ES2823056T3 - Instalación de central eléctrica con un sistema de admisión de aire de gas de turbina - Google Patents

Abstract

Instalación de central eléctrica (1) que comprende una turbina de gas (2), un generador de vapor de calor residual (3) así como un circuito intermedio (4) con un primer intercambiador de calor (5), que está conectado a una entrada de aire (6) de la turbina de gas (2), y con un segundo intercambiador de calor (7), que está conectado a un circuito de condensado (8), que comprende un precalentador de condensado (9) en el generador de vapor de calor residual (3); caracterizada porque en ambos lados del segundo intercambiador de calor (7) están dispuestas una primera (10) o una segunda válvula de carga alta (11) y, en paralelo, una primera (12) o una segunda válvula de carga baja (13) para flujos menores que a través de la primera (10) o la segunda válvula de carga alta (11).

Description

DESCRIPCIÓN

Instalación de central eléctrica con un sistema de admisión de aire de gas de turbina

La presente invención hace referencia a una instalación de central eléctrica, así como a un procedimiento para optimizar la eficiencia y ampliar el rango operativo.

Los sistemas de turbinas de gas y de vapor, también conocidos como centrales eléctricas combinadas, no sólo deben cumplir con el estado de carga base relevante para el funcionamiento continuo, sino también con otros requisitos de carga, aunque yo sólo debido al arranque y parada de las máquinas, en particular, también para los requisitos de carga cambiantes en la red eléctrica. Este tipo de instalaciones son conocidas por las solicitudes DE102013219166 A1, DE19745272 A1 y EP0523467 A1.

Principalmente, la potencia de salida de la turbina de gas involucrada se puede afectar a través del flujo másico de admisión y de la temperatura de entrada de la turbina. Para la reducción del flujo másico de admisión en turbinas de gas con cargas parciales se establece un álabe de guía del compresor (por sus siglas en inglés se refiere a IGV = inlet guide vanes) con un ángulo de incidencia variable de modo que la entrada de flujo al primer álabe en funcionamiento esté al menos limitada. Sin embargo, esto también reduce significativamente el nivel de eficiencia. Con los sistemas de precalentamiento del aire de aspiración habituales hasta el momento, el nivel de eficiencia vuelve a aumentar sólo ligeramente. Un aumento adicional del nivel de eficiencia en cargas parciales reduce significativamente los costes de combustible en el funcionamiento con carga parcial. El precalentamiento del aire de admisión también se utiliza para evitar la formación de hielo, reducir las emisiones de CO con cargas parciales bajas o para mejorar el nivel de eficiencia en el caso de máxima potencia y bajas temperaturas del aire exterior, lo que puede provocar un estrangulamiento de álabe de entrada del compresor.

Hasta ahora, para precalentar el aire de admisión, se ha utilizado mayormente calor de mayor calidad en forma de vapor del nivel de baja presión del generador de vapor de calor residual o de una caldera auxiliar, se ha condensado en un intercambiador de calor (intercambiador térmico), calentado de esta manera un circuito intermedio generalmente con una mezcla de agua/glicol, con lo cual el aire frío de admisión de la turbina de gas se calienta mediante otro intercambiador de calor. Durante las cargas parciales, este precalentamiento asegura que la turbina de gas pueda funcionar menos o para nada estrangulada y que, por lo tanto, se consiga un mayor nivel de eficiencia, lo que se traduce en un menor consumo de combustible. Aquí, el circuito es más sencillo y la optimización de la eficiencia está limitada. El factor limitante aquí consiste en que la fuente de calor de vapor de baja presión debe usarse tanto en la turbina de vapor como en el sistema de precalentamiento del aire de admisión.

Con el fin de proporcionar más calor para la producción de vapor de baja presión, la derivación del precalentador de alta presión se pudo conducir a una posición fija, por ejemplo, 60%, con el encendido del precalentador del aire de admisión. Por lo general, con el fin de mejorar el grado de eficiencia de la carga parcial, el precalentamiento del aire de admisión sólo se liberaba cuando el valor objetivo de potencia de bloque descendía más de un cierto valor, por ejemplo, 70%.

La superficie del intercambiador de calor se puede ajustar con el nivel de llenado en el intercambiador de calor de condensación. Con este nivel de llenado, la posición de válvula de la válvula de tres vías del lado del agua/ glicol, con la cual se regula la temperatura de la mezcla de agua/ glicol antes de la entrada en el intercambiador de calor de aire/ agua, se ajustó de modo que siempre se logre una apertura de válvula bastante grande (por ejemplo, 60%). Además, con intercambiadores de calor con haz de tubos grandes, se puede utilizar agua caliente de calefacción a distancia o un condensado caliente del precalentador de condensado para evitar la formación de hielo en el aire de admisión de la turbina de gas y para mejorar las emisiones de monóxido de carbono. Sin embargo, estos sistemas no son muy flexibles y, debido al tamaño constructivo de los intercambiadores de calor, la utilización de la fuente de calor y del circuito y regulación subyacentes, se limitan a una potencia comparativamente baja y pueden regular potencias muy reducidas sólo con dificultad.

En general, este tipo de sistemas presentan un campo de aplicación muy limitada en referencia a la potencia térmica transferida y un rango de funcionamiento muy restringido con cargas parciales en lo que se refiere a la capacidad de regulación. Además, el circuito de la utilización del calor no se puede transferir sencillamente a otras configuraciones de instalaciones de centrales eléctricas.

El objeto de la presente invención consiste en proporcionar una instalación de central eléctrica con una eficiencia optimizada y un rango de funcionamiento más amplio en comparación con el estado del arte. Otro objeto de la presenta invención consiste en proporcionar un correspondiente procedimiento para optimizar la eficiencia y ampliar el rango operativo. Dicho objeto se resuelve mediante la instalación de central eléctrica de la reivindicación 1 y el correspondiente procedimiento de la reivindicación 13.

La presente invención resuelve el objeto en referencia a una instalación de central eléctrica porque prevé que en una instalación de central eléctrica de este tipo que comprende una turbina de gas, un generador de vapor de calor residual así como un circuito intermedio con un primer intercambiador de calor, que está conectado a una entrada de aire de la turbina de gas, y con un segundo intercambiador de calor, que está conectado a un circuito de condensado, que comprende un precalentador de condensado en el generador de vapor de calor residual; en ambos lados del segundo intercambiador de calor estén dispuestas una primera o una segunda válvula de carga alta y, en paralelo, una primera o una segunda válvula de carga baja para flujos menores que a través de la primera o la segunda válvula de carga alta.

Mediante el uso de un circuito con válvulas de control de carga alta y baja en ambos lados del segundo intercambiador de calor, es decir, un par que consta de una válvula de carga alta y baja en el lado primario y otro par en el lado secundario, el mismo puede funcionar de manera segura sin riesgos de evaporación y congelación, a pesar de la posibilidad de flujos comparativamente altos (a través de las válvulas de carga alta), incluso con potencias térmicas comparativamente bajas. La forma de realización con dos pares de válvulas representa, por supuesto, sólo un mínimo. Eventualmente, también se pueden utilizar más válvulas. Resulta importante que sólo a través de la selección de válvulas para diferentes caudales, sea posible un ajuste preciso de los caudales en ambos lados del segundo intercambiador de calor (es decir, el lado primario y secundario) en un amplio rango.

En una forma de ejecución ventajosa, el circuito de condensado comprende una primera línea de recirculación que conecta una salida del precalentador de condensado con una entrada del precalentador de condensado; en donde en la primera línea de recirculación están dispuestas bombas de recirculación redundantes (es decir, dos o más) y en donde un primer ramal se bifurca desde la primera línea de recirculación y desemboca en el segundo intercambiador de calor y un segundo ramal conecta el segundo intercambiador de calor con la entrada del precalentador de condensado. Al utilizar una recirculación de la salida de condensado, el segundo intercambiador de calor aún se puede operar de manera segura con potencias térmicas comparativamente bajas y el riesgo de evaporación y congelación se reduce aún más. La transferencia de calor está influenciada no sólo por la temperatura de entrada sino también por el flujo y, por lo tanto, puede ajustarse mejor.

En otra forma de ejecución ventajosa, el primer ramal se bifurca desde la primera línea de recirculación en la dirección del flujo aguas abajo de las bombas de recirculación. De esta manera, las bombas de recirculación no sólo pueden impulsar el condensado a través de las líneas de recirculación directamente de regreso a la entrada del precalentador de condensado, sino también al segundo intercambiador de calor, por lo cual no son necesarias más bombas para esto.

De manera conveniente, la primera válvula de carga alta está dispuesta en el primer ramal y la primera válvula de carga baja está dispuesta en una primera línea de derivación alrededor de la primera válvula de carga alta.

En una forma de ejecución alternativa, la primera válvula de carga alta está dispuesta en el segundo ramal y la primera válvula de carga baja está dispuesta en una primera línea de derivación alrededor de la primera válvula de carga alta.

Además de la recirculación del condensado calentado en el precalentador de condensado, también resulta ventajoso para el ajuste preciso del precalentamiento cuando el condensado enfriado en el segundo intercambiador de calor también recircula sin o al menos sólo con un calentamiento limitado en el precalentador de condensado. Se sugieren cuatro alternativas para este propósito.

En el primer caso, desde el segundo ramal se puede bifurcar una segunda línea de recirculación que desemboque en la primera línea de recirculación en la dirección de flujo de un condensado aguas arriba de las bombas de recirculación redundantes.

En el segundo caso, cuando las válvulas de carga principal y de carga baja junto a la primera línea de derivación están dispuestas en el segundo ramal, desde la primera línea de derivación se bifurca una segunda línea de recirculación que también en este caso desemboca en la primera línea de recirculación en la dirección de flujo de un condensado aguas arriba de las bombas de recirculación redundantes.

En un tercer caso, una tercera línea de recirculación se bifurca desde el segundo ramal y desemboca en el tercer ramal. Aquí, sin embargo, una bomba debe estar conectada a la tercera línea de recirculación.

En el cuarto caso, el precalentador de condensado presenta al menos dos superficies calentadoras, de las cuales al menos una presenta una derivación, es decir, en particular, la derivación evita la última de las superficies calentadoras que se ve en la dirección del flujo de un condensado y desemboca en la primera línea de recirculación, por ejemplo, aguas arriba de las bombas de recirculación.

En una forma de ejecución ventajosa de la presente invención, la segunda válvula de carga alta está dispuesta en el circuito intermedio y la segunda válvula de carga baja está dispuesta en una segunda línea de derivación alrededor de la segunda válvula de carga alta; en donde además, en el circuito intermedio está dispuesta una tercera línea de derivación alrededor del segundo intercambiador de calor, seguida de un mezclador estático; en donde la segunda válvula de carga alta cumple la función de una válvula de tres vías y una salida de la segunda válvula de carga alta está conectada a una entrada del segundo intercambiador de calor y la tercera línea de derivación se bifurca desde otra salida de la segunda válvula de carga alta. La segunda válvula de carga alta puede tratarse aquí de hecho en una válvula de tres vías, aunque la función de una válvula de tres vías también se puede conseguir mediante dos válvulas de control separadas, es decir, se llena una válvula de control en cada ramal de fluido caliente (es decir, a través del segundo intercambiador de calor) y frío (alrededor del segundo intercambiador de calor), que se mueven en direcciones opuestas.

Como resultado de la conexión en paralelo de la segunda válvula de carga alta y la segunda válvula de baja carga, la cantidad de fluido que fluye a través del segundo intercambiador de calor ahora también se puede ajustar con precisión en su lado secundario, como ya era el caso en el lado primario del segundo intercambiador de calor. Con la tercera línea de derivación se garantiza que la cantidad de fluido que circula en el circuito intermedio no se vea influenciada por esto, sino que el resto puede simplemente pasar por delante del segundo intercambiador de calor. Las diferencias de temperatura y viscosidad del fluido en el circuito intermedio, que a veces son grandes como resultado de la división de los flujos de fluido, se mezclan mediante el mezclador estático hasta un nivel homogéneo. Es conveniente que la instalación de central eléctrica comprenda un dispositivo para la regulación de las primeras y las segundas válvulas de carga alta y de carga baja.

Finalmente, con respecto a la necesidad de espacio, resulta ventajoso que el segundo intercambiador de calor sea al menos un intercambiador de calor de placas completamente soldadas. El segundo intercambiador de calor puede constar de dos intercambiadores de calor de placas completamente soldadas, especialmente, cuando uno de los dos está provisto de una derivación, de modo que la cantidad de calor transferida al condensado y, por lo tanto, también el precalentamiento del aire de admisión se pueda ajustar con precisión.

El objeto de la invención referido a un procedimiento para optimizar la eficiencia y ampliar el rango operativo de una instalación de central eléctrica se resuelve mediante un procedimiento, en el cual un fluido se conduce en un circuito intermedio y el calor se transfiere a través de un primer intercambiador de calor al aire aspirado por la turbina de gas; en donde el calor de un condensado precalentado se transfiere del generador de vapor de calor residual a través de un segundo intercambiador de calor al fluido; en donde dependiendo del requerimiento de calor, el condensado se conduce a través de una primera válvula de carga alta o de una primera válvula de carga baja que está conectada en paralelo con la primera válvula de carga alta y está diseñada para flujos más bajos que la primera válvula de carga alta. De esta manera, la temperatura del condensado que fluye a través del segundo intercambiador de calor se puede ajustar bien incluso con pequeños flujos de masa.

Con el fin de ajustar la temperatura de condensado requerida para el segundo intercambiador de calor con la mayor precisión posible, resulta ventajoso cuando al menos una parte del condensado se añade a una corriente de condensado precalentado después de la disipación de calor en el fluido, sin pasar por un precalentamiento, y la mezcla se suministra al segundo intercambiador de calor.

Por supuesto, al menos requisitos similares para la capacidad de ajuste con respecto a la temperatura y al flujo, son igualmente válidos para el fluido que circula en el circuito intermedio, por lo cual también resulta ventajoso en este caso cuando, en función del requerimiento de calor, el fluido se conduce a través de una segunda válvula de carga alta o de una segunda válvula de carga baja conectada en paralelo a la segunda válvula de carga alta y diseñada para flujos más bajos que la segunda válvula de carga alta.

Resulta conveniente cuando se utiliza un intervalo de calentamiento del circuito intermedio como variable de control para un flujo másico de condensado a través del segundo intercambiador de calor, es decir, la diferencia de temperatura del fluido entre la entrada y la salida en el segundo intercambiador de calor. El flujo másico de condensado que fluye a través del segundo intercambiador de calor calentado por condensado se ajusta así en correspondencia al requerimiento de calor del circuito intermedio. De esta manera se asegura que los flujos másicos del medio a calentar y del medio de calentamiento estén siempre en una relación conveniente entre sí, lo cual tiene un efecto positivo en el funcionamiento del segundo intercambiador de calor. Este modo de funcionamiento reduce el riesgo de congelación del condensado y también de la evaporación del fluido, que normalmente es una mezcla de agua/glicol. Además, esto mejora el control de la temperatura de la mezcla agua/glicol, ya que un ajuste del actuador (válvula de tres vías) en un cierto valor provoca un cambio de temperatura constante, es decir, el refuerzo ahora es constante.

Como variable de control para un flujo másico de condensado a través del segundo intercambiador de calor se puede utilizar alternativamente una posición de válvula de la segunda válvula de carga alta.

También es conveniente que un valor objetivo de temperatura para el aire de admisión se ajuste de manera continua a un valor objetivo de potencia establecido de la instalación de central eléctrica en función de un componente de turbina de gas. Ya que con la presente invención la temperatura del aire de admisión ahora se puede ajustar con precisión, es aconsejable ajustar continuamente el aire de admisión a un óptimo calculado en base al estado operativo instantáneo de la instalación de central eléctrica.

Para el caso de que la cantidad de calor disponible en el "extremo frío" del generador de vapor de calor residual no sea suficiente para el funcionamiento óptimo del precalentamiento del aire de admisión, existen las siguientes opciones ventajosas para aumentar la potencia térmica disponible para el precalentamiento del aire de admisión y así aumentar el rango de funcionamiento: Por un lado, se puede acumular un nivel de baja presión en el generador de vapor de calor residual, es decir, se aumenta la presión en el tambor de baja presión para transferir el calor del generador de vapor de calor residual al precalentador de condensado.

Por otro lado, si resulta necesario, además de la acumulación de presión en la zona de baja presión se puede abrir gradualmente una derivación de precalentador de alta presión en el generador de vapor de calor residual para transferir calor al precalentador de condensado.

Gracias a las medidas escalonadas para el suministro de calor en el precalentador de condensado, es decir, el aumento gradual de presión en el tambor de baja presión, la apertura gradual de la derivación del precalentador de alta presión, se logra un funcionamiento de eficiencia optimizada. Se transfiere suficiente calor al precalentador de condensado como para que el calor residual teóricamente todavía utilizable de los gases de escape que escapan a la atmósfera se reduzca al mínimo.

Con el fin de ampliar el rango de funcionamiento de la instalación de central eléctrica, las medidas antes mencionadas para el precalentamiento del aire de admisión se pueden combinar con la desconexión parcial de los quemadores de la turbina de gas, de modo que sea posible operar la central con un buen nivel de eficiencia y una potencia comparativamente muy baja, en donde las emisiones de gases de escape permanecen dentro del rango permitido.

Ya que el gas de escape de la turbina de gas se puede enfriar hasta el valor límite mínimo permisible utilizando el precalentador de condensado como fuente de calor para el precalentamiento del aire de admisión, el nivel de eficiencia del concepto según la invención es significativamente mejor que la de la solución conocida del estado del arte con vapor como fuente de calor.

En el caso de las nuevas turbinas de gas, también es necesario implementar bajas potencias de precalentamiento del aire de admisión a temperaturas exteriores muy frías, con lo cual se puede presentar un riesgo de congelación del lado del condensado, lo cual se soluciona a través de la nueva invención.

Mediante la presente invención se aumenta el rango operativo para la mejora del nivel de eficiencia con carga parcial. En lugar de especificar un valor objetivo de temperatura constante para el aire de admisión cuando el valor objetivo de potencia cae por debajo de un límite ajustado fijamente, el valor objetivo de temperatura del aire de admisión se ajusta en función del valor objetivo de potencia establecido para conseguir una mejora en el nivel de eficiencia incluso con cargas parciales más elevadas, y los IGV de la turbina de gas no se abren demasiado o el valor objeto establecido se puede ajustar.

La ventaja de la invención también consiste en un mayor ahorro de combustibles fósiles (gas, petróleo) en cargas parciales de una central eléctrica de gas y vapor y en costes operativos y emisiones más reducidos asociados a ello, así como en la implementación de un campo de aplicación extenso y flexible.

La regulación continua y el uso de intercambiadores de calor de placas totalmente soldadas (con reducido requerimiento de espacio) contribuyen a estas ventajas.

En comparación con la solución estándar actual con vapor como fuente de calor, una parte previamente inutilizable de la energía térmica del gas de escape proveniente de la última superficie del intercambiador de calor del generador de vapor de calor residual ahora se puede usar para aumentar la eficiencia y prevenir la formación de hielo en el funcionamiento invernal durante el funcionamiento con carga parcial de la central eléctrica de ciclo combinado de turbina de gas. En el caso de un precalentamiento simultáneo del aire de admisión de la turbina de gas con condensado caliente como fuente de calor, el vapor de mayor calidad proveniente del tambor de baja presión se puede seguir utilizando en la turbina de vapor.

Mediante la regulación del intervalo de calentamiento a través del intercambiador de calor calentado por condensado, se consigue un funcionamiento más amigable para el intercambiador de calor y las tuberías adyacentes y se reduce significativamente el riesgo de congelación del intercambiador de calor. Se puede garantizar un arranque y una detención ininterrumpidos y sin problemas y un funcionamiento con muy poca entrada de calor con una calidad de control constante, lo que tiene un efecto general positivo en la disponibilidad del sistema en general.

Los efectos comerciales ofrecen una situación competitiva mejorada a través de estas posibilidades, tanto para nuevas plantas como para la modernización de centrales eléctricas de ciclo combinado de turbinas de gas ya existentes, que a menudo funcionan con cargas parciales y que, por lo tanto, pueden aprovechar los ahorros en los costes de combustible.

En caso de que se requiera una rampa rápida del valor objetivo de potencia de bloque, el valor objetivo de la temperatura de aire de admisión se puede especificar utilizando el valor objetivo de la potencia instantánea de modo que cuando se acelera a plena carga, no se excede la temperatura máxima admisible para alcanzar esta potencia. En lugar de un condensado caliente del precalentador de condensado, de manera alternativa, el concepto mencionado anteriormente también puede utilizar calefacción a distancia u otra fuente de calor de agua caliente o sino una combinación de ambas fuentes de calor.

La presente invención se explica en detalle, a modo de ejemplo, mediante los dibujos. Las figuras muestran de manera esquemática y no a escala:

Figura 1: una instalación de central eléctrica según la presente invención.

Figura 2: una instalación de central eléctrica según la invención con diferentes alternativas.

La figura 1 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una instalación de central eléctrica 1 con una turbina de gas 2 y, de una manera muy simplificada, componentes de un generador de vapor de calor residual 3 relevante para la invención. El precalentamiento del aire de admisión de la turbina de gas 2 se realiza a través de un circuito intermedio 4 para un fluido que es adecuado como medio de transferencia de calor, por ejemplo, una mezcla de agua/glicol, con un primer intercambiador de calor 5 que está conectado a una entrada de aire 6 de la turbina de gas 2, y con un segundo intercambiador de calor 7 que está diseñado como un intercambiador de calor de placas completamente soldadas y está conectado a un circuito de condensado 8. Por supuesto, también es posible otro tipo de intercambiador de calor, por ejemplo, un intercambiador de calor de haz de tubos. Aunque el intercambiador de calor de placas completamente soldadas ofrece ventajas debido a su compacticidad. De acuerdo con la invención, en ambos lados del segundo intercambiador de calor 7, es decir, tanto del lado primario como del secundario, están dispuestas una primera 10 o una segunda válvula de carga alta 11 y, en paralelo, una primera 12 o una segunda válvula de carga baja 13 para flujos más bajos que a través de la primera 10 o la segunda válvula 11 de carga alta. El circuito de condensado 8 comprende un precalentador de condensado 9 en el generador de vapor de calor residual 3, así como una primera línea de recirculación 14, que conecta una salida 15 del precalentador de condensado 9 con una entrada 16 del precalentador de condensado 9; en donde en la primera línea de recirculación 14 están dispuestas bombas de recirculación redundantes 17. El segundo intercambiador de calor 7 se integra en el circuito de condensado 8 porque un primer ramal 18 se bifurca de la primera línea de recirculación 14 en la dirección del flujo aguas abajo de las bombas de recirculación 17 y desemboca en el segundo intercambiador de calor 7 y un segundo ramal 19 se conecta el segundo intercambiador de calor 7 con la entrada 16 del precalentador de condensado 9.

La primera válvula de carga alta 10 y la primera válvula de carga baja 12 dispuesta en una primera línea de derivación 20 alrededor de la primera válvula de carga alta 10 pueden estar dispuestas juntas en el primer ramal 18 (figura 2) o bien en el segundo ramal 19 (figura 1).

Existen diferentes posibilidades para la recirculación de un condensado enfriado en el segundo intercambiador de calor 7 sin calentamiento adicional en el precalentador de condensado 9. De acuerdo con la forma de ejecución según la figura 1, una segunda línea de recirculación 21 se deriva de la primera línea de derivación 20 y desemboca en la primera línea de recirculación 14 en la dirección de flujo de un condensado aguas arriba de las bombas de recirculación redundantes 17. Según una forma de realización alternativa que no se muestra, la segunda línea de recirculación 21 se deriva directamente del segundo ramal 19 y también desemboca en la primera línea de recirculación 14 en la dirección de flujo de un condensado aguas arriba de las bombas de recirculación redundantes 17. Por lo tanto, la diferencia con respecto a la primera forma de ejecución consiste sólo en la derivación de la primera línea de derivación 20 o bien de la segunda línea de recirculación 21 como causa de la disposición de las primeras válvulas de carga alta 10 y baja 12 "detrás" o "delante" del segundo intercambiador de calor 7.

Finalmente, la figura 2 muestra una forma de ejecución en la cual el condensado enfriado no se retroalimenta aguas arriba de las bombas de recirculación redundantes 17, sino, en la cual una tercera línea de recirculación 22 desemboca desde el segundo ramal 19 directamente en el primer ramal 18. En este caso, sin embargo, se requiere una bomba 33 en la tercera línea de recirculación 22.

Adicionalmente al primer intercambiador de calor 5 y al segundo intercambiador de calor 7, la segunda válvula de carga alta 11 está dispuesta en el circuito intermedio 4 y la segunda válvula de carga baja 13 está dispuesta en una segunda línea de derivación 23 alrededor de la segunda válvula de carga alta 11. Además, en el circuito intermedio 4 está dispuesta una tercera línea de derivación 24 alrededor del segundo intercambiador de calor 7, seguida de un mezclador estático 25. La segunda válvula de carga alta 11 está configurada como válvula de tres vías en la figura 1 y una salida 26 de la segunda válvula de carga alta 11 está conectada a una entrada 27 del segundo intercambiador de calor 7 y la tercera línea de derivación 24 se bifurca desde otra salida 28 de la segunda válvula de carga alta 11. La figura 2 muestra una forma de ejecución alternativa con dos válvulas de control separadas 44, 45, es decir, una válvula de control 44 en el ramal de fluido caliente (es decir, a través del segundo intercambiador de calor 7) y una válvula de control 45 en el ramal de fluido frío (alrededor del segundo intercambiador de calor), que se mueven en direcciones opuestas.

La figura 1 muestra también un dispositivo 29 para la regulación de las primeras y las segundas válvulas de carga alta 10, 11 y de carga baja 12, 13. La regulación se realiza, entre otras cosas, en base a temperaturas o flujos medidos en diferentes puntos. Para ello, la instalación de central eléctrica 1 comprende un punto de medición de temperatura 34 para el aire de admisión precalentado y puntos de medición de temperatura 35, 36 y 37 para el fluido en el circuito intermedio. En las figuras 1 y 2, el punto de medición de temperatura 35 está dispuesto entre las bombas de recirculación 43 en el circuito intermedio 4 y un ramal a la segunda línea de derivación 23, aunque también ya puede estar dispuesto aguas arriba de las bombas de recirculación 43 en el circuito intermedio, y suministra la temperatura del fluido aguas arriba del segundo intercambiador de calor 7. El punto de medición de temperatura 36 está dispuesto directamente detrás del segundo intercambiador de calor 7 y suministra la temperatura del fluido después del intercambio de calor con el condensado. La diferencia entre los valores medidos de los puntos de medición de temperatura 35 y 36 se denomina intervalo de calentamiento. Finalmente, con el punto de medición de temperatura 37 se determina la temperatura de mezcla del fluido, es decir, la temperatura que surge por la mezcla de los flujos de fluido a través del segundo intercambiador de calor 7 o bien por delante de él y la cual se aplica al primer intercambiador de calor 5 para calentar el aire de admisión de la turbina de gas. Los puntos de medición de flujo 38, 39 para el condensado están dispuestos en las figuras en el segundo ramal 19, así como en la primera línea de recirculación 14. La representación de la regulación en las figuras está considerablemente simplificada. La regulación real es más compleja y, además de muchos otros aspectos, por supuesto, también incluye una regulación de las bombas de recirculación 17 en la primera línea 14 de recirculación. La regulación tampoco se tiene que realizar necesariamente de forma centralizada para todos los componentes, como se muestra en las figuras.

Cuando la cantidad de calor en la zona del precalentador de condensado 9 ya no es suficiente para el precalentamiento del aire de admisión, entonces se puede acumular un nivel de baja presión 30 en el generador de vapor de calor residual 3 para transferir calor en el generador de vapor de calor residual 3 al precalentador de condensado 9.

Si esta medida fuera aún insuficiente, en un paso adicional, se puede abrir una derivación del precalentador de alta presión 31 en el generador de vapor de calor residual 3 para transferir aún más calor al precalentador de condensado 9. Esto funciona tanto para áreas de alta presión con tambor de alta presión 40, como se muestra en la figura 1, como también en la variante Benson que se muestra en la figura 2.

En la Figura 2 también se muestra una variante del precalentador de condensado 9 con superficies de calentamiento divididas 41, de las cuales una presenta una derivación 42, de modo que la cantidad de calor transferida al condensado se puede ajustar mejor.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Instalación de central eléctrica (1) que comprende una turbina de gas (2), un generador de vapor de calor residual (3) así como un circuito intermedio (4) con un primer intercambiador de calor (5), que está conectado a una entrada de aire (6) de la turbina de gas (2), y con un segundo intercambiador de calor (7), que está conectado a un circuito de condensado (8), que comprende un precalentador de condensado (9) en el generador de vapor de calor residual (3); caracterizada porque en ambos lados del segundo intercambiador de calor (7) están dispuestas una primera (10) o una segunda válvula de carga alta (11) y, en paralelo, una primera (12) o una segunda válvula de carga baja (13) para flujos menores que a través de la primera (10) o la segunda válvula de carga alta (11).

2. Instalación de central eléctrica (1) según la reivindicación 1, en donde el circuito de condensado (8) comprende una primera línea de recirculación (14) que conecta una salida (15) del precalentador de condensado (9) con una entrada (16) del precalentador de condensado (9); en donde en la primera línea de recirculación (14) están dispuestas bombas de recirculación redundantes ( 17) y en donde un primer ramal (18) se bifurca desde la primera línea de recirculación (14) y desemboca en el segundo intercambiador de calor (7) y un segundo ramal (19) conecta el segundo intercambiador de calor (7) con la entrada (16) del precalentador de condensado (9).

3. Instalación de central eléctrica (1) según la reivindicación 2, en donde el primer ramal (18) se bifurca desde la primera línea de recirculación (14) en la dirección del flujo aguas abajo de las bombas de recirculación (17).

4. Instalación de central eléctrica (1) según la reivindicación 2, en donde la primera válvula de carga alta (10) está dispuesta en el primer ramal (18) y la primera válvula de carga baja (12) está dispuesta en una primera línea de derivación (20) alrededor de la primera válvula de carga alta (10).

5. Instalación de central eléctrica (1) según la reivindicación 2, en donde la primera válvula de carga alta (10) está dispuesta en el segundo ramal (19) y la primera válvula de carga baja (12) está dispuesta en una primera línea de derivación (20) alrededor de la primera válvula de carga alta (10).

6. Instalación de central eléctrica (1) según la reivindicación 4, en donde desde el segundo ramal (19) se bifurca una segunda línea de recirculación (21) que desemboca en la primera línea de recirculación (14) en la dirección de flujo de un condensado aguas arriba de las bombas de recirculación redundantes (17).

7. Instalación de central eléctrica (1) según la reivindicación 5, en donde desde la primera línea de derivación (20) se bifurca una segunda línea de recirculación (21) que desemboca en la primera línea de recirculación (14) en la dirección de flujo de un condensado aguas arriba de las bombas de recirculación redundantes (17).

8. Instalación de central eléctrica (1) según las reivindicaciones 2 a 5, en donde desde el segundo ramal (19) una tercera línea de recirculación (22) desemboca en el primer ramal (18) y una bomba (33) está conectada a la tercera línea de recirculación (22).

9. Instalación de central eléctrica (1) según las reivindicaciones 2 a 5, en donde el precalentador de condensado (9) presenta al menos dos superficies calentadoras (41), de las cuales al menos una presenta una derivación (42).

10. Instalación de central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en donde la segunda válvula de carga alta (11) está dispuesta en el circuito intermedio (4) y la segunda válvula de carga baja (13) está dispuesta en una segunda línea de derivación (23) alrededor de la segunda válvula de carga alta (11); en donde además en el circuito intermedio (4) está dispuesta una tercera línea de derivación (24) alrededor del segundo intercambiador de calor (7), seguida de un mezclador estático (25); en donde la segunda válvula de carga alta (11) cumple la función de una válvula de tres vías y una salida (26) de la segunda válvula de carga alta (11) está conectada a una entrada (27) del segundo intercambiador de calor (7) y la tercera línea de derivación (24) se bifurca de otra salida (28) de la segunda válvula de carga alta (11).

11. Instalación de central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende un dispositivo (29) para la regulación de las primeras y las segundas válvulas de carga alta (10, 11) y de carga baja (12, 13).

12. Instalación de central eléctrica (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en donde el segundo intercambiador de calor (7) es al menos un intercambiador de calor de placas completamente soldadas.

13. Procedimiento para optimizar la eficiencia y ampliar el rango operativo de una instalación de central eléctrica (1); la central eléctrica (1) comprende una turbina de gas (2) y un generador de vapor de calor residual (3), en el cual un fluido se conduce en un circuito intermedio (4) y el calor se transfiere a través de un primer intercambiador de calor (5) al aire aspirado por la turbina de gas (2); en donde el calor de un condensado precalentado se transfiere del generador de vapor de calor residual (3) a través de un segundo intercambiador de calor (7) al fluido; caracterizado porque en función del requerimiento de calor, el condensado se conduce a través de una primera válvula de carga alta (10) o de una primera válvula de carga baja (12) que está conectada en paralelo con la primera válvula de carga alta (10) y está diseñada para flujos más bajos que la primera válvula de carga alta (10).

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en donde al menos una parte del condensado se añade a una corriente de condensado precalentado después de la disipación de calor en el fluido, sin pasar por un precalentamiento, y la mezcla se suministra al segundo intercambiador de calor (7).

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 ó 14, en donde en función del requerimiento de calor, el fluido se conduce a través de una segunda válvula de carga alta (11) o de una segunda válvula de carga baja (13) conectada en paralelo a la segunda válvula de carga alta (11) y diseñada para flujos más bajos que la segunda válvula de carga alta (11).

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 a 15, en donde un intervalo de calentamiento del circuito intermedio (4) se utiliza como variable de control para un flujo másico de condensado a través del segundo intercambiador de calor (7).

17. Procedimiento según la reivindicación 15, en donde se utiliza una posición de válvula de la segunda válvula de carga alta (11) como variable de control para un flujo másico de condensado a través del segundo intercambiador de calor (5).

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 a 17, en donde un valor objetivo de temperatura para el aire de admisión se ajusta de manera continua en función de un componente de turbina de gas a un valor objeto de potencia establecida de la instalación de central eléctrica (1).

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 a 18, en donde se acumula un nivel de baja presión (30) en el generador de vapor de calor residual (3) para transferir el calor del generador de vapor de calor residual (3) al precalentador de condensado (9).

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 a 19, en donde se abre una derivación de precalentador de alta presión (31) en el generador de vapor de calor residual (3) para transferir calor al precalentador de condensado (9).

21. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 a 20, en donde los quemadores (32) de la turbina de gas (2) están parcialmente apagados.