ES2200049T3 - Conjunto de lecho fluidizado con ecualizador de flujo. - Google Patents
Conjunto de lecho fluidizado con ecualizador de flujo.Info
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Abstract
DISPOSITIVO DE LECHO FLUIDIFICADO, TAL COMO UN REFRIGERADOR DE CENIZAS, QUE INCLUYE UNA PRIMERA Y UNA SEGUNDA CAMARAS DE LECHO FLUIDIFICADO, CADA UNA DE LAS CUALES TIENE UNA PORCION INFERIOR Y PAREDES LATERALES. EN LAS PORCIONES INFERIORES SE INTRODUCE UN GAS DE FLUIDIFICACION PARA FLUIDIFICAR LOS MATERIALES EN PARTICULAS PRESENTES DENTRO DE LAS CAMARAS. UN IGUALADOR DEL FLUJO (TAL COMO UNA BARRERA QUE TIENE UNA SERIE DE APERTURAS ASOCIADAS A ELLA) SEPARA LAS CAMARAS Y FORMA UN FLUJO SUSTANCIALMENTE UNIFORME DE LOS MATERIALES EN PARTICULAS DESDE LA PRIMERA CAMARA HASTA LA SEGUNDA CAMARA, DE MODO QUE NO SE FORMAN PUNTOS NI ESQUINAS MUERTOS EN LAS CAMARAS AL LADO DEL IGUALADOR DEL FLUJO. NORMALMENTE HAY COMPONENTES CAMBIADORES DE CALOR EN LA BARRERA, PARA QUE CIRCULE UN FLUIDO DE INTERCAMBIO DE CALOR A TRAVES DE LA BARRERA. TAMBIEN HAY CAMBIADORES DE CALOR EN UNA O EN LAS DOS CAMARAS PARA REFRIGERAR LOS MATERIALES EN PARTICULAS. LOS MATERIALES EN PARTICULAS SE MEZCLAN EN LA SEGUNDA CAMARA, YTRAS LA REFRIGERACION SE PUEDE HACER QUE VUELVAN A CIRCULAR A UN GASIFICADOR/QUEMADOR PARA SUMINISTRAR CENIZA A LA PRIMERA CAMARA. ENTRE EL REACTOR Y LA PRIMERA CAMARA HAY CONECTADA UNA CAMARA CLASIFICADORA. AL GAS DE FLUIDIFICACION SE LE PUEDE HACER VOLVER DE LAS CAMARAS AL REACTOR.
Description
Conjunto de lecho fluidizado con ecualizador de
flujo.
La presente invención se refiere a un conjunto de
lecho fluidizado con al menos una primera y una segunda cámara de
lecho fluidizado, teniendo cada cámara paredes laterales y una parte
de fondo con medios para la introducción de gas de fluidización en
la cámara. La presente invención se refiere también a un enfriador
de lecho fluidizado con paredes que definen el interior de una
cámara de enfriador y una sección inferior con medios para
introducir gas de fluidización en la cámara del enfriador. En dicho
enfriador se enfría materia sólida fina en un estado fluidizado.
Existen varias situaciones en reactores de lecho
fluidizado [tal como combustores o gasificadores de lecho
fluidizado o incluso enfriadores/precalentadores sólidos de gas de
lecho fluidizado circulante] cuando surge la necesidad de pasar
materia en partículas sólida desde una cámara a otra, tal como al
enfriar la materia circulante a un determinado nivel en el
enfriador de lecho fluidizado independiente. Por ejemplo, cuando se
está tratando la ceniza durante la descarga de la ceniza procedente
del proceso y transportándola a otro lugar de proceso adicional, es
necesario establecer algunos límites en la temperatura de la
ceniza, es decir, la ceniza debe enfriarse antes de su posterior
manipulación. Dicho proceso minimiza también la pérdida de calor
desde el conjunto y aumenta el rendimiento del reactor gracias al
calor de recuperación.
La patente U.S. 5.218.932 se refiere a un reactor
de lecho fluidizado y un procedimiento para hacerlo funcionar en el
que un lecho de materia en partículas, incluyendo combustible, se
forma en una sección del horno. Un separador/enfriador está
situado adyacente a la sección del horno para recibir materia en
partículas procedente de la sección de horno. La materia en
partículas se pasa primero a la sección del separador donde se
suministra aire a través de la materia en partículas a una velocidad
suficiente para arrastrar porciones de gránulos relativamente
pequeños de materia en partículas. Varios elementos desviadores
espaciados están dispuestos en la sección del separador para
actuar sobre las partículas arrastradas para separarlas del aire.
La materia en partículas en la sección del separador se hace pasar
a la sección del enfriador, en donde el aire pasa a través de la
materia en partículas a una velocidad suficiente para enfriar la
materia en partículas y arrastra partes de granos relativamente
finos de la materia en partículas. Una segunda pluralidad de
elementos desviadores espaciados se dispone en la sección del
enfriador para actuar sobra las partículas arrastradas para
separarlas del aire. Un tubo de drenaje se comunica con la sección
de enfriador para recibir la materia en partículas procedente del
reactor. La sección de enfriador está dividida en varias secciones
por paredes de separación, teniendo las paredes aberturas en sus
esquinas opuestas inferiores para permitir que la materia en
partículas fluidizada se desplace a la sección siguiente. Esta
disposición resulta en una mezcla insuficiente de la materia en
partículas en la sección del enfriador.
El artículo "Configuración de flujo de sólidos
y transferencia térmica en un intercambiador de calor de lecho
fluidizado a escala industrial" de Wendemann Cord, C y Werther
Joachim "Combustión de lecho fluidizado", Vol. 2, ASME 1993,
páginas 985-990, se refiere a un intercambiador
térmico de lecho fluidizado (FBHE) conectado con un reactor de
lecho fluidizado circulante (CFB). Se recomienda que el FBHE esté
formado por varias cámaras separadas por paredes de división
sólidas. El movimiento de sólidos en cámaras sucesivas está
diseñado para que tenga lugar por desbordamiento de los sólidos.
Esta disposición también resultará en una insuficiente mezcla de
sólidos.
El artículo "Sistemas de enfriamiento y
retirada de cenizas de lechos", de Mopdrak Thomas, M., Henschel
Kay, J., Carmine Gagliardi, R y Dicker John, M., "Combustión de
lecho fluidizado", Vol. 2, ASME 1993, páginas
1325-1331, se refiere a un enfriador de ceniza de
lecho fluidizado (FBAC) en donde la cámara se divide en secciones
con paredes de separación que tienen una abertura en sus esquinas
inferiores para que los sólidos pasen a la sección siguiente.
Se ha descubierto que la mezcla de sólidos es
insuficiente en estructuras tales como las descritas anteriormente.
Asimismo, espacios muertos o esquinas permanecen fácilmente en
dicha estructura, lo que menoscaba el rendimiento de la
transferencia de calor del enfriador, que resulta en un espacio
innecesario y consumo excesivo de materia.
Según la presente invención, se proporciona un
aparato para procesar materia sólida en un aparato de lecho
fluidizado, en el que se eliminan los inconvenientes antes
mencionados, proporcionando un enfriamiento efectivo de sólidos en
asociación con un reactor de lecho fluidizado.
En relación con esta aplicación, la expresión
"flujo de sólidos múltiples" se refiere a un movimiento de
materia sólida fluidizada que se aproxima al movimiento de materia
sólida que tiene un perfil de velocidad de flujo igual en la
dirección del movimiento.
Según la presente invención se proporciona un
combustor o gasificador de lecho fluidizado circulante tal como se
define en la reivindicación 1.
Según la presente invención, al menos dos de las
cámaras incluyen medios de transferencia térmica sumergidos en el
lecho fluidizado, dentro de la cámara de lecho fluidizado. En una
realización preferible, al menos una de las cámaras incluye medios
para descargar gas desde la cámara de lecho fluidizado. Los medios
de transferencia térmica pueden ser, por ejemplo, evaporadores,
dispositivos de sobrecalentamiento o recalentamiento de vapor. o
intercambiadores de calor de precalentamiento de agua de aportación
o de aire.
Según un aspecto de la presente invención, el
ecualizador de flujo de materia sólida comprende una barrera que
cuenta que tiene más de dos aberturas distintas espaciadas a una
determinada distancia entre sí, proporcionando la barrera <30%
del área abierta de la superficie de sección transversal de las
cámaras de lecho fluidizado en la barrera. De manera sorprendente,
se ha descubierto que se obtiene un resultado favorable si el
ecualizador de flujo de materias sólidas comprende una pared, o
elemento similar, con más de dos aberturas distintas espaciadas a
una distancia entre sí que sea, en su parte más corta, del
10-50% de la raíz cuadrada del área total de la
pared, y si las aberturas proporcionan <30% del área abierta de
la superficie de sección transversal de las cámaras del lecho
fluidizado. La optimización de las aberturas puede obtenerse como
sigue: Con la letra N haciendo referencia al número de aberturas
distintas (siendo N un número entero >2), la distancia entre las
aberturas se define en una realización preferente como que debe
estar entre 1/N y 1/2 de la raíz cuadrada del área de la superficie
de la pared.
Según otro aspecto de la presente invención, el
ecualizador de materias sólidas incluye una pared, o elemento
similar, con aberturas prácticamente espaciadas de manera uniforme.
En una realización preferible, las aberturas deben ser tales que su
diámetro mayor sea de <50 mm.
Asimismo, se ha constatado como favorable, en
algunas situaciones, que el ecualizador de flujo de materias sólidas
incluya una pared, o elemento similar, que tenga una zona de borde
con una anchura de
\hbox{0,1 m} en la periferia y
aberturas de la pared.
El ecualizador de flujo incluye, en una
realización preferente, una barrera en la interfase entre la
primera y la segunda de las cámaras. La barrera tiene más de dos
aberturas asociadas, en una realización preferente una pluralidad de
aberturas espaciadas de forma prácticamente uniforme, de manera que
se eviten esquinas o espacios muertos. La barrera puede estar
formada por una pared prácticamente continua (en general de
configuración planar) con aberturas pasantes, que pueden ser
perforaciones, de forma cuadrada, o formadas por varias formas
distintas. Como alternativa, la barrera puede estar formada por
varios obstáculos que son independientes entre sí (o al menos
independientes de algunos de los demás obstáculos) y con un montaje
tal que existan espacios entre ellos, formando dichos espacios las
aberturas. En uno u otro caso, puede proporcionarse en la barrera
elementos de intercambio de calor en la barrera para refrigerar las
partículas que fluyen a través de las aberturas en la barrera.
Según la presente invención, el aparato de lecho
fluidizado actúa como enfriador de materias sólidas, en donde las
cámaras o regiones de refrigeración están separadas entre sí, con
lo que una cámara puede mantenerse a un determinado nivel de
temperatura, prácticamente con independencia de las demás cámaras.
En la práctica, esto significa que los lechos fluidizados
adyacentes están limitados en su intercambio de partículas, al
menos hacia atrás, es decir, en el área limítrofe de las cámaras de
zona solamente se desea un movimiento unidireccional, aunque el
flujo de retorno, en cierta medida, es inevitable. El excesivo
intercambio de partículas se evita, según la presente invención,
proporcionando el ecualizador de sólidos (como se describió con
anterioridad) entre las cámaras, el cual, en una realización
preferente, cubre más del 50% del área de sección transversal del
enfriador de lecho fluidizado en la zona limítrofe de las
cámaras.
La invención incluye también un conjunto de lecho
fluidizado que dispone de una primera y una segunda cámaras de
lecho fluidizado, teniendo cada cámara una parte de fondo y paredes
laterales, un medio para la entrada de gas de fluidización en cada
una de las partes de fondo para fluidizar partículas en las cámaras.
El conjunto puede incluir también una barrera en la interfase entre
los elementos primero y segundo, incluyendo la barrera al menos
tres aberturas distintas espaciadas a una distancia entre sí. Esa
distancia es, según una realización preferida de la invención, en su
parte más corta, un 10-50% de la raíz cuadrada de
la superficie de la barrera, y las aberturas proporcionan menos del
30% de área abierta de la superficie de sección transversal en la
interfase entre la primera y la segunda cámaras.
Un procedimiento de tratamiento de materia en
partículas sólida en un lecho fluidizado que incluye una primera y
una segunda cámaras de fluidización, y una interfase entre ellas,
comprende los siguientes pasos: (a) Fluidizar materia en partículas
sólida en la primera cámara. (b) Fluidizar materia en partículas
sólida en la segunda cámara. (c) Hacer pasar materia en partículas
sólida desde la primera cámara a la segunda cámara, en al menos dos
flujos distintos paralelos para introducir, sustancialmente de
manera uniforme, materia en partículas sólida desde la primera
cámara a la segunda, de manera que no haya esquinas o espacios
muertos adyacentes en la interfase y (d) mezclar, de manera
uniforme, distintos flujos paralelos de materia en partículas sólida
en la segunda cámara. El paso (c) puede realizarse proporcionando
una barrera de ecualizador de flujo con al menos dos aberturas
uniformemente espaciadas entre las cámaras primera y segunda.
También existe, en una realización preferible, el paso adicional de
refrigeración de la barrera para, a su vez, enfriar el materia en
partículas sólida que pasa a través de las aberturas, lo que suele
hacerse recuperando el calor procedente de la materia en partículas
sólida.
El objeto primordial de la presente invención es
realizar una mezcla efectiva de materias en partículas, durante su
enfriamiento en cámaras de lecho fluidizado, y un flujo uniforme de
materia en partículas desde una cámara a otra, de manera que se
eviten esquinas o espacios muertos. Este y otros objetos de la
invención se conocerán más claramente a partir de la descripción
detallada de los dibujos adjuntos y de las reivindicaciones que se
adjuntan.
La Figura 1 es una vista lateral de una sección
transversal esquemática que ilustra un reactor de lecho fluidizado
circulante, con un enfriador de lecho fluidizado multicámara, según
la presente invención;
La Figura 2 es una vista lateral de una sección
transversal detallada de una forma modificada del enfriador de la
Figura 1;
La Figura 3 es una vista frontal de la barrera
entre las cámaras primera y segunda del enfriador de la Figura 2,
con una parte de la barrera cortada eliminada para ilustrar su
elemento de intercambio de calor;
La Figura 4 es un gráfico de perfil de
temperatura que ilustra, como ejemplo, un perfil de la temperatura
en la práctica del procedimiento según la presente invención, en
comparación con la técnica anterior;
La Figura 5 es una vista isométrica esquemática
que ilustra otro ejemplo de conjunto de lecho fluidizado según la
presente invención y
La Figura 6 es una vista similar a la de la
Figura 5 de una realización modificada.
La Figura 1 ilustra un reactor de lecho
fluidizado circulante 10, que tiene una cámara de reacción 12 y un
separador de materias sólidas 14. El reactor de lecho fluidizado
circulante 10 puede, asimismo, proporcionarse como un reactor de
lecho fluidizado presurizado 10 (es decir, a presión
superatmosférica, en una realización preferente 1,5 barias o una
presión superior) encerrado por una vasija de seguridad a presión,
que se ilustra por la línea de puntos 11 de la Figura 1.
El gas de fluidización se introduce por medios 16
(por ejemplo, una "caja del viento") a través de una rejilla
inferior 17 dentro de la cámara de reacción 12, para fluidizar la
materia en partículas sólida (incluyendo, en una realización
preferente, combustible, materia inerte y/o absorbente) en la cámara
12, en tal medida que una considerable parte de materia sólida sea
arrastrada con los gases que fluyen hacia arriba y fuera de la
cámara 12 al separador 14. La materia sólida se separa de los gases
en el separador 14 (por ejemplo, un separador centrífugo) que salen
fuera del reactor 10 y los sólidos separados son, al menos
parcialmente, reciclados a la cámara 12 a través de un conducto de
retorno 18.
Cuando el reactor 10 funciona, por ejemplo, como
combustor de materia combustible, se forman sustancias no quemadas
que deben descargarse de la cámara de reactor 12. Las sustancias no
quemadas suelen tener un tamaño de grano tan grande que no pueden
ser fluidizadas, pero deben ser descargadas desde el fondo de la
cámara 12. Se proporciona un conjunto de procesamiento de lecho
fluidizado en la parte inferior del reactor de lecho fluidizado
circulante 10, cuyo conjunto en una realización preferente actúa
como enfriador 20 para tratar las sustancias no quemadas. El
enfriador 20 está provisto, en una realización preferente, de una
sección de pared común 22 con la cámara de reacción 12. El
enfriador de lecho fluidizado 20 está constituido por cámaras
inrercambiadoras de calor de lecho fluidizado 21, 23, 25 que tienen
elementos de transferencia térmica 24, 26, 28, respectivamente. Se
proporcionan ecualizadores de flujo 30, 32, entre los elementos
intercambiadores de calor 24, 16, 28 de las cámaras 21, 23, 25. El
enfriador de lecho fluidizado 20 también está provisto de medios de
suministro de gas en cada cámara 21, 23, 25 (por ejemplo una "caja
del viento" con rejilla u otro dispositivo de fluidización
convencional).
El funcionamiento del enfriador de lecho
fluidizado 20 se explica, con más detalle, en relación con la
Figura 2, que es otra realización ejemplar de un lecho fluidizado
que actúa como enfriador 20, como se ilustra en la Figura 1. El
enfriador de lecho fluidizado 20 de la Figura 2 incluye un
intercambiador de calor de lecho fluidizado que cuenta con
elementos de transferencia de calor 24, 26, 28 y ecualizadores de
flujo de sólidos 30, 32 entre las cámaras de transferencia térmica
21, 23, 25. El enfriador de lecho fluidizado 20 está provisto
también de medios de suministro de gas 34 para la introducción de
gas de fluidización. Las introducción de gas controlado por
separado (por ejemplo, un control diferente para cada cámara 21, 23,
25) tiene preferencia, por ejemplo, proporcionada por diferentes
válvulas reguladoras del caudal con control automático.
Una materia sólida, tal como ceniza del fondo, se
introduce en el enfriador de lecho fluidizado 20 desde el reactor
de lecho fluidizado circulante 12 a través de una cámara
clasificadora 36, que permite solamente a sólidos que tengan un
tamaño de grano predeterminado su entrada en la primera cámara 21
del enfriador de lecho fluidizado 20. De esta forma, la
posibilidad de quedar bloqueado se reduce al mínimo. La cámara
clasificadora 36 se comunica con la primera cámara 21 a través de
varias aberturas 44 en una sección de pared divisora 46. Las
aberturas 44 están diseñadas para permitir el paso de gases,
introducidos a través de una cámara de sobrepresión 48, en el
enfriador de lecho fluidizado 20 así como el paso de sólidos
esencialmente finos arrastrados con los gases.
La temperatura de los sólidos introducidos en la
cámara clasificadora 36 es de aproximadamente
\hbox{800-120ºC,} donde la cámara 12 del
reactor de lecho fluidizado se utiliza como combustor de
combustible o gasificador. En la cámara clasificadora 36, las
partículas más grandes, que podrían provocar un bloqueo en el
enfriador de lecho fluidizado 20, se drenan a través de una salida
56. El gas alimentado por los medios 48 se puede seleccionar
apropiadamente para diluir también cualquier sustancia corrosiva.
Los sólidos se alimentan en la primera cámara 21 donde se fluidizan
por el gas suministrado por una fuente de gas con control individual
34. Los sólidos se mezclan de modo eficiente en la primera cámara
21, con lo que la transferencia de calor por los intercambiadores
de calor 24, también es eficiente. Los gases de fluidización
introducidos en 34 pueden entrar el volumen de gas 50. Pequeñas
partículas pueden también transportarse por los gases introducidos
en 34 a través de las aberturas 52 en la cámara de reactor 12.
En el enfriador de lecho fluidizado, según la
presente invención, el paso de sólidos desde la primera cámara a la
segunda no se basa principalmente en el desbordamiento. En esta
realización, una barrera 30 que actúa como un ecualizador de flujo
de sólidos está dispuesta en la interfase entre la primera cámara
21 y la segunda cámara 23 del enfriador de lecho fluidizado 20. El
ecualizador de flujo de sólidos 30 incluye, en una realización
preferente, una pared planar esencialmente refrigerada con aberturas
54 prácticamente espaciadas de manera uniforme 54 (véase Figuras
\hbox{2 y 3)} en la pared. La cantidad de área abierta
(proporcionada por las aberturas 54) debería ser suficiente para
permitir que la materia en partículas pase al interior de la cámara
siguiente 23 con un caudal deseado, aunque el área abierta debería
también ser lo suficientemente pequeña para establecer un caudal
de sólidos múltiple en el concepto de la presente invención. En
condiciones ideales, se prefiere que un caudal prácticamente igual
de sólidos pasen a través de las aberturas 54. De esta forma, se
evitan esquinas o espacios muertos. La zona abierta en el
ecualizador de caudal de sólidos 30 es <50%, en una realización
preferente <30%, del área de sección transversal total de la
interfase entre las cámaras 21, 23. El ecualizador 30 también
cubre, en una realización preferente, más del 50% del área de la
sección transversal del enfriador 20 en el borde (interface) de las
cámaras 21, 23 (véase Figura 2).
En una realización preferente, se proporcionan N
aberturas 54, en donde N es un número entero superior a 2. Las
aberturas 54 están espaciadas a una distancia que es
1/N-1/2 de la raíz cuadrada del área de la
superficie de la barrera 30.
El enfriamiento de la barrera 30 puede realizarse
mediante tubos intercambiadores de calor 31 que transportan un
medio de transferencia térmica (por ejemplo, agua, vapor, etc.) a
través de la barrera 30. Los tubos 31 están, en una realización
preferente, conectados a un sistema de generación de vapor del
reactor de lecho fluidizado 12. Las Figuras 2 y 3 ilustran tubos
horizontales 31, pero los tubos 31 también pueden ser verticales,
concretamente en la generación de vapor con evaporación de
circulación natural.
Según la presente invención, puesto que el paso
de materia en partículas sólida desde la primera cámara 21 a la
segunda cámara 23 se realiza a través del ecualizador de caudal 30
como un flujo de sólidos múltiple, en al menos tres flujos
paralelos, la temperatura de la primera cámara 21 se establece a un
determinado valor mientras el calor se transfiere desde la materia.
El intercambiador de calor 24 puede estar provisto de, por ejemplo,
un panel o un intercambiador de calor del tipo de tubos para
calentar vapor o evaporar agua, por ejemplo.
La temperatura en la segunda cámara 23 se
controla por intercambiadores de calor 26 de modo que se mantenga
más baja que en la cámara 21. De nuevo, debido al caudal múltiple
de los sólidos, la temperatura de la segunda cámara 23 se establece
en un valor que es prácticamente igual en todas las zonas del lecho
en la cámara 23 en condiciones de régimen permanente, mientras que
el calor se transfiere desde los sólidos al intercambiador de calor
26. En la práctica, esto significa que las primera y segunda
cámaras de fluidización, 21 y 23, los medios de transferencia
térmica 24, 26 y los medios para introducir gas de fluidización 34
forman un enfriador de lecho fluidizado 20 en etapas.
La segunda barrera 32 separa la segunda y tercera
cámaras 23, 25 entre sí. La barrera 32 puede estar formada por
varios obstáculos distintos 60 (desconectados a alguno o a todos de
los restantes obstáculos 60) con espacios 58 entre ellos. En esta
realización, las aberturas 54 y los espacios 58 están dispuestos en
diferentes lugares para asegurar una mezcla eficiente, no obstante
las aberturas 54, 58 pueden, de forma alternativa, situarse en los
mismos lugares en cada uno de los ecualizadores de flujo de
sólidos 30, 32. La barrera 32 puede también estar no conectada a las
paredes laterales 40, 42 de las cámaras de enfriamiento 23, 25 lo
que permite que tenga lugar la posible expansión de calor. En este
caso, la barrera 32 no es de estructura enfriada.
En algunos casos, la primera cámara 21 puede
proporcionarse sin un intercambiador de calor 24 de modo que la
cámara 21 pueda utilizarse como zona de dilución. Este es el caso,
en particular, cuando reacciona (es objeto de combustión) cloro que
contenga combustible, por ejemplo, RDF (Rechazo de Combustible
Derivado) o materias residuales similares.
Los sólidos procedentes de la última cámara 25
(la tercera cámara de la Figura 2) se drenan a través de la
abertura 64 en el fondo de la cámara 25. Cuando la presente
invención se utiliza como un enfriador de ceniza, los sólidos son
transportados para un nuevo procesamiento. Sin embargo, en algunos
casos, los sólidos procedentes de la salida 64 pueden incluso ser
devueltos al reactor 12. La velocidad de fluidización en el
enfriador de lecho fluidizado 20 se mantiene a tal caudal (por
ejemplo, 0,5-2 m/s) que al menos una parte de las
partículas finas puedan transportarse de nuevo al reactor con gas a
través de las aberturas 52.
El enfriador de lecho fluidizado 20 está, en una
realización preferente, construido como una estructura enfriada con
paredes extremas y superiores incluyendo tubos de refrigeración
62.[también pueden enfriarse las paredes laterales 40, 42 - véase
Figura 3]. En una realización preferente, el circuito de flujo del
medio de enfriamiento es común al reactor 12 y/o el separador 14,
de modo que los tubos 62 están en conexión operativa con los
respectivos tubos de refrigeración del reactor 12 y/o separador 14.
Así, el enfriador de lecho fluidizado 20 está integralmente
asociado con el combustor/gasificador de lecho fluidizado que
tienen un sistema de refrigeración común. La pared común 22 incluye
tubos de refrigeración 65, los cuales tienen curvaturas 66 en los
lugares de las aberturas de la pared 22.
La Figura 4 es un gráfico de temperatura
aproximado que ilustra el funcionamiento del enfriador de lecho
fluidizado 20 según la presente invención. Este croquis muestra los
niveles de temperatura de un lecho fluidizado con tres cámaras
distintas 21, 23, 25. La temperatura de los sólidos en la primera
cámara 21 está ilustrada por la línea 661. La temperatura del lecho
en la primera cámara 21 es prácticamente igual, lo que se consigue
mediante la utilización de la presente invención. Se proporciona un
ecualizador de flujo de materias sólidas 30 para bordear la primera
y segunda cámaras 21, 23 con los que se efectúa la requerida
supresión de movimiento de sólidos entre las cámaras 21, 23,
permitiendo así el desarrollo de distintas temperaturas en las
cámaras adyacentes 21, 23. Simultáneamente, debido a las aberturas
de comunicación igualmente espaciadas 54, 58 en los ecualizadores
de flujo de sólidos 30, 32, la materia sólida se mezcla, de manera
eficiente, en cada una de las cámaras 21, 23.
La temperatura de la materia sólida en las
cámaras 21, 23, 25 está escalonada de manera que disminuya hacia la
última cámara 25. Disponiendo los intercambiadores de calor 24,
26, 28 en cada cámara a conectarse como intercambiadores de calor
en contracorriente, el desarrollo de la temperatura en los
intercambiadores de calor se ajusta a las líneas 683, 682 y 681
cuando está en cuestión el calentamiento de un medio, por ejemplo,
vapor o agua. Así, en cada cámara 21, 23, 25 la temperatura extrema
del medio de transferencia térmica puede diseñarse para que esté
tan cerca de la temperatura del lecho sólido como sea posible, Esto
da como resultado una más alta temperatura extrema final 681 del
medio de transferencia térmica en la primera cámara 21.
La línea de puntos 80 ilustra una temperatura
media de los sólidos sin el conjunto de la presente invención y
también la temperatura extrema final 82 del medio de transferencia
térmica. Como puede verse, la presente invención proporciona una
temperatura extrema final considerablemente más elevada del medio de
transferencia térmica.
La Figura 5 ilustra una realización de la
presente invención para enfriar materia sólida en un reactor de
lecho fluidizado circulante. El enfriador de lecho fluidizado 120
está montado en una pared lateral 13 de un reactor de lecho
fluidizado circulante 112. En esta realización, las cámaras 121,
123 están situadas de modo que compartan cada una la pared común 13
con la cámara de reacción 112, con lo que el enfriador de lecho
fluidizado 120 no se extiende más allá del reactor 112 y ahorra
espacio a su alrededor. Una entrada 90 se proporciona en la primera
cámara 121 para recibir la materia sólida caliente procedente de la
cámara 112. Los sólidos enfriados son descargados de nuevo a la
cámara 112 desde la segunda cámara 123 a través de la salida 92. Los
lechos en las cámaras 121, 123 se mantienen en un estado fluidizado
por los medios 94 para introducir gas de fluidización y los sólidos
son enfriados por los intercambiadores de calor 96 en las cámaras
121, 123.
El ecualizador de flujo de sólidos 98 se
proporciona para dividir el volumen del enfriador 120 dentro de las
cámaras 121, 123. El ecualizador 98 está provisto de aberturas en
forma de ranuras 100 orientadas en sentido vertical, espaciadas
prácticamente de manera uniforme, para permitir el paso de los
sólidos desde la primera cámara 121 a la segunda cámara 123,
formando así un enfriador 120 de materia de lecho fluidizado con
dos etapas.
La Figura 6 ilustra una construcción similar a la
mostrada en la Figura 5, pero el ecualizador de flujo tiene
aberturas 90'. En este caso, la cámara 121 está en conexión
directa con el reactor CFB (pared refrigerada común) por medio de un
ecualizador de flujo (no solamente una abertura como en la Figura
5) con lo que el funcionamiento de la cámara 121 será más eficiente
si se compara con el concepto de la Figura 5.
Si bien la invención ha sido descrita con lo que
actualmente se considera que es la realización más práctica y
preferida, ha de entenderse que la invención no se limita a la
realización revelada, sino que, por el contrario, está concebida
para abarcar diversas modificaciones y disposiciones equivalentes
incluidas dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (8)
1. Cámara de combustión o gasificador de lecho
fluidizado circulante (10) que incluye una cámara de reacción (12)
que contiene un lecho de materia en partículas sólida fluidizada y
a la que está conectado, de manera integral, un enfriador de lecho
fluidizado en etapas (20) para refrigerar la materia sólida
descargada desde la parte del fondo de la cámara de reacción,
estando el enfriador (20) constituido por:
- -
- al menos dos cámaras de lecho fluidizado (21, 23, 25, 121, 123), que tienen una primera cámara de lecho fluidizado (21, 121), una segunda cámara de lecho fluidizado (23, 123) y una última cámara de lecho fluidizado (25), cuya segunda cámara de lecho fluidizado (123) puede ser una última cámara, teniendo cada una de esas cámaras de lecho fluidizado una parte de fondo y paredes laterales;
- -
- medios para introducir el gas fluidizante (34, 94) en cada una de dichas partes inferiores para fluidizar la materia en partículas en dichas cámaras de lecho fluidizado;
- -
- aberturas de entrada (44, 90, 90') que conectan la primera cámara de lecho fluidizado (21, 121) con la parte de fondo de la cámara de reacción (12, 112), para hacer pasar las cenizas cerca del fondo de la cámara de combustión o del gasificador de lecho fluidizado en el enfriador y
- -
- aberturas de salida (64, 92) conectadas a la última cámara de lecho fluidizado (25), para descargar una materia sólida del enfriador
caracterizada porque el enfriador está
constituido por un ecualizador de flujo en la interfase entre las
dos cámaras de lecho fluidizado, en donde el ecualizador de
flujo:
- -
- recubre más del 50% de la superficie del corte recto vertical del enfriador de lecho fluidizado al nivel de dicha interfase y
- -
- comprende una pared
plana vertical que tiene varias aberturas espaciadas de manera
prácticamente uniforme (54, 100) o una barrera que incluye una
pluralidad de obstáculos (60) con espacios entre dichos obstáculos,
formando esos espacios aberturas uniformemente
\hbox{espaciadas (58);}
- -
- estando ambas aberturas en el ecualizador de flujo uniformemente espaciadas en sentido vertical y horizontal;
- -
- siendo el número N de aberturas distintas un número entero superior a 2, para proporcionar un flujo sólido múltiple de sólidos desde una cámara de lecho fluidizado a la siguiente;
- -
- representando la distancia entre las aberturas adyacentes 1/N-1/2 de la raíz cuadrada de la superficie de la pared o de la barrera;
- -
- suministrando las aberturas (54, 58) más del 30% de la superficie abierta de la superficie del corte recto del enfriador de lecho fluidizado (20) al nivel de la interfase entre la primera y la segunda cámaras de lecho fluidizado (21, 23, 121, 123) y
comprendiendo también el enfriador medios de
transferencia térmica (24, 26, 28, 96) sumergidos en los lechos
fluidizados de al menos dos de dichas cámaras de lecho fluidizado
(21,23, 25, 121,
123).
2. Cámara de combustión o gasificador según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la pared o
barrera plana vertical incluye tubos de intercambio de calor (31)
que transportan el medio de transferencia térmica a través de
ellos.
3. Cámara de combustión o gasificador según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque al menos una de
las dos, primera o segunda, cámaras de lecho fluidizado (21, 23)
posee un medio (52) para descargar el gas procedente de las cámaras
de lecho fluidizado.
4. Cámara de combustión o gasificador según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque los medios de
transferencia térmica (24, 26, 28, 96) se sumergen en los lechos
fluidizados de cada una de al menos dos de dichas cámaras de lecho
fluidizado (21, 23, 25, 121, 123).
5. Cámara de combustión o gasificador según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la dimensión
mayor de las aberturas es inferior a 50 mm.
6. Cámara de combustión o gasificador según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque el citado
ecualizador de flujo incluye una pared plana o una barrera con
aberturas espaciadas a una determinada distancia entre sí que
representa, en su distancia más corta, del 10 al 50% de la raíz
cuadrada de la superficie de dicha pared o de dicha barrera.
7. Cámara de combustión o gasificador según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque el enfriador de
lecho fluidizado es un enfriador de cenizas e incluye un separador
para separar las partículas superiores a un tamaño predeterminado de
la ceniza antes de que entre en la primera cámara de lecho
fluidizado.
8. Cámara de combustión o gasificador según la
reivindicación 1, que está constituida por tres cámaras de lecho
fluidizado y medios para introducir un gas fluidizante en la
tercera cámara de lecho fluidizado (25) independiente de la primera
y segunda cámaras de lecho fluidizado (21, 23) y dos ecualizadores
de flujo (30, 32) que separan la primera y la segunda, así como la
segunda y tercera cámaras de lecho fluidizado, y proporcionando un
paso prácticamente uniforme de partículas desde la primera cámara a
la segunda cámara y desde la segunda cámara a la tercera
cámara.
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