ES2222900T3 - Generador de vapor continuo quemado con combustible fosil. - Google Patents
Generador de vapor continuo quemado con combustible fosil.Info
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Abstract
Generador de vapor continuo (2) con una cámara de combustión (4) para combustible fósil (B), aguas abajo de la cual está conectado un tiro de gas vertical (8) en el lado del gas caliente a través de un tiro de gas horizontal (6), comprendiendo la cámara de combustión (4) un número de quemadores (30), que están dispuestos a la altura del tiro de gas horizontal (6) y estando formadas las paredes periféricas (9) de la cámara de combustión (4) por tubos de evaporación (10) dispuestos verticales, que están unidos por soldadura entre sí de forma hermética al gas, pudiendo ser impulsados una pluralidad de los tubos de evaporación (10), respectivamente, en paralelo con medio de circulación (S) y estando guiados en la zona de salida (34) de la cámara de combustión (4) un número de tubos de evaporación (10), que pueden ser impulsados en paralelo con medio de circulación (S), antes de su entrada en la pared periférica (9) respectiva de la cámara de combustión (4) a través de la cámara de combustión (4).
Description
Generador de vapor continuo quemado con
combustible fósil.
La invención se refiere a un generador de vapor
continuo, que presenta una cámara de combustión para combustible
fósil, aguas abajo de la cual está conectado un tiro de gas
vertical en el lado del gas caliente a través de un tiro de gas
horizontal, estando formadas las paredes periféricas de la cámara
de combustión por tubos de evaporación dispuestos verticales, que
están unidos por soldadura entre sí de forma hermética al gas.
En una central eléctrica con un generador de
vapor, se utiliza el contenido de energía de un combustible para la
evaporación de un medio de circulación en el generador de vapor. En
este caso, el medio de circulación es conducido habitualmente en un
circuito de evaporación. El vapor acondicionado a través del
generador de vapor puede estar previsto, por ejemplo, para el
accionamiento de una turbina de vapor y/o para un proceso externo
conectado. Si el vapor acciona una turbina de vapor, entonces se
acciona a través del árbol de la turbina de vapor habitualmente un
generador o una máquina de trabajo. En el caso de un generador, la
corriente generada a través del generador puede estar prevista para
la alimentación a una red compuesta y/o a una red aislada.
El generador de vapor puede estar configurado en
este caso como generador de vapor continuo. Se conoce un generador
de vapor continuo a partir del artículo "VerdampferKonzepte für
Benson-Dampferzeuger" de J. Franke, W. Köhler y
E. Wittchow, publicado en VGB Kraftwerkstechnik 73 (1993), Nº 4,
páginas 352 -360. En el caso de un generador de vapor continuo, la
calefacción pasa desde los tubos generadores de vapor previstos como
tubos de evaporación para una evaporación del medio de circulación
hasta los tubos generadores de vapor en una pasada de una sola
vez.
Los generadores de vapor continuo se realizan
habitualmente con una cámara de combustión en tipo de construcción
vertical. Esto significa que la cámara de combustión está diseñada
para una circulación del medio calefactor o gas calefactor en
dirección aproximadamente vertical. En el lado del gas de
calefacción, aguas abajo de la cámara de combustión está conectado
en este caso un tiro de gas horizontal, realizándose durante la
transición desde la cámara de combustión al tiro de gas horizontal
una desviación de la corriente de gas caliente en una dirección de
la circulación aproximadamente horizontal. Sin embargo, tales
cámaras de combustión requieren, en general, en virtud de las
modificaciones de la longitud de la cámara de combustión
condicionadas por la temperatura, un bastidor, en el que se suspende
la cámara de combustión. Esto condiciona un gasto técnico
considerable durante la fabricación y montaje del generador de
vapor continuo, que es tanto mayor cuanto mayor es la altura de
construcción del generador de vapor continuo. Éste es el caso
especialmente en los generadores de vapor continuo, que están
diseñados para una potencia del vapor de más de 80 kg/s a plena
carga.
Un generador de vapor continuo no está sometido a
ninguna limitación de la presión, de manera que son posibles
presiones del vapor nuevo muy por encima de la presión crítica del
agua (p_{cri} = 221 bares) - donde existe solamente una diferencia
reducida de la densidad entre medio similar al líquido y medio
similar al vapor -. Una presión alta del vapor nuevo favorece un
rendimiento térmico alto y, por lo tanto, emisiones reducidas de
CO_{2} de una central quemada con combustible fósil, que puede
estar quemada, por ejemplo, con hulla o también con carbón vegetal
en forma sólida como combustible.
Un problema especial representa el diseño de la
pared periférica del tiro de gas o de la cámara de combustión del
generador de gas continuo en lo que se refiere a las temperaturas
de la pared del tubo o las temperaturas del material que se producen
allí. En la zona de presión subcrítica hasta aproximadamente 200
bares, se determina la temperatura de la pared periférica de la
cámara de combustión esencialmente por la altura de la temperatura
de saturación del agua; cuando debe asegurarse una humidificación
de la superficie interior de los tubos de evaporación. Esto se
consigue, por ejemplo, a través de la utilización de tubos de
evaporación, que presentan una estructura superficial sobre su lado
interior. A ello hay que añadir que se contemplan especialmente
tubos de evaporación con nervaduras interiores, cuyo empleo en un
generador de vapor continuo se conoce, por ejemplo, a partir del
artículo citado anteriormente. Estos llamados tubos nervados, es
decir, tubos con una superficie interior nervada, tienen una
transmisión de calor especialmente buena desde la pared interior del
tubo hacia el medio de circulación.
Según la invención, no se puede evitar que
durante el funcionamiento del generador de vapor continuo se
produzcan tensiones térmicas entre las paredes adyacentes de los
tubos de diferente temperatura cuando éstas están unidas por
soldadura entre sí. Éste es especialmente el caso en la sección de
unión de la cámara de combustión con el tiro de gas horizontal
conectado aguas abajo de la misma, es decir, entre los tubos de
evaporación de la zona de salida de la cámara de combustión y los
tubos generadores de vapor de la zona de entrada del tiro de gas
horizontal. A través de estas tensiones térmicas se puede reducir
claramente la duración de vida útil del generador de vapor continuo,
y en el caso extremo incluso se pueden producir roturas del
tubo.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
indicar un generador de vapor continuo quemado con combustible
fósil del tipo mencionado anteriormente, que requiere un gasto de
fabricación y de montaje especialmente reducido, y durante cuyo
accionamiento se mantienen reducidas, además, las diferencias de
temperatura en la unión de la cámara de combustión con el tiro de
gas horizontal conectado aguas abajo de la misma. Éste debe ser
especialmente el caso para los tubos de evaporación, que están
dispuestos directa o indirectamente próximos entre sí, de la cámara
de combustión y de los tubos generadores de vapor del tiro de gas
horizontal que está conectado aguas abajo de la cámara de
combustión.
Este cometido se soluciona según la invención
porque el generador de vapor continuo presenta una cámara de
combustión con un número de quemadores dispuestos a la altura del
tiro de gas horizontal, pudiendo ser impulsados una pluralidad de
los tubos de evaporación, respectivamente, en paralelo con medio de
circulación y estando guiados en la zona de salida de la cámara de
combustión un número de tubos de evaporación, que pueden ser
impulsados en paralelo con medio de circulación, antes de su
entrada en la pared periférica respectiva de la cámara de combustión
a través de la cámara de combustión.
La invención parte de la consideración de que un
generador de vapor continuo, que se puede instalar con un gasto de
fabricación y de montaje especialmente reducido, debería presentar
una construcción en suspensión realizable con medios sencillos. Un
bastidor que se puede crear con un gasto técnico comparativamente
reducido para la suspensión de la cámara de combustión puede ir
acompañado en este caso con una altura de construcción especialmente
reducida del generador de vapor continuo. Se puede conseguir una
altura de construcción especialmente reducida del generador de
vapor continuo realizándola cámara de combustión en tipo de
construcción horizontal. A tal fin, los quemadores están dispuestos
a la altura del tiro de gas horizontal en la pared de la cámara de
combustión. De esta manera, durante el funcionamiento del generador
de vapor continuo, el gas calefactor circula en la dirección de la
circulación principal aproximadamente horizontal a través de la
cámara de combustión.
Además, durante el funcionamiento del generador
de vapor continuo con la cámara de combustión horizontal, en la
unión de la cámara de combustión con el tiro de gas horizontal, las
diferencias de la temperatura deberían ser especialmente reducidas,
para evitar de una manera fiable las fatigas prematuras del
material como consecuencia de las tensiones térmicas. Estas
diferencias de la temperatura deberían ser especialmente reducidas
en particular entre tubos de evaporación directa o indirectamente
adyacentes entre sí de la cámara de combustión y tubos generadores
de vapor del tiro de gas horizontal, para que se eviten de una
manera especialmente fiable las fatigas del material como
consecuencia de las tensiones térmicas en la zona de la salida de
la cámara de combustión y en la zona de la entrada del tiro de gas
horizontal.
Pero la sección de entrada de los tubos de
evaporación, que puede ser impulsada con medio de circulación
presenta ahora, durante el funcionamiento del generador de vapor
continuo, una temperatura comparativamente más reducida que la
sección de entrada de los tubos del generador de vapor del tiro de
gas horizontal que está conectado aguas abajo de la cámara de
combustión. En efecto, en los tubos de evaporación entra medio de
circulación comparativamente frío, en oposición al medio de
circulación caliente, que entra en los tubos del generador de vapor
del tiro de gas horizontal. Por lo tanto, los tubos de evaporación
están durante el funcionamiento del generador de vapor continuo en
la sección de entrada más fríos que los tubos generadores de vapor
en la sección de entrada del tiro de gas horizontal. De esta
manera, son previsibles fatigas del material como consecuencia de
las tensiones térmicas en la unión entre la cámara de combustión y
el gas de tiro horizontal.
Pero ni no entra ahora en los tubos de
evaporación de la cámara de combustión medio de circulación frío
sino un medio de circulación frío sino un medio de circulación
precalentado, entonces tampoco la diferencia de la temperatura entre
la sección de entrada de los tubos de evaporación y la sección de
entrada de los tubos generadores de vapor puede ser ya tan grande
como sería en el caso de una entrada de un medio de refrigeración
frío en los tubos de evaporación. La diferencia de temperatura se
puede reducir todavía adicionalmente cuando el tubo, en el que se
realiza el precalentamiento del medio de circulación a través del
caldeo, está conectado directamente en el tubo de evaporación, que
está conectado directa o indirectamente con los tubos generadores
de vapor del tiro de gas horizontal o, en cambio, es una parte del
mismo. A tal fin, una parte de los tubos de evaporación están
conducidos a través de la cámara de combustión antes de su entrada
en la pared periférica de la cámara de combustión. En este caso,
este número de los tubos de evaporación está asociado a una
pluralidad de tubos de evaporación que pueden ser impulsados en
paralelo con medio de circulación.
Las paredes laterales del tiro de gas horizontal
y/o del tiro de gas vertical están formadas de una manera más
ventajosa por tubos generadores de vapor que están dispuestos
verticales, están unidos por soldadura entre sí de una manera
hermética al gas y pueden ser impulsados en cada caso en paralelo
con medio de circulación.
De una manera más ventajosa, aguas arriba de un
número de tubos de evaporación conectados en paralelo de la cámara
de combustión está conectado un sistema de colectores de entrada
común y aguas abajo de los mismos está conectado un sistema de
colectores de salida común para el medio de circulación. Un
generador de vapor continuo realizado en esta configuración
posibilita, en efecto, una compensación fiable de la presión entre
un número de tubos de evaporación, que pueden ser impulsados en
paralelo con medio de circulación, de manera que en cada caso todos
los tubos de evaporación conectados en paralelo entre el sistema de
colectores de entrada y el sistema de colectores de salida presentan
la misma pérdida de presión total. Esto significa que en el caso de
un tubo de evaporación más caliente en comparación con un tubo de
evaporación menos caliente, debe aumentar el rendimiento. Esto se
aplica también para los tubos generadores de vapor del tiro de gas
horizontal o del tipo de gas vertical que pueden ser impulsados con
medio de circulación, aguas arriba de los cuales está conectado un
sistema de colectores de entrada común para medio de circulación y
un sistema de colectores de salida común para medio de
circulación.
Los tubos de evaporación de la pared frontal de
la cámara de combustión pueden ser impulsados de una manera más
ventajosa en paralelo con medio de circulación y pueden estar
conectados en el lado del medio de circulación aguas arriba de los
tubos de evaporación de las paredes periféricas, que forman las
paredes laterales de la cámara de combustión. De esta manera, se
garantiza una refrigeración especialmente favorable de la pared
frontal fuertemente calentada de la cámara de combustión.
En otra configuración ventajosa de la invención,
el diámetro interior del tubo de un número de tubos de evaporación
de la cámara de combustión se selecciona en función de la posición
respectiva de los tubos de evaporación en la cámara de combustión.
De esta manera, se pueden adaptar los tubos de evaporación en la
cámara de combustión a un perfil de calefacción predeterminado en el
lado del gas caliente. Con la influencia realizada de este modo
sobre la circulación a través de los medios de evaporación se
pueden mantener especialmente reducidas de una manera
particularmente fiable las diferencias de temperatura del medio de
circulación en la salida de los tubos de evaporación de la cámara de
combustión.
Para una transmisión especialmente buena del
calor de la cámara de combustión sobre el medio de circulación
conducido en los tubos de evaporación, de una manera más ventajosa
un número de los tubos de evaporación presenta sobre su lado
interior, respectivamente, nervaduras que forman una rosca de
varios pasos. En este caso, de una manera más ventajosa, existe un
ángulo de gradiente \alpha entre un plano perpendicular al eje
del tubo y los flancos de las nervaduras que están dispuestas sobre
el lado interior del tubo menor que 60º, con preferencia menor que
55º.
En efecto, en un tubo de evaporación calentado,
realizado como tubo de evaporación sin nervadura interior, un
llamado tubo liso, a partir de un determinado contenido de vapor no
se puede mantener ya la humidificación de la pared del tubo, que es
necesaria para una transmisión del calor especialmente buena. En el
caso de humidificación deficiente, puede existir una pared del tubo
seca por secciones. La transición a una pared de tubo seca de este
tipo conduce a una llamada crisis de transición de calor con
comportamiento empeorado de la transmisión de calor, de manera que,
en general, las temperaturas de la pared del tubo en este lugar se
incrementan de una manera especialmente fuerte. En cambio, en un
tubo de evaporación con nervaduras interiores, en comparación con un
tubo liso, esta crisis de la transmisión de calor solamente se
produce con un contenido de masas de vapor > 0,9, es decir, poco
antes del final de la evaporación. Esto es atribuible a la torsión
que experimenta la circulación a través de las nervaduras en forma
de espiral. En virtud de la fuerza centrífuga diferente, el agua se
separa de la porción de vapor y es transportada a la pared del
tubo. De este modo se mantiene la humidificación de la pared del
tubo hasta contenidos de vapor altos, de manera que se producen
altas velocidades de circulación en el lugar de la crisis de la
transmisión de calor. Esto provoca, a pesar de la crisis de la
transmisión de calor una transmisión de calor relativamente buena y
como consecuencia de ellos temperaturas bajas de la pared del
tubo.
Un número de los tubos de evaporación de la
cámara de combustión presenta de una manera más ventajosa medios
para la reducción del caudal de paso del medio de circulación. En
este caso, se ha revelado que es especialmente favorable que los
medios estén configurados como instalaciones de estrangulamiento.
Las instalaciones de estrangulamiento pueden ser, por ejemplo,
estructuras internas en los tubos de evaporación, que reducen el
diámetro interior del tubo en un lugar en el interior del tubo de
evaporación respectivo. En este caso, se ha revelado que son
ventajosos también medios para la reducción del caudal de paso en
un sistema de conducción que comprende varios conductos en paralelo,
a través del cual se puede alimentar medio de circulación a los
tubos de evaporación de la cámara de combustión. En este caso, el
sistema de conducción puede estar conectado también aguas arriba de
un sistema de colectores de entrada de tubos de evaporación que
pueden ser impulsados en paralelo con medio de circulación. En un
conducto o en varios conductos del sistema de conducción pueden
estar previstas en este caso, por ejemplo, griferías de
estrangulamiento. Con tales medios para la reducción del caudal de
paso del medio de circulación a través de los tubos de evaporación
se puede llevar a cabo una adaptación del caudal del medio de
circulación a través de tubos de evaporación individuales a su
calefacción respectiva en la cámara de combustión. De este modo,
adicionalmente se mantienen especialmente reducidas, de una manera
particularmente fiable las diferencias de temperatura del medio de
circulación en la salida de los tubos de evaporación.
Los tubos de evaporación o bien los tubos
generadores de vapor adyacentes están unidos por soldadura entre sí
de forma hermética al gas en sus lados longitudinales, de una
manera más ventajosa a través de bandas metálicas, llamadas aletas.
Estas aletas pueden estar unidas en el procedimiento de fabricación
de los tubos ya fijamente con los tubos y pueden formar con éstos
una unidad. Esta unidad formada por un tubo y aletas, se designa
también como tubo de aletas. La anchura de las aletas influye en la
entrada de calor en los tubos de evaporación o bien en los tubos
generadores de vapor. Por lo tanto, la anchura de las aletas se
puede adaptar con preferencia en función de la posición de los
tubos de evaporación o bien de los tubos generadores de vapor
respectivos en el generador de vapor continuo a un perfil de
calefacción predeterminado en el lado de gas caliente. Como perfil
de calefacción puede estar previsto en este caso un perfil de
calefacción típico determinado a partir de valores experimentales o
también puede estar prevista una estimación aproximada, como por
ejemplo un perfil de calefacción de forma escalonada. A través de
las achuras de las aletas seleccionadas de forma adecuada se puede
conseguir, incluso en el caso de un caldeo muy diferente de los
distintos tubos de evaporación o bien tubos generadores de vapor,
una entrada de calor en todos los tubos de evaporación o bien tubos
generadores de vapor, de tal manera que se mantienen especialmente
reducidas las diferencias de temperatura del medio de circulación
en la salida de los tubos de evaporación o bien de los tubos
generadores de vapor. De esta manera, se impiden con fiabilidad las
fatigas de los materiales como consecuencia de tensiones térmicas.
De este modo, el generador de vapor continuo presenta una duración
de vida útil especialmente larga.
En el tiro de gas horizontal están dispuestas de
una manera más ventajosa un número de superficies calefactoras de
recalentamiento, que están dispuestas aproximadamente
perpendiculares a la dirección principal de la circulación del gas
caliente y cuyos tubos están conectados en paralelo para una
circulación del medio de circulación a través de los mismos. Estas
superficies calefactoras de recalentamiento dispuestas en un tipo
de construcción en suspensión, designadas también como superficies
calefactoras de mamparo, son calentadas de una manera predominante
por convección y están conectadas, en el lado del medio de
circulación, aguas abajo de los tubos de evaporación de la cámara de
combustión. De este modo se garantiza un aprovechamiento
especialmente favorable del calor del gas caliente.
De una manera más ventajosa, el tiro de gas
vertical presenta un número de superficies calefactoras por
convección, que están formadas por tubos que están dispuestos
aproximadamente perpendiculares a la dirección principal de la
corriente del gas caliente. Estos tubos de una superficie
calefactora por convección están conectados en paralelo para una
circulación del medio de circulación a través de los mismos.
También estas superficies calefactoras por convección son calentadas
de una manera predominante por convección.
Para garantizar, además, un aprovechamiento
especialmente completo del calor del gas caliente, el tiro de gas
vertical presenta de una manera más ventajosa un economizador.
De una manera más ventajosa, los quemadores están
dispuestos en la pared frontal de la cámara de combustión, es
decir, en aquella pared lateral de la cámara de combustión, que
está opuesta al orificio de salida de la corriente hacia el tiro de
gas horizontal. Un generador de vapor continuo configurado de esta
manera se puede adaptar de una forma especialmente sencilla a la
longitud de la combustión del combustible fósil. Por longitud de
combustión del combustible fósil se entiende en este caso la
velocidad del gas calefactor en la dirección horizontal a una
temperatura media determinada del gas calefactor multiplicada por
el tiempo de combustión t_{A} de la llama del combustible fósil.
La longitud de combustión máxima para el generador de vapor
continuo respectivo se obtiene en este caso a la potencia de vapor
M a plena carga del generador de vapor continuo, el llamado
funcionamiento a plena carga. El tiempo de combustión t_{A} de la
llama del combustible fósil es de nuevo el tiempo, que necesita, por
ejemplo, un grano de polvo de carbón de tamaño medio para quemarse
totalmente a una temperatura del gas calefactor media
determinada.
Para mantener especialmente reducidos los datos
en el material y una contaminación no deseada del tiro de gas
horizontal, por ejemplo en virtud de la entrada de cenizas fundidas
a una temperatura alta, la longitud de la cámara de combustión,
definida a través de la distancia desde la pared frontal hasta la
zona de entrada del tiro de gas horizontal, es de una manera más
ventajosa al menos igual a la longitud de combustión del
combustible fósil durante el funcionamiento a plena carga del
generador de vapor continuo. Esta longitud horizontal de la cámara
de combustión es, en general, al menos el 80% de la altura de la
cámara de combustión, medida desde el canto superior de la tolva,
cuando la zona inferior de la cámara de combustión está realizada
en forma de tolva, hasta la cubierta de la cámara de
combustión.
La longitud L (indicada en m) de la cámara de
combustión está seleccionada para un aprovechamiento especialmente
favorable del calor de la combustión del combustible fósil de una
manera más ventajosa como función de la potencia de vapor M
(indicada en kg/s) del generador de vapor continuo a plena carga,
del tiempo de la combustión t_{A} (indicado en s) de la llama del
combustible fósil y de la temperatura de salida T_{BRK} (indicada
en ºC) del gas caliente que sale de la cámara de combustión. En
este caso, con una potencia de vapor M dada del generador de vapor
continuo a plena carga para la longitud L de la cámara de
combustión se aplica se una manera aproximada el valor mayor de las
dos funciones (I) y (II):
(I)
yL(M, t_{A}) = (C_{1} + C_{2} \cdot M) \cdot
t_{A}
(II)L(M, (T_{BRK}) =
(C_{3} \cdot T_{BRK} + C_{4})M + C_{5}(T_{BRK})^{2} + C_{6} \cdot
T_{BRK} +
C7
con
- C_{1} = 8 m/s
- C_{2} = 0,0057 m/kg y
- C_{3} = -1,905 \cdot 10^{4} (m \cdot s)/(kg ºC) y
- C_{4} = 0,286 (s \cdot m) / kg y
- C_{5} = 3 \cdot 10^{-4} m/(ºC)^{2} y
- C_{6} = -0,842 m/ºC y
- C_{7} = 603,41 m
Por "aproximada" se entiende en este caso
una desviación admisible de la longitud L de la cámara de
combustión con respecto al valor definido a través de la función
respectiva en +20%/-10%.
De una manera más ventajosa, la zona inferior de
la cámara de combustión está configurada como tolva. De esta
manera, se puede descargar de una forma especialmente sencilla la
ceniza que se produce durante el funcionamiento del generador de
vapor continuo durante la combustión del combustible fósil,
especialmente en una instalación de eliminación de ceniza que está
dispuesta debajo de la tolva. En el combustible fósil, se puede
tratar en este caso de carbón en forma sólida.
Las ventajas conseguidas con la invención
consisten especialmente en que a través de la conducción de algunos
tubos de evaporación a través de la cámara de combustión antes de su
entrada en la pared periférica de la cámara de combustión, se
producen diferentes de temperatura especialmente reducidas en el
entorno inmediato de la unión de la cámara de combustión con el tiro
de gas horizontal durante el funcionamiento del generador de vapor
continuo. Por lo tanto, las tensiones térmicas, provocadas por las
diferencias de temperatura entre tubos de evaporación inmediatamente
adyacentes de la cámara de combustión y tubos generadores de vapor
del tiro de gas horizontal, en la unión de la cámara de combustión
con el tiro de gas horizontal se mantienen, durante el
funcionamiento del generador de vapor continuo, por muy debajo de
los valores, a los que existe, por ejemplo, el peligro de rotura de
los tubos. Por lo tanto, es posible también el empleo de una cámara
de combustión horizontal en un generador de vapor continuo con una
duración de vida útil comparativamente más larga. A través del
diseño de la cámara de combustión para una dirección de circulación
principal aproximadamente horizontal del gas caliente se consigue,
además, un tipo de estructura especialmente compacto del generador
de vapor continuo. Esto posibilita, en el caso de una integración
del generador de vapor continuo en una central eléctrica con una
turbina de vapor, también la utilización de tubos de unión
especialmente cortos desde el generador de vapor continuo hasta la
turbina de vapor.
A continuación se explica en detalle un ejemplo
de realización de la invención con la ayuda de un dibujo. En
éste:
La figura 1 muestra de forma esquemática un
generador de vapor continuo quemado con combustible fósil en el
tipo de construcción de dos tiros en una vista lateral y
La figura 2 muestra de forma esquemática una
sección longitudinal a través de un tubo de evaporación
individual.
La figura 3 muestra un sistema de coordenadas con
las curvas K_{1} a K_{6}.
La figura 4 muestra de forma esquemática la unión
de la cámara de combustión con el tiro de gas horizontal y
La figura 5 muestra un sistema de coordenadas con
las curvas U_{1} a U_{6}.
Las partes correspondientes entre sí están
provistas con los mismos signos de referencia.
El generador de vapor continuo 2 quemado con
combustible fósil según la figura 1 está asociado a una central
eléctrica no representada en detalle, que comprende también una
instalación de turbinas de vapor. En este caso, el vapor generado en
el generador de vapor continuo 2 es utilizado para el accionamiento
de la turbina de vapor, que acciona, por su parte, de nuevo un
generador para la generación de corriente. La corriente generada a
través del generador está prevista en este caso para la
alimentación a una red compuesta o una red aislada.
El generador de vapor continuo 2 quemado con
combustible fósil comprende una cámara de combustión 4 realizada en
tipo de construcción horizontal, aguas debajo de la cual, en el
lado del gas caliente, está conectado un tiro de gas vertical 8 a
través de un tiro de gas horizontal 6. La zona inferior de la
cámara de combustión 4 está formada por una tolva 5 con un canto
superior que corresponde a la línea auxiliar con los puntos
extremos X e Y. A través de la tolva 5 se puede descargar ceniza del
combustible fósil B, durante el funcionamiento del generador de
vapor continuo 2, a una instalación de eliminación de ceniza 7 que
está dispuesta debajo de la misma. Las paredes periféricas 9 de la
cámara de combustión 4 están formadas por tubos de evaporación 10
dispuestos verticales, unidos por soldadura entre sí de una manera
hermética al gas, una pluralidad N de los cuales pueden ser
impulsados en paralelo con el medio de circulación S. En este caso,
una pared periférica 9 de la cámara de combustión 4 es la pared
frontal 11. Adicionalmente, también las paredes laterales 12 del
tiro de gas horizontal 6 y 14, respectivamente, del tipo de gas
vertical 8 están formadas por tubos generadores de vapor 16 y 17,
respectivamente, que están dispuestos verticales, unidos por
soldadura entre sí de una manera hermética al gas. En este caso, un
número de los tubos generadores de vapor 16 y 17, respectivamente,
pueden ser impulsados en cada caso en paralelo con medio de
circulación S.
Aguas abajo de un número de tubos de evaporación
10 de la cámara de combustión 4 está conectado, en el lado del
medio de circulación, un sistema de colectores de entrada 18 para
el medio de circulación S y un sistema de colectores de salida 20.
El sistema de colectores de entrada 18 comprende en este caso un
número de colectores de entrada paralelos. En este caso, está
previsto un sistema de conducción 19 para la alimentación de medio
de circulación S al sistema de colectores de entrada 18 de los
tubos de evaporación 10. El sistema de conducción 19 comprende
varios conductos conectados en paralelo, que están conectados en
cada caso con uno de los colectores de entrada del sistema de
colectores de entrada 18.
De la misma manera, aguas arriba de los tubos
generadores de vapor 16, que pueden ser impulsados en paralelo con
medio de circulación S, de las paredes laterales 12 del tiro de gas
horizontal 6, está conectado un sistema de colectores de entrada 21
común y aguas debajo de ellos está conectado un sistema de
colectores de salida 22 común. En este caso, para la alimentación
del medio de circulación S al sistema de colectores de entrada 21
de los tubos generadores de vapor 16 está previsto igualmente un
sistema de conducción 19. El sistema de conducción comprende también
aquí varios conductos conectados en paralelo, que están conectados
en cada caso con uno de los colectores de entrada del sistema de
colectores de entrada 21.
A través de esta configuración del generador de
vapor continuo 2 con los sistemas de colectores de entrada 18, 21 y
con los sistemas de colectores de salida 20, 22 es posible una
compensación de la presión especialmente fiable entre los tubos de
evaporación conectados en paralelo 10 de la cámara de combustión 4
o bien los tubos generadores de vapor 16 conectados en paralelo del
tiro de gas vertical 6, de tal forma que todos los tubos de
evaporación y los tubos generadores de vapor 10 y 16,
respectivamente, conectados en cada caso en paralelo presentan la
misma pérdida de presión total. Esto significa que debe aumentar el
caudal en un tubo de evaporación o bien un tubo generador de vapor
16 más caliente en comparación con un tubo de evaporación 10 o bien
un tubo generador de vapor 16 menos caliente.
Los tubos de evaporación 10 presentan - como se
representa en la figura 2 - un diámetro interior D del tubo y sobre
su lado interior presentan nervaduras 40, que forman una especie de
rosca de varios pasos y tienen una altura de las nervaduras C. En
este caso, el ángulo del gradiente \alpha entre un plano 42, que
se extiende perpendicular al eje del tubo, y los flancos 44 de las
nervaduras 40, que están dispuestas sobre el lado interior del
tubo, es menor que 55º. De esta manera, se consigue una transmisión
de calor especialmente alta desde las paredes interiores de los
tubos de evaporación 10 al medio de circulación S conducido en los
tubos de evaporación 10 y al mismo tiempo temperaturas
especialmente reducidas de la pared del tubo.
El diámetro interior del tubo D de los tubos de
evaporación 10 de la cámara de combustión 4 está seleccionado en
función de la posición respectiva de los tubos de evaporación 10 en
la cámara de combustión 4. De esta manera, el generador de vapor
continuo 2 está adaptado a la calefacción de diferente intensidad
de los tubos de evaporación 10. Este diseño de los tubos de
evaporación 10 de la cámara de combustión 4 garantiza de una manera
especialmente fiable que se mantengan especialmente reducidas las
diferencias de la temperatura del medio de circulación S durante la
salida desde los tubos de evaporación 10.
Como medios para la reducción del caudal de paso
del medio de circulación S, una parte de los tubos de evaporación
10 están equipados con instalaciones de estrangulamiento, que no
están representadas en detalle en el dibujo. Las instalaciones de
estrangulamiento están realizadas como pantallas perforadas que
reducen el diámetro interior del tubo D en un lugar y provoca
durante el funcionamiento del generador de vapor continuo 2 una
reducción del caudal del medio de circulación S en los tubos de
evaporación 10 menos calientes, con lo que se adapta el caudal del
medio de circulación S a la calefacción.
Además, como medios para la reducción del caudal
del medio de circulación S en los tubos de evaporación 10, uno o
varios de los conductos no representados en detalle del sistema de
conducción 19 están equipados con instalaciones de estrangulamiento,
especialmente griferías de estrangulamiento.
Los tubos de evaporación o bien los tubos
generadores de vapor 10, 16, 17 adyacentes están unidos por
soldadura entre sí en sus lados longitudinales por medio de aletas
de una manera no representada en detalle en el dibujo. Por medio de
una selección adecuada de la anchura de las aletas se puede
influir, en efecto, en la calefacción de los tubos de evaporación o
bien los tubos generadores de vapor 10, 16, 17. Por lo tanto, la
anchura respectiva de las aletas está adaptada a un perfil de la
calefacción predeterminado en el lado del gas caliente, que depende
de la posición de los tubos de evaporación o bien de los tubos
generadores de vapor 10, 16, 17 respectivos en el generador de vapor
continuo 2. El perfil de la calefacción puede ser en este caso un
perfil de la calefacción determinado a partir de valores
experimentales o también puede ser una estimación aproximada. De
esta manera, se mantienen especialmente reducidas las diferencias
de la temperatura en la salida de los tubos de evaporación o bien de
los tubos generadores de vapor 10, 16, 17 también en el caso de una
calefacción muy diferente de los tubos de evaporación o bien de los
tubos generadores de vapor 10, 16, 17. De esta manera, se evitan de
una manera fiable las fatigas de los materiales como consecuencia
de las tensiones térmicas, lo que garantiza una duración de vida
útil larga del generador de vapor continuo 2.
En el caso de la perforación de la cámara de
combustión horizontal 4, hay que tener en cuenta que la calefacción
de los tubos de evaporación 10 unidos por soldadura entre sí
durante el funcionamiento del generador de vapor continuo 2 es muy
diferente. Por lo tanto, el diseño de los tubos de evaporación 10
con respecto a su nervadura interior, su unión de las aletas con los
tubos de evaporación 10 adyacentes y su diámetro interior D del
tubo se elige para que todos los tubos de evaporación 10 presenten
aproximadamente las mismas temperaturas de salida del medio de
circulación S, a pesar de la calefacción diferente, y se garantice
una refrigeración suficiente de todos los tubos de evaporación 10
para todos los estados de funcionamiento del generador de vapor
continuo 2. En este caso, se tiene en cuenta adicionalmente una
calefacción menor de algunos tubos de evaporación 10 durante el
funcionamiento del generador de vapor continuo 2 a través del
montaje de instalaciones de estrangulamiento.
Los diámetros interiores D de los tubos de
evaporación 10 en la cámara de combustión 4 están seleccionados en
función de su posición respectiva en la cámara de combustión 4. En
este caso, los tubos de evaporación 10, que están expuestos durante
el funcionamiento del generador de vapor continuo 2 a una
calefacción más intensa, presentan un diámetro interior D mayor del
tubo que los tubos de evaporación 10, que son calentados con menor
intensidad durante el funcionamiento del generador de vapor
continuo 2. De esta manera, se consigue frente al caso con los
mismos diámetros interiores de los tubos, que se eleve el caudal
del medio de circulación S en los tubos de evaporación 10 con
diámetros interiores D mayores de los tubos y de esta manera se
reduzcan las diferencias de la temperatura en la salida de los
tubos de evaporación 10 como consecuencia de la calefacción
diferente. Otra medida para adaptar la circulación del medio de
circulación S a través de los tubos de evaporación 10 a la
calefacción consiste en el montaje de instalaciones de
estrangulamiento en una parte de los tubos de evaporación 10 y/o en
el sistema de conducción 19, que está previsto para la alimentación
de medio de circulación S. En cambio, para adaptar la calefacción
al caudal del medio de circulación S a través de los tubos de
evaporación 10, se puede seleccionar la anchura de las aletas en
función de la posición de los tubos de evaporación 10 en la cámara
de combustión 4. Todas las medidas mencionadas proporcionan, a
pesar de la calefacción fuertemente diferente de los tubos de
evaporación 10 individuales, una absorción de calor específico
aproximadamente igual del medio de circulación S, guiado en los
tubos de evaporación 10, durante el funcionamiento del generador de
vapor continuo 2 y, por lo tanto, sólo se producen diferencias
reducidas del medio de circulación S en su salida. La nervadura
interior de los tubos de evaporación 10 está diseñada de tal forma
que se garantiza una refrigeración especialmente fiable de los tubos
de evaporación 10, a pesar de la calefacción y del caudal de
circulación diferentes del medio de circulación S en todos los
estados de carga del generador de vapor continuo 2.
El tiro de gas horizontal 6 presenta un número de
superficies calefactoras de recalentamiento 23, que están
configuradas como superficies calefactoras de mamparo, que están
dispuestas en el tipo de construcción en suspensión aproximadamente
perpendiculares a la dirección de la circulación principal 24 del
gas caliente G y cuyos tubos está conectados en cada caso en
paralelo para una circulación del medio de circulación S a través
de los mismos. Las superficies calefactoras de recalentamiento 23
son calentadas de una manera predominante por convección y están
conectadas, en el lado del medio de circulación, aguas debajo de
los tubos de evaporación 10 de la cámara de combustión 4.
El tiro de gas vertical 8 presenta un número de
superficies calefactoras por convección 26, que pueden ser
calentadas de una manera predominante por convección, que están
formadas por tubos dispuestos aproximadamente perpendiculares a la
dirección de la circulación principal 24 del gas caliente G. Estos
tubos están conectados en cada caso en paralelo para una circulación
del medio de circulación S a través de ellos. Además, en el tiro de
gas vertical 8 está dispuesto un economizador 28. En el lado de
salida, el tiro de gas vertical 8 desemboca en otro intercambiador
de calor, por ejemplo en un precalentador de aire y desde allí es
conducido a través de un filtro de polvo a una chimenea. Los
componentes conectados aguas abajo del tiro de gas vertical 8 no
están representados en detalle en el dibujo.
El generador de vapor continuo 2 está realizado
con una cámara de combustión horizontal 4 con una altura de
construcción especialmente baja y, por lo tanto, se puede instalar
con un gasto de fabricación y de montaje especialmente reducido. A
tal fin, la cámara de combustión 4 del generador de vapor continuo
2 presenta un número de quemadores 30 para combustible fósil B, que
están dispuestos en la pared frontal 11 de la cámara de combustión
4 a la altura del tiro de gas horizontal 6. En el combustible fósil
B se puede tratar en este caso de combustibles sólidos,
especialmente carbón.
Para que el combustible sólido B, por ejemplo
carbón en forma sólida, sea quemado totalmente para la consecución
de un rendimiento especialmente alto y para que se eviten de una
manera especialmente fiable los datos del material de la primera
superficie calefactora de recalentamiento 23 del tiro de gas
horizontal 6, vista desde el lado del gas caliente, y una
contaminación de la misma, por ejemplo a través de la entrada de
ceniza fundida a alta temperatura, se selecciona la longitud L de la
cámara de combustión 4, de tal forma que excede la longitud de
combustión del combustible fósil B durante el funcionamiento a
plena carga del generador de vapor continuo 2. La longitud L es en
este caso la distancia desde la pared frontal 11 de la cámara de
combustión 4 hasta la zona de entrada 32 del tiro de gas horizontal
6. La longitud de combustión del combustible fósil B está definida
en este caso como la velocidad del gas caliente en la dirección
horizontal a una temperatura media determinada del gas caliente
multiplicada por el tiempo de combustión t_{A} de la llama F del
combustible fósil B. La longitud de combustión máxima para el
generador de vapor continuo 2 respectivo resulta durante el
funcionamiento a plena carga del generador de vapor continuo 2
respectivo. El tiempo de combustión t_{A} de la llama F del
combustible B es de nuevo el tiempo, que necesita, por ejemplo, un
grano de polvo de carbón de tamaño medio para la combustión
completa a una temperatura media determinada del gas caliente.
Para garantizar un aprovechamiento especialmente
favorable del calor de la combustión del combustible fósil B, la
longitud L (indicada en m) de la cámara de combustión 4 se
selecciona de una manera adecuada en función de la temperatura de
salida T_{BRK} (indicada en ºC) del gas caliente G desde la
cámara de combustión 4; el tiempo de combustión t_{A} (indicado en
s) de la llama F del combustible fósil B y la potencia de vapor M
(indicada en kg/s) del generador de vapor continua 2 a plena carga.
Esta longitud horizontal L de la cámara de combustión 4 es en este
caso al menos el 80% de la altura H de la cámara de combustión 4.
La altura H se mide en este caso desde el canto superior de la
tolva 5 de la cámara de combustión 4, marcado en la figura 1 por la
línea auxiliar con los puntos extremos X e Y, hasta la cubierta de
la cámara de combustión. La longitud de la cámara de combustión 4 se
determina de una manera aproximada según las dos funciones (I) y
(II)
(I)L(M,
t_{A}) = (C_{1} + C_{2} \cdot M) \cdot
t_{A}
y
(II)L(M, (T_{BRK}) =
(C_{3} \cdot T_{BRK} + C_{4}) M + C_{5}(T_{BRK})^{2} + C_{6} \cdot
T_{BRK} +
C7
con
- C_{1} = 8 m/s
- C_{2} = 0,0057 m/kg y
- C_{3} = -1,905 \cdot 10^{4} (m \cdot s)/(kg ºC) y
- C_{4} = 0,286 (s \cdot m)/kg y
- C_{5} = 3 \cdot 10^{-4} m/(ºC)^{2} y
- C_{6} = -0,842 m/ºC y
- C_{7} = 603,41 m
De una manera aproximada, en este caso se
entiende como una desviación admisible respecto de la longitud L de
la cámara de combustión 4 en torno a + 20%/-10% del valor definido
a través de la función respectiva. En este caso, en el diseño del
generador de vapor continuo 2 para una potencia de vapor
predeterminada M del generador de vapor continuo 2 a plena carga se
aplica el valor máximo que procede de las funciones (I) y (II) para
la longitud L de la cámara de combustión 4.
Como ejemplo de un diseño posible del generador
de vapor continuo 2 se representan en el sistema de coordenadas
según la figura 3, seis curvas K_{1} a K_{6} para algunas
longitudes L de la cámara de combustión 4 en función de la potencia
de vapor M del generador de vapor continuo 2 a plena carga. En este
caso, se asocian a las curvas los siguientes parámetros:
- K_{1}: t_{A} = 3 s según (I),
- K_{2}: t_{A} = 2,5 s según (I),
- K_{3}: t_{A} = 2 s según (I),
- K_{4}: T_{BRK} = 1200ºC según (II),
- K_{5}: T_{BRK} = 1300ºC según (II),
- K_{6}: T_{BRK} = 1400ºC según (II).
Para la determinación de la longitud L de la
cámara de combustión se pueden utilizar, por lo tanto, lasa curvas
K_{1} y K_{4}, por ejemplo para el tiempo de combustión t_{A}
= 3 s de la llama F del combustible fósil B y la temperatura de
salida T_{BRK} = 1200ºC del gas caliente G que sale desde la
cámara de combustión. A partir de ello resulta con una potencia de
vapor M dada del generador de vapor continuo 2 a plena carga
- de M = 80 kg/s una longitud de L = 29 mm según K_{4},
- de M = 160 kg/s una longitud de L = 34 mm según K_{4},
- de M = 560 kg/s una longitud de L = 57 mm según K_{4},
Por lo tanto, se aplica siempre la curva K4
representada como línea continua.
Para el tiempo de combustión t_{A} = 2,5 s de
la llama F del combustible fósil B y la temperatura de salida del
gas caliente G desde la cámara de combustión T_{BRK} = 1300ºC, se
pueden utilizar, por ejemplo, las curvas K_{2} y K_{5}. A partir
de ello resulta, con una potencia de vapor M predeterminada del
generador de vapor continuo 2 a plena carga
- de M = 80 kg/s una longitud de L = 21 mm según K_{2},
- de M = 180 kg/s una longitud de L = 23 mm según K_{2} y K_{5},
- de M = 560 kg/s una longitud de L = 37 mm según K_{5}.
Por lo tanto, hasta M = 180 kg/s se aplica la
parte de la curva K_{2}, que está representada como línea
continua y no la curva K_{5} representada como línea de trazos en
este intervalo de valores de M. Para valores de M, que son mayores
que 180 kg/s, se aplica la parte de la curva K_{5}, que está
representada como línea continua y no la curva K_{2} representada
como línea de trazos en este intervalo de valores de M.
Al tiempo de combustión t_{A} = 2s de la llama
F del combustible fósil B y de la temperatura de salida T_{BRK} =
1400ºC del gas caliente G procedente de la cámara de combustión 4
están asociadas, por ejemplo, las curvas K3 y K6. A partir de ello
resulta con una potencia de vapor M predeterminada del generador de
vapor continuo 2 a plena carga
- de M = 80 kg/s una longitud de L = 18 mm según K_{3},
- de M = 465 kg/s una longitud de L = 21 mm según K_{3} y K_{6},
- de M = 560 kg/s una longitud de L = 23 mm según K_{6}.
Por lo tanto, para valores de M hasta 465 kg/s se
aplica la curva K_{3}, que está representada como línea continua
en esta zona y no la curva K_{6} representada como línea de trazos
en esta zona. Para valores de M, que son mayores que 465 kg/s, se
aplica la parte de la curva K_{6}, que está representada como
línea continua y no la curva K_{3} representada como línea de
trazos.
Para que se produzcan diferencias de temperatura
comparativamente reducidas entre la zona de salida 34 de la cámara
de combustión 4 y la zona de entrada 32 del tiro de gas horizontal
6 durante el funcionamiento del generador de vapor continuo 2, los
tubos de evaporación 50 y 52 están conducidos de una manera
especial en la sección de unión Z marcada en la figura 1. Esta
sección de unión Z se representa en detalle en la figura 4 y
comprende la zona de salida 34 de la cámara de combustión 4 y la
zona de entrada 32 del tiro de gas horizontal 6. En este caso, el
tubo de evaporación 50 es el tubo de evaporación 50, unido por
soldadura directamente con la pared lateral 12 del tiro de gas
horizontal 6, de la pared periférica 9 de la cámara de combustión 4
y el tubo de evaporación 52 es el tubo de evaporación 52
inmediatamente adyacente a éste de la pared periférica 9 de la
cámara de combustión 4.
Estos dos tubos de evaporación 50 y 52 salen,
junto con los tubos de evaporación 10 conectados en paralelo con
ellos, desde el sistema de colectores de entrada 18 común. No
obstante, entonces tanto el tubo de evaporación 50 como también el
tubo de evaporación 52 están guiados en primer lugar en dirección
aproximadamente horizontal en contra de la dirección de la corriente
principal 24 del gas caliente G fuera de la cámara de combustión 4.
Luego entran en la cámara de combustión 4 y se convierten ahora, no
inmediatamente durante su entrada en la cámara de combustión 4, en
componente de la pared periférica 9 de la cámara de combustión 4.
En efecto, son retornados a lo largo de la dirección de la
corriente principal 24 del gas caliente G en la cámara de combustión
4 hasta la zona, en la que están derivados fuera de la cámara de
combustión 4 desde su desarrollo aproximadamente vertical para
extenderse en dirección opuesta a la dirección principal de la
corriente 24 del gas caliente G. Solamente después de este bucle,
se sueldan en la pared periférica 9 de la cámara de combustión 4, de
manera que son parte de la pared periférica 9 de la cámara de
combustión 4.
A través de esta conducción tubular especial se
caldean, durante el funcionamiento del generador de vapor continuo
2 los tubos de evaporación 50 y 52 antes de su entrada en la pared
periférica 9 de la cámara de combustión y de esta manera se
precalientan, de modo que entran en la pared circunferencial 9 de
la cámara de combustión 4 a una temperatura comparablemente más alta
que en los tubos de evaporación 10 de la cámara de combustión 4,
que están inmediatamente adyacentes a los tubos de evaporación 50 y
52. Debido a esta conducción tubular especial de los tubos de
evaporación 50 y 52, los tubos de evaporación 50 y 52 presentan en
la sección de entrada E, durante el funcionamiento del generador de
vapor continuo 2, una temperatura comparativamente más alta que los
tubos de evaporación 10 inmediatamente adyacentes a ellos de la
pared periférica 9 de la cámara de combustión 4. De esta manera,
durante el funcionamiento del generador de vapor continuo 2 se
mantienen de una manera especialmente fiable particularmente
reducidas las diferencias de la temperatura en la unión 36 entre la
cámara de combustión 4 y el tiro de gas horizontal 6.
Como ejemplo de temperaturas posibles T_{s} del
medio de circulación S en los tubos de evaporación 10 de la cámara
de combustión 4 o bien en los tubos del generador de vapor 16 del
tiro de gas horizontal 6 se registran en el sistema de coordenadas
según la figura 5 las curvas U_{1} a U_{4} para algunas
temperaturas T_{s} (indicadas en ºC) en función de la longitud
relativa del tubo R (indicada en %). U_{1} describe en este caso
la curva de la temperatura de un tubo generador de vapor 16 del tiro
de gas horizontal 6. En cambio, U_{2} describe la curva de la
temperatura de un tubo de evaporación 10 a lo largo de su longitud
relativa del tubo R. U_{3} describe la curva de la temperatura del
tubo de evaporación 50 especialmente conducido y U_{4} describe
la curva de la temperatura del tubo de evaporación 52 de la pared
periférica 9 de la cámara de combustión 4. Con la ayuda de las
curvas representadas se muestra claramente que a través de la
conducción tubular especial de los tubos de evaporación 50 y 52 en
la sección de entrada E en la pared periférica 9 e la cámara de
combustión 4, se puede reducir claramente la diferencia de la
temperatura con respecto a los tubos generadores de vapor 16 de la
pared periférica 12 del tiro de gas horizontal. En el ejemplo, se
puede elevar la temperatura de los tubos de evaporación 50 y 52 en
la sección de entrada E de los tubos de evaporación 50 y 52 en 45
Kelvin. De esta manera, durante el funcionamiento del generador de
vapor continuo 2 se garantizan unas diferencias de la temperatura
especialmente reducidas en la sección de entrada E de los tubos de
evaporación 50 y 52 y de los tubos generadores de vapor 16 del tiro
de gas horizontal 6 en la conexión 36 entre la cámara de combustión
4 y el tiro de gas horizontal 6.
Durante el funcionamiento del generador de gas
continuo 2 se alimentas a los quemadores combustible fósil B, con
preferencia carbón en forma sólida. Las llamas F de los quemadores
30 están alineadas en este caso horizontalmente. A través del tipo
de construcción de la cámara de combustión 4 se genera una
circulación del gas caliente G, que se forma durante la combustión,
en una dirección aproximadamente horizontal de la circulación
principal 24. Ésta llega a través del tiro de gas horizontal 6 al
tiro de gas vertical 8, que está alienado aproximadamente hacia el
fondo y lo abandona en la dirección de la chimenea no representada
en detalle.
El medio de circulación S que entra en un
economizador 28 llega al sistema de colectores de entrada 18 de los
tubos de evaporación 10 de la cámara de combustión 4 del generador
de vapor continuo 2. En los tubos de evaporación 10 dispuestos
verticales, unidos por soldadura entre sí de una manera hermética
al gas, de la cámara de combustión del generador de vapor continuo 2
tiene lugar la evaporación y, dado el caso, un recalentamiento
parcial del medio de circulación S. El vapor que se forma en este
caso o bien una mezcla de vapor y agua se acumulan en el sistema de
colectores de salida 20 para el medio de circulación S. Desde allí,
el vapor o bien la mezcla de vapor y agua llegan a través de las
paredes del tiro de gas horizontal 6 y del tiro de gas vertical 8 a
las superficies calefactoras de recalentamiento 23 del tiro de gas
horizontal 6. En las superficies calefactoras de recalentamiento 23
se realiza un recalentamiento adicional del vapor, que es
alimentado a continuación hacia una utilización, por ejemplo para el
accionamiento de una turbina de vapor.
Con la conducción especial del tubo de
evaporación 50 y 52, durante el funcionamiento del generador de
vapor continuo, las diferencias de temperaturas entre la zona de
salida 34 de la cámara de combustión 4 y la zona de entrada 32 del
tiro de gas horizontal 6 son especialmente reducidas. En este caso,
a través de una selección de la longitud L de la cámara de
combustión 4 en función de la potencia de vapor M del generador de
vapor continuo 2 a plena carga, se asegura que el calor de la
combustión del combustible fósil B sea aprovechado de una manera
especialmente fiable. Además, se puede instalar el generador de
vapor continuo 2, debido a su altura de construcción especialmente
reducida y su tipo de construcción compacto, con un gasto de
fabricación y de montaje especialmente reducido. En este caso, puede
estar previsto un bastidor que se puede instalar con un gasto
técnico comparativamente reducido. En el caso de una central
eléctrica con una turbina de vapor y un generador de vapor continuo
2, que presenta una altura de construcción tan reducida, los tubos
de conexión desde el generador de vapor continuo hasta la turbina
de vapor pueden estar diseñados de una manera especialmente
corta.
Claims (19)
1. Generador de vapor continuo (2) con una cámara
de combustión (4) para combustible fósil (B), aguas abajo de la
cual está conectado un tiro de gas vertical (8) en el lado del gas
caliente a través de un tiro de gas horizontal (6), comprendiendo la
cámara de combustión (4) un número de quemadores (30), que están
dispuestos a la altura del tiro de gas horizontal (6) y estando
formadas las paredes periféricas (9) de la cámara de combustión (4)
por tubos de evaporación (10) dispuestos verticales, que están
unidos por soldadura entre sí de forma hermética al gas, pudiendo
ser impulsados una pluralidad de los tubos de evaporación (10),
respectivamente, en paralelo con medio de circulación (S) y estando
guiados en la zona de salida (34) de la cámara de combustión (4)
un número de tubos de evaporación (10), que pueden ser impulsados
en paralelo con medio de circulación (S), antes de su entrada en la
pared periférica (9) respectiva de la cámara de combustión (4) a
través de la cámara de combustión (4).
2. Generador de vapor continuo (2) según la
reivindicación 1, en el que las paredes laterales (12) del tiro de
gas horizontal (6) están formadas por tubos generadores de vapor
(16) dispuestos verticales, unidos entre sí por soldadura de forma
hermética al gas y que pueden ser impulsados en paralelo con medio
de circulación (S).
3. Generador de vapor continuo (2) según la
reivindicación 1 ó 2, en el que las paredes laterales (14) del tiro
de gas vertical (8) están formadas por tubos generadores de vapor
(17) dispuestos verticales, unidos entre sí por soldadura de forma
hermética al gas y que pueden ser impulsados en paralelo con medio
de circulación (S).
4. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 3, en el que, respectivamente, aguas
arriba de una pluralidad de tubos de evaporación (10), que pueden
ser impulsados en paralelo con medio de circulación (S), está
conectado, en el lado del medio de circulación, un sistema de
colectores de entrada (18) común y aguas abajo está conectado un
sistema de colectores de salida (20) común.
5. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 4, en el que, respectivamente, aguas
arriba de un número de tubos generadores de vapor (16, 17), que
pueden ser impulsados en paralelo con medio de circulación (S), del
tiro de gas horizontal (6) o del tiro de gas vertical (8), está
conectado, en el lado del medio de circulación un sistema de
colectores de entrada (21) común y aguas abajo está conectado un
sistema de colectores de salida (22) común.
6. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 5, en el que una pared periférica (9) de
la cámara de combustión (4) es la pared frontal (11), pudiendo ser
impulsados los tubos de evaporación (10) de la pared frontal (9) en
paralelo con medio de circulación (S).
7. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 6, en el que los tubos de evaporación (10)
de la pared frontal (11) de la cámara de combustión (4) están
conectados, en el lado del medio de circulación, aguas arriba de las
otras paredes periféricas (9) de la cámara de combustión (4).
8. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 7, en el que el diámetro interior del tubo
(D) de un número de tubos de evaporación (10) de la cámara de
combustión (4) está seleccionado de una manera independiente de la
posición respectiva de los tubos de evaporación (10) en la cámara
de combustión (4).
9. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 8, en el que un número de los tubos de
evaporación (10) llevan sobre su lado interior, respectivamente,
nervaduras (40) que forman una rosca de pasos múltiples.
10. Generador de vapor continuo (2) según la
reivindicación 9, en el que un ángulo de gradiente (\alpha) entre
un plano (42) perpendicular al eje del tubo y los flancos (44) de
las nervaduras (40), que están dispuestas sobre el lado interior del
tubo, es menor que 60º, con preferencia menor que 55º.
11. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 10, en el que un número de tubos de
evaporación (10) presentan, respectivamente, una instalación de
estrangulamiento.
12. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 11, en el que está previsto un sistema de
conducción (19) para la alimentación de medio de circulación (S) a
los tubos de evaporación (10) de la cámara de combustión (4),
presentando el sistema de conducción (19) un número de
instalaciones de estrangulamiento, especialmente de griferías de
estrangulamiento, para la reducción del caudal de paso del medio de
circulación (S).
13. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 2, en el que los tubos de evaporación y
los tubos de generación de vapor (10, 16, 17), respectivamente,
están unidos por soldadura entre sí por medio de aletas de una
manera hermética al gas, estando seleccionada la anchura de las
aletas en función de la posición de los tubos de evaporación y de
los tubos de generación de vapor (10, 16, 17) en la cámara de
combustión (4), del tipo de gas horizontal (6) y/o del tiro de gas
vertical (8).
14. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 13, en el que en el tiro de gas horizontal
(6) está dispuesto un número de superficies calefactoras de
recalentamiento (23) en tipo de construcción en suspensión.
15. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 14, en el que en el tiro de gas vertical
(8) está dispuesto un número de superficies calefactoras por
convección (26).
16. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 15, en el que los quemadores (58) están
dispuestos en la pared frontal (11) de la cámara de combustión
(4).
17. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 6, en el que la longitud (L) de la cámara
de combustión (4) definida a través de la distancia desde la pared
frontal (11) de la cámara de combustión (4) hasta la zona de entrada
(32) del tiro de gas horizontal (6), es al menos igual a la
longitud de combustión del combustible (B) en el funcionamiento a
plena carga.
18. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 17, en el que la longitud (L) de la cámara
de combustión (4) está seleccionada como función de la potencia de
vapor (M) a plena carga, del tiempo de combustión (t_{A}), de la
llama (F) del combustible (B) y/o de la temperatura de salida
(T_{BRK}) del gas caliente (G) desde la cámara de combustión (4)
de una manera aproximada según las dos funciones (I) y (II)
(I)L(M,
t_{A}) = (C_{1} + C_{2} \cdot M) \cdot
t_{A}
y
(II)L(M,(T_{BRK}) = (C_{3}
\cdot T_{BRK} + C_{4}) M + C_{5}(T_{BRK})^{2} + C_{6} \cdot T_{BRK}
+
C7
con
- C_{1} = 8 m/s
- C_{2} = 0,0057 m/kg y
- C_{3} = -1,905 \cdot 10^{4} (m \cdot s)/(kg ºC) y
- C_{4} = 0,286 (s \cdot m)/kg y
- C_{5} = 3 \cdot 10^{-4} m/(ºC)^{2} y
- C_{6} = -0,842 m/ºC y
- C_{7} = 603,41 m
siendo aplicable para una potencia de vapor (M)
predeterminada a plena carga, el valor mayor respectivo de la
longitud (L) de la cámara de combustión (4).
19. Generador de vapor continuo (2) según una de
las reivindicaciones 1 a 18, en el que la zona inferior de la
cámara de combustión (4) está configurada como tolva (5).
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