra configuración ventajosa, está previsto que el sobrealimentador esté conectado con el eyector a través de un conductor, en el que está conectado un depósito intermedio para el alisamiento de oscilaciones de la presión.

La salida del eyector puede estar conectada en una central eléctrica con diferentes componentes, que necesita el gas de presión elevada, especialmente aire para su funcionamiento.

Otras configuraciones ventajosas están caracterizadas en las reivindicaciones dependientes.

A continuación se explica un ejemplo de realización de la invención con la ayuda de una figura.

La figura muestra una central eléctrica 2 con una turbina de gas 4, sobre cuyo árbol 6 se asientan un compresor 8 y un generador eléctrico 10. El generador 10 suministra energía eléctrica a una red 12. Al compresor se alimenta aire de aspiración 1 a través de un filtro (no mostrado). El aire de aspiración 1 comprimido por el compresor 8 es alimentado hacia una de las turbinas de gas 4 como aire de refrigeración p y hacia el otro componente de la central eléctrica 2 como corriente de masas m. Esta corriente de masas m llega a través de una válvula de tres pasos 14 a una instalación 16 para la elevación de la presión. En caso de emergencia, la corriente de masas m puede ser alimentada desde la válvula de tres pasos 14 a través de una derivación de emergencia 18 directamente a la turbina de gas 4.

La instalación 16 posee un divisor de la corriente 20, con el que se divide la corriente de masas m del gas en una corriente parcial menor t1 y en una corriente parcial mayor t2. La relación de la corriente de masas de estas dos corrientes parciales t1, t2 depende del diseño de los otros componentes y está aquí, por ejemplo, entre 20% y 80%. La corriente parcial menor t1 es alimentada a través de un refrigerador de aire 22, que está conectado en un circuito de vapor de agua (no mostrado), a un sobrealimentador 24, que es accionado por un motor 26. Este sobrealimentador 24 está conectado a través de un conducto 28 con un eyector 30. En el conducto 28 está conectado un depósito intermedio 32 para el alisamiento de las oscilaciones de la presión. La corriente parcial mayor t2 es alimentada a través de un conducto de derivación 34 al racor de aspiración del eyector 30. En este eyector 30 se combinan de esta manera de nuevo las dos corrientes parciales t1, t2, de manera que en su salida se puede tomar la corriente de masas combinada m' del aire. La diferencia de la presión en las corrientes de masas m y m` es en el presente caso aproximadamente 2 bares, de acuerdo con las pérdidas de presión que aparecen en los siguientes componentes.

La salida del eyector 30 está conectada a través de una línea de salida 34 con una instalación 36 para la combustión de la capa de turbulencia de la presión. En este conducto de salida 34 están previstas dos tomas de aire, que están designadas con A y B y que conducen hacia otros componentes de la central eléctrica 2.

La instalación 36 no sólo es alimentada con aire comprimido, sino también con carbón k y con un absorbente s, por ejemplo con piedra caliza (CaCO_{3}). En una salida se toma la bolsa de capa de turbulencia w. El gas de humo r de la capa de turbulencia, que se produce en la instalación 36, por ejemplo con una temperatura de 900ºC, se alimenta a un quemador posterior 42 a través de un conducto 38, en el que se encuentra un filtro de gas de humo 40. Este quemador posterior 42 es alimentado, además, con aire, a partir de la toma de aire A. El gas de humo r de la capa de turbulencia puede poseer, por ejemplo, una temperatura de 900ºC.

El quemador posterior 42 es alimentado, además, con un gas combustible b. Este gas combustible b puede poseer, por ejemplo, una temperatura de 600ºC. Se extrae desde un gasificador de carbón 46 a través de un filtro de gas combustible 44. Este gasificador de carbón 46 es alimentado, por una parte, con carbón k y, por otra parte, con aire desde la extracción de aire B.

Desde el quemador posterior 42 se escapa gas de humo h, que posee, por ejemplo, una temperatura de aproximadamente 1400ºC. Se alimenta a la entrada de la turbina de gas 4 a través de un conducto de gas de humo 48.

El gas de escape a emitido desde la turbina de gas 4 es alimentado a través de un conducto de gases de escape 50 y a través de una caldera de calor perdido 52 a una chimenea (no se muestra) para la emisión al aire libre.

Por lo tanto, en resumen se puede decir: de una manera predominante se separa la corriente de masas de aire m a comprimir en una corriente parcial menos y una corriente parcial mayor t1 y t2. La relación de estas dos corrientes de masas t1, t2 depende -como ya se ha mencionado- del diseño de los componentes. La corriente parcial menor es refrigerad en el refrigerador de aire 22, por ejemplo, desde 400ºC hasta aproximadamente 150 a 200ºC. El intercambiador de calor 22 que es necesario a tal fin se configura esencialmente menor y, por lo tanto, de coste más favorable que si debiera refrigerarse toda la corriente de masas m. A continuación, se comprime la corriente parcial menor t1 con una diferencia de la presión realmente alta en el sobrealimentador 24. Esta diferencia de la presión puede están, por ejemplo, entre 10 y 20 bares. Un compresor sobrealimentador 24 de este tipo, que está diseñado para una corriente de masas relativamente pequeña con una diferencia alta de la presión, es un componente convencional. Por lo tanto, es de coste considerablemente más favorable que el sobrealimentador mencionado anteriormente para corrientes de masas grandes y diferencias de la presión reducidas. En el lado de la presión del sobrealimentador 24 está instalado el depósito intermedio 2 para la reducción de las oscilaciones de la presión.

La corriente parcial grande t2 es conducida en el conducto de derivación 34 por delante del refrigerador de aire 22, por delante del sobrealimentador 24 y por delante de amortiguador de la presión o depósito intermedio 32. Llega hacia el racor de aspiración del eyector 30, que está constituido según el principio de una llamada bomba de chorro de agua o bomba de chorro de vapor. Como medio de accionamiento o de aceleración para el eyector 30 sirve en este caso la corriente parcial menor t1 sobre su nivel llevado de la presión. La corriente total de aire m' en la salida del eyector 30 está ajustada por medio de la instalación 16 de manera que presenta la presión total necesaria, para compensar las pérdidas de la presión del sistema, que se encuentra entre la salida del compresor 8 y la entrada de la turbina de gas 4, en la altura necesaria.

Frente a la solución del sobrealimentador descrita al principio, de acuerdo con la cual se alimenta la corriente total de masas a un refrigerador de aire y a un sobrealimentador conectado a continuación, aquí se reduce, en virtud de la corriente de aire t1 menor a refrigerar, la potencia térmica a transmitir al circuito de vapor de agua conectado en el refrigerador de aire 22. Se incrementa el porcentaje de la potencia de la turbina de gas 4 en la potencia total y, por lo tanto, el rendimiento general.

Frente a la solución del sobrealimentador mencionada, descrita al principio, el núcleo de la presente invención está en la substitución de dos componentes grandes y costosos para la elevación de la presión, a saber, un refrigerador de aire grande y un sobrealimentador grande, por un sistema, que está constituido por un refrigerador de aire 22 y por un sobrealimentador 24 convencional de tamaño reducido así como por un eyector 30 y un depósito intermedio 32. Especialmente en la transición al sobrealimentador menor 24 con relación elevada de la presión resulta un ahorro de costes, puesto que este dimensionado es convencional y, por lo tanto, de precio favorable. También en el refrigerador de aire 22, el tipo de construcción más pequeño repercute en gran medida con una reducción de los costes.

Claims (9)

1. Procedimiento para la elevación de la presión de un gas, especialmente del aire alimentado por un compresor (8) en una central eléctrica (2) con un sobrealimentador, en el que la corriente de masas (m) del gas es dividida en una corriente parcial más pequeña (t1) y en una corriente parcial mayor (t2), la corriente parcial más pequeña (t1) es alimentada a través del sobrealimentador (24) a un eyector (30) y es combinada allí con la corriente parcial mayor (t2), que es alimentada al racor de aspiración del eyector (30), y en la salida del eyector (30) se toma la corriente de masas combinada (m') del gas, caracterizado porque la corriente parcial menor (t1) es refrigerada antes de la alimentación al sobrealimentador (24).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la corriente parcial menor (t1) representa aproximadamente entre 20 y 40%, con preferencia aproximadamente 20%, de la corriente de masas (m) del gas suministrado.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la corriente parcial menor (t1), que sale por la salida del sobrealimentador (24), es alisada con respecto a las oscilaciones de la presión.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la diferencia de la presión en la corriente de masas (m, m') es aproximadamente 2 bares antes de la división y después de la división.

5. Instalación (16) para la elevación de la presión de un gas, especialmente del aire suministrado por un compresor (8) en una central eléctrica (2), con un sobrealimentador (24), con un divisor de corriente (20), con el que se puede dividir la corriente de masas (m) del gas en una corriente parcial menor (t1) y en una corriente parcial mayor (t2), por un eyector (30), al que se puede alimentar la corriente parcial menor (t1) a través de un sobrealimentador (24), y por un conducto de derivación (34), a través del cual se puede alimentar la corriente parcial mayor (t1) al racor de aspiración del eyector (22), caracterizado porque se puede alimentar la corriente parcial menor (t1) a través del refrigerador de aire (22) al sobrealimentador (24).

6. Instalación según la reivindicación 5, caracterizada porque la corriente parcial menor (t1) representa aproximadamente de 20 a 40%, con preferencia aproximadamente 20%, de la corriente de masas (m) del aire suministrado.

7. Instalación según una de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizada porque el sobrealimentador (24) está conectado con el eyector (30) a través de un conducto (28), en el que está conectado un depósito intermedio para el alisamiento de oscilaciones de la presión.

8. Instalación según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque la salida del eyector (30) está conectada con

a)

una instalación (36) para la combustión de la capa de turbulencia de la presión y/o

b)

un quemador posterior (42) y/o

c)

un gasificador de carbón (46).

9. Instalación según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizada porque está montada en una central eléctrica (2), especialmente en una central eléctrica (2) con una instalación (36) para la combustión de la capa de turbulencia de la presión y con un gasificador de carbón (46).