ES2337340T3 - Procedimiento y dispositivo para la regulacion de la potencia de una central electrica de produccion combinada de enegia y calor. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la regulación de la potencia de una central eléctrica de producción combinada de energía y calor (3), con lo que, al menos, un valor nominal de potencia mediante el cual se carga, al menos, un dispositivo de regulación de un generador de energía, especialmente de un generador de vapor (10) de una central eléctrica de producción combinada de energía y calor (3), es determinado a partir de, al menos, un primer valor nominal que comprende una potencia eléctrica de la central eléctrica (1), y un segundo valor nominal (60) que comprende una potencia de calor a distancia de la central eléctrica (3) y con lo que la central eléctrica (3) comprende, al menos, un condensador de calefacción (20, 21, 22) para la generación de calor a distancia que es atravesado del lado secundario por un medio que se debe calentar, caracterizado porque para la determinación del segundo valor nominal (60) se utiliza un caudal másico de vapor de calefacción que es calculado con ayuda de un caudal másico (2013, 2023, 2033), de una temperatura de flujo de avance (2011, 2021, 2031) y de una temperatura de flujo de retorno (2012, 2022, 2032) del medio a calentar en relación con el condensador de calefacción (20, 21, 22), de una entalpía de vapor de calefacción (305) y de una capacidad térmica específica (307) del medio a calentar, así como de una entalpía del producto de condensación (505) y de un grado de aprovechamiento de las turbinas (507) y de la entalpía de valor de calor (305).
Description
Procedimiento y dispositivo para la regulación
de la potencia de una central eléctrica de producción combinada de
energía y calor.
La presente invención hace referencia a un
procedimiento así como un dispositivo para la regulación de una
central eléctrica de producción combinada de energía y calor.
En muchas centrales eléctricas conocidas se
utiliza un dispositivo existente para la generación de vapor así
como, adicionalmente, una turbina de vapor para la generación de
energía eléctrica y también para la generación del, así llamado,
calor a distancia, con lo que vapor parcialmente expandido, que aún
posee suficiente energía para el calentamiento de un medio a
calentar, es tomado de la turbina de vapor y conducido a uno o
múltiples condensadores de calefacción, del lado primario, como
medio de calefacción. Del lado secundario estos condensadores de
calefacción son atravesados por el medio a calentar, por ejemplo
agua, que es calentado mediante el medio de calefacción y es
conducido a consumidores de calor.
De esta manera es posible implementar la
generación de energía de la central eléctrica tanto para la
generación de energía eléctrica como también de calor a distancia,
por ejemplo a los fines de calefacción, con lo que generalmente se
puede lograr una buena eficiencia total.
Se debe tener en cuenta que, debido al
desacoplamiento del calor a distancia de una parte de la energía
térmica del vapor de proceso, ya no se encontrará el mencionado
calor disponible para la generación de energía eléctrica. Si la
central eléctrica debe poner a disposición una cantidad requerida de
potencia eléctrica, que es predeterminada, por ejemplo, en forma de
un plan de carga por una central de control superordinada, entonces,
en la regulación de la generación de vapor de la central eléctrica
se debe considerar, además de la potencia eléctrica requerida,
también aquella proporción de potencia que se necesita para la
generación del calor a distancia y que, como ya se ha mencionado,
no se encuentra disponible para la generación de energía
eléctrica.
Esto significa que, por ejemplo, un dispositivo
de regulación de un generador de vapor de la central eléctrica sea
cargado con un valor nominal de potencia mayor que el que sería
necesario sólo para la generación de energía eléctrica.
La proporción de potencia que recae sobre el
desacoplamiento del calor a distancia es denominada como potencia
eléctrica mínima que se debe sumar a la potencia eléctrica
(requerida) de la central eléctrica y se debe conducir a un
regulador de potencia de la central eléctrica como valor nominal de
potencia correspondiente.
Los procedimientos y dispositivos conocidos para
la determinación de la potencia eléctrica mínima arriba mencionada
generalmente hacen uso de relaciones determinadas empíricamente, con
lo que se utiliza, por ejemplo, la presión con la que son cargados
los álabes de turbina de un nivel de alta presión de la turbina de
vapor. Otras influencias, como por ejemplo una temperatura de agua
de refrigeración que varía, especialmente una temperatura más alta,
o desconexiones de precalentadores, muchas veces no pueden ser
consideradas.
La DE 33 36 596 A1 describe un procedimiento y
un dispositivo para la regulación de un bloque de central eléctrica
conforme al concepto genérico de las reivindicaciones 1 y 5, en el
que o en los que para la regulación de un generador de vapor se
mide la capacidad térmica (resumen). En la DE 33 36 596 A1, en la
introducción de la descripción en la página 3, líneas 19 a 23 se
menciona que la capacidad térmica puede ser calculada sobre la base
de mediciones de la cantidad calentada de agua y sus temperaturas de
avance y de retorno. Sin embargo, este procedimiento no cumple los
criterios de simplicidad, exactitud y fiabilidad. Por ello, en la DE
33 36 596 A1 se propone, calcular la capacidad térmica a partir de
la relación entre la presión de vapor en la entrada de la turbina de
una turbina de condensación y la potencia eléctrica (página 3,
líneas 19 a 37).
La D6 21 247 A1 describe un procedimiento para
la regulación de la cantidad de calor en estaciones de traspaso de
calor a distancia en el que la cantidad de calor es determinada a
través de la multiplicación de la diferencia de temperatura entre
el avance y el retorno del calor a distancia por el flujo de
capacidad térmica medido (caudal x capacidad térmica específica)
(columna 2, líneas 6 a 10).
En resumen se puede determinar que para la
determinación de la potencia eléctrica mínima en el estado actual
del arte se utilizan en gran medida los parámetros de funcionamiento
de la turbina de vapor, de manera que especialmente un método de
determinación de la potencia mínima eléctrica encontrado para una
central eléctrica determinada no puede ser transferido sin más a
otra central eléctrica, ya que los parámetros de funcionamiento
correspondientes de las respectivas turbinas de vapor dependen
fuertemente del tipo de turbina de vapor respectivo y por ello, las
relaciones encontradas empíricamente para una turbina de vapor no
pueden ser extrapoladas sin más a otra turbina de vapor.
Es por ello objeto de la presente invención,
indicar un procedimiento mejorado así como un dispositivo para la
regulación de potencia de una central eléctrica de producción
combinada de energía y calor con el que se pueda determinar y
considerar de forma sencilla, especialmente, la potencia eléctrica
mínima.
En ese caso, el procedimiento conforme a la
invención así como el dispositivo se debe poder aplicar sin grandes
dificultades en una gran cantidad de centrales eléctricas.
En relación al procedimiento y al dispositivo el
objetivo es resuelto, conforme a la invención, a través de un
procedimiento y un dispositivo conforme a las reivindicaciones 1 o
5.
Las formas de ejecución preferentes se deben
tomar de las reivindicaciones secundarias dependientes en cada
caso.
Una ventaja esencial del procedimiento conforme
a la invención así como del dispositivo es que para la determinación
del segundo valor nominal de potencia (=potencia eléctrica mínima)
sólo se requieren mediciones en el área del calor a distancia y que
no se deben determinar y considerar parámetros de influencia y
variables específicos de la turbina.
Así, para la determinación del segundo valor
nominal sólo se deben determinar el o los caudales másicos del
medio a calentar mediante el o los condensadores de calefacción, así
como la temperatura de avance o de retorno del medio a calentar en
relación a cada condensador de calefacción, por ejemplo por medio de
mediciones. Ya que en muchas centrales eléctricas de producción
combinada de energía y calor las variables mencionadas son
determinadas de todos modos y procesadas en un sistema de control
existente, a menudo no es necesario un gasto adicional para la
determinación de las variables nombradas.
Para poder realizar el cálculo de la potencia
eléctrica mínima de forma especialmente sencilla se realizan
preferentemente las siguientes suposiciones simplificadas:
- -
- Los efectos del desacoplamiento del calor a distancia sobre temperaturas y presiones de la o de las turbinas pueden ser despreciadas.
- -
- La dependencia de carga del perfil de entalpía de la(s) turbina(s) puede ser despreciada.
- -
- Los efectos sobre el resultado de cálculo debido a productos de condensación secundarios que se producen pueden ser despreciados.
Entonces el segundo valor nominal (potencia
eléctrica mínima) puede ser determinado a través de las siguientes
fórmulas:
donde:
Donde:
- m_{Ent}:
- Caudal másico de vapor de calefacción
- m_{Heiz}:
- Caudal másico del medio a calentar
- \vartheta_{VL}:
- Temperatura de avance (temperatura de salida) del medio a calentar
- \vartheta_{RL}:
- Temperatura de retorno (temperatura de entrada) del medio a calentar
h_{Ent}: {}\hskip0.4cm Entalpía
del vapor de calefacción
3
h_{kond}: {}\hskip0.4cm
Entalpía del producto de condensación
4
- C_{w}:
- Capacidad térmica específica del medio a calentar
- \varepsilon_{T}:
- Grado de aprovechamiento de las turbinas
- \DeltaP_{G}:
- Segundo valor nominal (potencia eléctrica mínima)
Una idea fundamental del procedimiento propuesto
es calcular el caudal másico del vapor de calefacción con ayuda de
variables en el área del desacoplamiento del calor a distancia en
lugar de tener que realizar mediciones del lado de la turbina.
Conforme a las fórmulas arriba mencionadas, el
caudal másico del vapor de calefacción resulta básicamente de los
caudales másicos del medio a calentar mediante de los condensadores
de calefacción, así como de las temperaturas de avance y retroceso
que se producen.
Las otras variables que se presentan, la
entalpía de vapor de calefacción, la entalpía del producto de
condensación, la capacidad térmica específica del medio a calentar
así como el grado de aprovechamiento de las turbinas
preferentemente son consideradas constantes, ya que sus valores se
encuentran determinados esencialmente por el diseño de la
instalación y en menor medida por las condiciones presentes de
funcionamiento.
Si en una instalación existen múltiples
condensadores de calefacción, entonces se deben evaluar las fórmulas
arriba mencionadas para cada condensador de calefacción y se deben
sumar los resultados correspondientes para el segundo valor
nominal.
En el caso de la entalpía de vapor de
calefacción se trata del contenido de energía por kg de vapor de
calefacción, que se encuentra suministrado del lado primario en el
condensador de calefacción.
La entalpía del producto de condensación
describe el contenido de energía por kg de vapor expandido que sale
de una turbina de vapor y que es suministrado a un condensador.
La capacidad térmica específica del medio a
calentar es una propiedad de sustancia de este medio y puede ser
tomada de los manuales de referencia correspondientes para el medio
a calentar respectivo (por ejemplo agua).
El grado de aprovechamiento de las turbinas se
encuentra determinado, esencialmente, por el diseño de la turbina
para un funcionamiento nominal.
A continuación se representan en detalle dos
ejemplos de ejecución de la presente invención. Estos muestran:
Fig 1 un dispositivo conforme a la invención
para la regulación de la potencia de una central eléctrica de
producción combinada de energía y calor y
Fig 2 una forma de ejecución preferente de la
invención.
En la figura se encuentra representado un
dispositivo 1 para la regulación de la potencia de una central
eléctrica de producción combinada de energía y calor 3. La central
eléctrica 3 comprende un generador de vapor 10 que se encuentra
conformado, por ejemplo, como una caldera recuperadora que se
encuentra calefaccionada a través del gas de escape 11 de una
turbina de gas.
La central eléctrica 3 comprende además una
turbina de vapor 5 que es accionada mediante vapor de trabajo 40
que es puesto a disposición por el generador de vapor 10 como vapor
vivo.
Para la generación de energía eléctrica, la
turbina de vapor 5 se encuentra acoplada a un generador G mediante
el cual se puede suministrar energía eléctrica a una red de
suministro de energía.
Después del cumplimiento del trabajo en la
turbina de vapor 5, el vapor expandido 50 abandona la turbina de
vapor 5 y es conducido a un condensador 15; el producto de
condensación que se acumula allí es conducido, de una manera no
representada en detalle, a un tratamiento del agua de acumulación de
la central eléctrica 3.
Para la generación del vapor de trabajo 40 para
la turbina de vapor 5, en el presente ejemplo de ejecución se
encuentra previsto un evaporador de alta presión 12 que se encuentra
dispuesto en el extremo caliente del generador de vapor 10.
Como en el caso de la central eléctrica 3 se
trata de una central eléctrica de producción combinada de energía y
calor, para la generación de calor a distancia se encuentran
previstos condensadores de calefacción 20, 21, 22 que se encuentran
calefaccionados, en cada caso, con un flujo parcial de vapor de
calefacción 301, 302, 303. Los flujos parciales de vapor de
calefacción 301, 302, 303 son tomados de un flujo de vapor de
calefacción 30, que a su vez es tomado de la turbina de vapor 5,
por ejemplo tras un nivel de media presión de la turbina de vapor
5. En ese caso, los flujos parciales de vapor de calefacción 301,
302, 303 también pueden ser tomados de diferentes tomas de vapor en
la turbina de vapor 5, en cada caso con diferente contenido de
energía.
Los condensadores de calefacción 20, 21, 22 son
atravesados, en cada caso, por un medio a calentar que desprende
energía térmica a consumidores de calor 201, 202, 203, por ejemplo a
los fines de calefacción.
La potencia de vapor puesta a disposición por el
generador de vapor 10 es transformada, entonces, tanto en energía
eléctrica como también en energía térmica (calor a distancia).
La puesta a disposición por parte del generador
de vapor 10 de una potencia de vapor requerida es realizada a
través de un dispositivo de regulación del generador de vapor 10,
que no se encuentra representado en la figura; al dispositivo de
regulación se debe conducir, al menos, un valor nominal de potencia
a partir del cual tiene lugar una correspondiente generación de
vapor.
En el caso de la presente central eléctrica de
producción combinada de energía y calor 3, el valor nominal de
potencia comprende un primer valor nominal (no representado en el
dibujo) que comprende una potencia eléctrica de la central
eléctrica 3, y un segundo valor nominal 60 que comprende una
potencia de calor a distancia de la central eléctrica 3.
El primer valor nominal resulta de un
requerimiento de potencia a la central eléctrica 3, con lo que
generalmente se encuentra predeterminado un plan de carga por parte
de una central de control, por ejemplo para las siguientes 24
horas.
El segundo valor nominal 60 se refiere a la
potencia de calor a distancia (potencia eléctrica mínima) de la
central eléctrica 3, que es puesta a disposición a través del vapor
de calefacción 30 o de los flujos parciales de vapor de calefacción
301, 302, 303 y de los condensadores de calefacción 20, 21, 22.
En el caso de la predeterminación del valor
nominal de potencia para el dispositivo de regulación del generador
de vapor 10, en relación al segundo valor nominal 60 se encuentra
previsto un ordenador 52 con el que se calcula, con ayuda de
variables determinadas en el área del desacoplamiento del calor a
distancia, el segundo valor nominal 60.
Para ello, al ordenador 52 son conducidos, al
menos, valores de los caudales másicos 2013, 2023, 2033 del medio a
calentar guiado, en cada caso, a través de los circuitos secundarios
de los condensadores de calefacción 20, 21, 22, de las temperaturas
de avance 2011, 2021, 2031 así como de las temperaturas de retorno
2012, 2022, 2032 del mismo.
Los caudales másicos y las temperaturas de
avance y de retorno mencionados pueden ser determinados, por
ejemplo, mediante sensores y ser conducidos al ordenador 52 como
valores de medición correspondientes.
La determinación del segundo valor nominal 60
por medio del ordenador 52 tiene lugar, de forma ventajosa, a
través de las fórmulas mencionadas anteriormente en la descripción,
de acuerdo a las cuales el caudal másico del vapor de calefacción
del vapor de calefacción 30 es calculado a partir de los caudales
másicos del medio a calentar así como de las correspondientes
temperaturas de avance y retorno.
Las otras variables que aparecen en las
fórmulas, la entalpía de vapor de calefacción 305, la entalpía de
producto de condensación 505, la capacidad térmica específica 307
del medio a calentar así como el grado de aprovechamiento de las
turbinas 507 preferentemente no se miden, sino que de acuerdo al
diseño de la central eléctrica 3 son asumidas como variables
constantes, que especialmente ya se conocen
Por ejemplo, el valor para la capacidad térmica
específica puede ascender a \frac{4.19 \ kJ}{kg \ K} (en el caso
de utilización de agua como medio a calentar).
El grado de aprovechamiento de las turbinas 507
puede ascender, por ejemplo, a un 85% y la entalpía de producto de
condensación a \frac{2300 \ kJ}{kg}.
Los valores para la entalpía de vapor de
calefacción 305 de los condensadores de calefacción 20,21,22 pueden
ser, por ejemplo, como sigue
Entalpía de vapor de calefacción 305 del
condensador de calefacción 20: \frac{3520 \ kJ}{kg}.
Entalpía de vapor de calefacción 305 del
condensador de calefacción 21: \frac{2930 \ kJ}{kg} y
Entalpía de vapor de calefacción 305 del
condensador de calefacción 22: \frac{2720 \ kJ}{kg}.
El segundo valor nominal 60 determinado mediante
el ordenador 52 es sumado al primer valor nominal (esto también
puede suceder, por ejemplo, a través del ordenador 52) y conducido
al dispositivo de regulación del generador de vapor 10.
La Fig 2 muestra una forma de ejecución
preferente de la invención.
La turbina de vapor 5 de la central eléctrica 3
comprende tres niveles de presión, por ejemplo un nivel de alta
presión, un nivel de media presión y un nivel de baja presión.
En ese caso, el vapor de calefacción 30 para el
calentamiento de condensadores de calefacción 20,21,22 es tomado en
diferentes tomas de la turbina de vapor 5, de manera que los flujos
parciales del vapor de calefacción 301,302,303 del vapor de
calefacción 30 presentan un nivel de energía diferente entre sí.
En el ejemplo de ejecución de la Fig 2, el
condensador de calefacción 20 es calentado a través del flujo
parcial del vapor de calefacción 301, que a comparación de los
otros flujos parciales del vapor de calefacción 302 y 303 se
encuentra en un nivel de energía menor.
Los condensadores de calefacción 21 y 22 se
encuentran postconectados en serie al condensador de calefacción
20, de manera que un medio a calentar atraviesa, uno tras otro, a
los condensadores de calefacción mencionados 20,21 y 22 y mediante
el condensador de calefacción subsiguiente puede ser llevado, en
cada caso, a un nivel de temperatura más alto. Para el ajuste de
una temperatura deseada, en cada caso, del medio a calentar, en los
conductos de alimentación entre la turbina de vapor 5 y los
condensadores de calefacción 21 y 22 se encuentran conectadas
válvulas, de manera que se puede ajustar la cantidad de vapor de
calefacción que es conducida a los respectivos condensadores de
calefacción 21 y 22 a través de los flujos parciales de vapor de
calefacción 302 y 303.
Las temperaturas de avance de flujo 2011,2021 y
2031 mostradas en la Fig 1, así como las temperaturas de retorno
2012,2022 y 2032 poseen, en la Fig 2, el significado de temperaturas
de salida o de entrada del medio a calentar, desde o hacia los
condensadores de calefacción correspondientes.
Los valores indicados a modo de ejemplo en
relación a la Fig 1 para las entalpías de vapor de calefacción 305
de los condensadores de calefacción 20,21 y 22 se encuentran
realizados, de forma ventajosa, para el ejemplo de ejecución de
acuerdo a la Fig 2.
En el circuito de calefacción formado a través
de los condensadores de calefacción 20,21 y 22 pueden encontrarse
conectados uno o múltiples consumidores de calor 201,202,203.
En el ejemplo de ejecución de la Fig 2, el flujo
parcial del vapor de calefacción 303 es obtenido tras la superficie
del intercambiador de calor 42.
En el caso de un montaje en cascada de los
condensadores de calefacción 20,21 y 22 pueden estar previstos
otros elementos de control para el ajuste de flujos parciales del
medio a calentar, por ejemplo chapaletas de control o válvulas, o
también tuberías de derivación. En el ejemplo de la Fig 2 se
encuentra previsto para ello, una chapaleta de control para tomar
un flujo parcial del medio a calentar en la salida del condensador
de calefacción 22 y para conducirlo, a través de una tubería de
derivación, hacia la entrada de este condensador de calefacción y/o
para conducir el flujo parcial mencionado, a través de otra
chapaleta de control, hacia la entrada del condensador de
calefacción 20.
Además de la ejecución del montaje en cascada
mostrada, en relación a los condensadores de calefacción 20,21 y 22
se pueden pensar una serie de otras variaciones.
La función y el modo de acción del ordenador 52
de la Fig 2 corresponden a aquellos de la Fig 1.
En resumen, la presente invención se puede
esbozar de la siguiente manera:
En el caso de un procedimiento conforme a la
invención así como de un dispositivo conforme a la invención para
la regulación de la potencia de una central eléctrica de producción
combinada de energía y calor, la proporción de potencia que recae
sobre el desacoplamiento del calor a distancia es determinada
considerando un caudal másico del vapor de calefacción, que es
calculado con ayuda de un caudal másico, de una temperatura de
avance de flujo así como de una temperatura de retorno del medio a
calentar en relación al condensador de calefacción, de una entalpía
de vapor de calefacción y de una capacidad térmica específica del
medio a calentar, así como de una entalpía de producto de
condensación y de un grado de aprovechamiento de las turbinas y de
la entalpía de vapor de calefacción.
Los caudales másicos, así como las temperaturas
de avance y de retorno pueden ser determinadas de forma sencilla en
el área del desacoplamiento del calor a distancia, de manera que se
evitan, especialmente, mediciones costosas en el área de una
turbina de vapor a través de la cual los condensadores de
calefacción son alimentados con vapor de calefacción.
Claims (6)
1. Procedimiento para la regulación de la
potencia de una central eléctrica de producción combinada de energía
y calor (3), con lo que, al menos, un valor nominal de potencia
mediante el cual se carga, al menos, un dispositivo de regulación
de un generador de energía, especialmente de un generador de vapor
(10) de una central eléctrica de producción combinada de energía y
calor (3), es determinado a partir de, al menos, un primer valor
nominal que comprende una potencia eléctrica de la central
eléctrica (1), y un segundo valor nominal (60) que comprende una
potencia de calor a distancia de la central eléctrica (3) y con lo
que la central eléctrica (3) comprende, al menos, un condensador de
calefacción (20, 21, 22) para la generación de calor a distancia que
es atravesado del lado secundario por un medio que se debe
calentar, caracterizado porque para la determinación del
segundo valor nominal (60) se utiliza un caudal másico de vapor de
calefacción que es calculado con ayuda de un caudal másico (2013,
2023, 2033), de una temperatura de flujo de avance (2011, 2021,
2031) y de una temperatura de flujo de retorno (2012, 2022, 2032)
del medio a calentar en relación con el condensador de calefacción
(20, 21, 22), de una entalpía de vapor de calefacción (305) y de
una capacidad térmica específica (307) del medio a calentar, así
como de una entalpía del producto de condensación (505) y de un
grado de aprovechamiento de las turbinas (507) y de la entalpía de
valor de calor (305).
2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
caracterizado porque el condensador de calefacción (20, 21,
22) es calentado del lado primario con vapor de calefacción (30),
que es tomado de una turbina de vapor (5) de la central eléctrica
(3), y porque la central eléctrica (3) comprende, al menos, un
condensador (15) al que se suministra vapor expandido (50) que sale
de la turbina de vapor (5).
3. Procedimiento conforme a la reivindicación 1
o 2, caracterizado porque para la determinación del segundo
valor nominal (60) se utiliza la siguiente fórmula:
donde
y donde m_{Ent} representa el
caudal másico del vapor de calefacción, m_{Heiz} representa el
caudal másico del medio a calentar, \vartheta_{VL} representa
la temperatura de avance del medio a calentar, \vartheta_{RL}
representa la temperatura de retorno del medio a calentar,
h_{Ent} representa la entalpía del vapor de calefacción,
h_{Kond} representa la entalpía del producto de condensación,
c_{w} representa la capacidad térmica específica del medio a
calentar, \varepsilon_{T} representa el grado de aprovechamiento
de las turbinas, y \DeltaP_{G} representa el segundo valor
nominal.
4. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la entalpía del
vapor de calefacción, la entalpía del producto de condensación, la
capacidad térmica específica del medio a calentar y el grado de
aprovechamiento de las turbinas son asumidas como constantes.
5. Dispositivo (1) para la regulación de la
potencia de una central eléctrica de producción combinada de energía
y calor (3), con lo que, al menos, un valor nominal de potencia
mediante el cual se encuentra cargado, al menos, un dispositivo de
regulación de un generador de energía, especialmente de un generador
de vapor (10) de una central eléctrica de producción combinada de
energía y calor (3), se puede determinar a partir de, al menos, un
primer valor nominal que comprende una potencia eléctrica de la
central eléctrica (3), y un segundo valor nominal (60) que
comprende una potencia de calor a distancia de la central eléctrica
(1) y con lo que la central eléctrica (3) comprende, al menos, un
condensador de calefacción (20, 21, 22) para la generación de calor
a distancia y puede ser atravesado del lado secundario por un medio
que se debe calentar, caracterizado por un ordenador (52)
para el cálculo de un caudal másico de vapor de calefacción a partir
de las variables caudal másico (2013, 2023, 2033), temperatura de
avance (2011,2021,2031), temperatura de retorno (2012, 2022, 2032),
entalpía de vapor de calefacción (305) y capacidad térmica
específica (307) del medio a calentar y que hacen referencia al
medio a calentar, conducido a través del condensador de calefacción
(20, 21, 22), y para la determinación del segundo valor nominal
(60), al menos, a partir de las variables caudal másico de vapor de
calefacción, entalpía del producto de condensación (505), grado de
aprovechamiento de las turbinas (507) y de la entalpía de vapor de
calefacción (305).
6. Dispositivo (1) conforme a la reivindicación
5, caracterizado porque la central eléctrica (3) comprende,
al menos, una turbina de vapor (5) y un condensador (15) conectado
con la turbina de vapor (5) y que el condensador de calefacción
(20, 21, 22) puede ser calentado mediante vapor y se encuentra
conectado del lado primario con la turbina de vapor (5).
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Families Citing this family (13)
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|---|---|---|---|---|
| DE10317183B4 (de) * | 2003-04-15 | 2007-04-05 | SWE Strom und Fernwärme GmbH | Temporäre Steigerung durch KWK erzeugter elektrischer Energie |
| DE102004008588B3 (de) * | 2004-02-19 | 2005-10-20 | Enginion Ag | Geregelter Dampfkreisprozess |
| CN101769552B (zh) * | 2008-12-29 | 2012-08-08 | 河北盛华化工有限公司 | 热电厂汽轮机低真空运行循环水供暖系统 |
| EP2244011A1 (de) * | 2009-03-24 | 2010-10-27 | Siemens AG | Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Temperatur von Dampf für eine Dampfkraftanlage |
| US9046006B2 (en) * | 2010-06-21 | 2015-06-02 | Paccar Inc | Dual cycle rankine waste heat recovery cycle |
| CN103154445B (zh) * | 2010-10-19 | 2015-06-17 | 阿尔斯通技术有限公司 | 带有热电联产的联合循环动力设备及其运行方法 |
| EP2589760B1 (en) * | 2011-11-03 | 2020-07-29 | General Electric Technology GmbH | Steam power plant with high-temperature heat reservoir |
| US10526970B2 (en) * | 2012-01-23 | 2020-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Combined heat and power plant and method for operation thereof |
| CN103884037A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-25 | 济钢集团有限公司 | 采暖热网循环水热交换系统 |
| DE102014004287A1 (de) * | 2014-03-26 | 2015-10-01 | Vattenfall Europe Powerconsult Gmbh | Verfahren zur Leistungsregelung von Gas- und Dampf-Heizkraftwerken mit Gegendruck-Dampfturbine(n) zur uneingeschränkten Teilnahme an der Primär- und Sekundärregelung bei gleichzeitiger Regelfähigkeit der Wärmelast |
| CN105257352A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-01-20 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 工业供热抽汽方法 |
| GB2544063B (en) * | 2015-11-03 | 2018-04-11 | Basic Holdings | Distributed heat pump network |
| DE102023208407A1 (de) | 2023-09-01 | 2025-03-06 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Kondensationsdampfturbinenanlage sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Dampfturbinenanlage |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4005581A (en) * | 1975-01-24 | 1977-02-01 | Westinghouse Electric Corporation | Method and apparatus for controlling a steam turbine |
| US4571151A (en) * | 1983-08-26 | 1986-02-18 | General Electric Company | Liquid injection control in multi-stage compressor |
| DE3336596C2 (de) | 1983-10-07 | 1987-05-07 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum Regeln eines in Kraft-/Wärmekopplung betriebenen Kraftwerkblockes |
| US4752697A (en) * | 1987-04-10 | 1988-06-21 | International Cogeneration Corporation | Cogeneration system and method |
| GB8715131D0 (en) * | 1987-06-27 | 1987-08-05 | Combined Power Systems Ltd | Building heat & power system |
| DE3841224A1 (de) * | 1988-12-07 | 1990-06-13 | Siemens Ag | Kombiniertes gasturbinen-dampfturbinen-kraftwerk |
| DE69423956T2 (de) * | 1994-01-13 | 2000-12-28 | N.V. Kema, Arnhem | Regelung zum Betrieb von Kesseln und Geräte zur Erzeugung von Wärme und Kraft |
| DE19517053A1 (de) * | 1995-05-10 | 1996-11-14 | Ingenieurgesellschaft Fuer En | Verfahren zum Betrieb eines Wärmenetzes zur zentralen Wärmeversorgung in Gebäuden |
| DE19602330C1 (de) * | 1996-01-24 | 1997-06-26 | Meyer Fa Rud Otto | Blockheizkraftwerk sowie Verfahren zu dessen Betrieb |
| DE19621247A1 (de) | 1996-05-25 | 1997-11-27 | Wilo Gmbh | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Wärmemengenbegrenzung, -zählung und -regelung in Fernwärme-Übergabestationen |
| DE19859364C2 (de) * | 1998-12-22 | 2001-09-13 | Baelz Gmbh Helmut | Wärmeversorgungsanlage mit Spitzenlastbegrenzung |
| DE10003914A1 (de) * | 1999-02-23 | 2000-10-12 | Friedrich Bude | Verfahren zur Erzeugung und Verteilung von Elektro- u. Wärmeenergie aus einer Kraft-Wärme-Kopplung, insbesondere einem Blockheizkraftwerk |
| US20030213246A1 (en) * | 2002-05-15 | 2003-11-20 | Coll John Gordon | Process and device for controlling the thermal and electrical output of integrated micro combined heat and power generation systems |
-
2002
- 2002-11-21 DE DE50214137T patent/DE50214137D1/de not_active Expired - Lifetime
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