ES2200606B2 - Reciclado de solidos finos en un lecho fluidificado circulante. - Google Patents
Reciclado de solidos finos en un lecho fluidificado circulante.Info
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Abstract
Reciclado de sólidos finos en un lecho fluidificado circulante. Se proporciona una unidad de reactor u horno de CFB que tiene una circulación mejorada de las partículas más finas de los reactivos. Esa mejor circulación se consigue reciclando el gas que lleva partículas arrastradas procedentes de una tolva de recogida de sólidos conectada al separador de sólidos, de vuelta al reactor. Un sistema de uno o más conductos conecta la parte superior de la tolva de recogida de sólidos al reactor. El sistema de conductos está equipado con medios para reciclar el gas procedente de la tolva, devolviéndolo al reactor. El invento es un sistema económico, que permite reciclar las partículas más finas, que en otro caso serían arrastradas con el flujo de gas que sale del separador.
Description
Reciclado de sólidos finos en un lecho
fluidificado circulante.
El presente invento se refiere en general al
campo de los reactores de lecho fluidificado circulante (CFB), de
los combustores (cámaras de combustión a presión) o calderas y, en
particular a un simple sistema que permite reciclar las partículas
más finas que en otro caso serian arrastradas con el flujo de gas
que sale de un separador usado en combinación con tales reactores,
combustores o calderas de CFB. El invento permite por consiguiente
una mejor utilización de los reactivos en tal equipo de CFB.
Una condición necesaria para la eficaz
utilización de reactivos en un reactor, combustor o caldera de CFB,
tal como en la combustión de combustible y/o en la sulfatación de
sorbente en una caldera de CFB, es la de la circulación de las
partículas de reactivo en la unidad, proporcionando un tiempo de
permanencia suficiente para que se completen las reacciones. Esto se
consigue separando los sólidos de los gases que salen del reactor y
reciclando esos sólidos de vuelta a la unidad.
Los sistemas de reciclado de sólidos pueden ser
de una sola etapa o de múltiples etapas. Para una caldera de CFB,
como la ilustrada en la Fig. 1, un sistema de una sola etapa incluye
típicamente un separador de ciclón 10 situado aguas abajo del horno
20, y un bucle de recirculación de sólidos constituido por un tubo
vertical 30 conectado a una parte inferior 35 del ciclón 10, y un
dispositivo no mecánico 40 para obturación con respecto al gas que
deriva al separador. Por ejemplo, el dispositivo no mecánico 40
puede ser una válvula de sifón.
Un sistema de doble etapa puede incluir dos
ciclones conectados en serie (no representados en las Figuras), que
cada uno tiene su propio bucle de recirculación, o bien un separador
de partículas del tipo de impacto 11, como se ha ilustrado en la
Fig. 2. El separador de partículas del tipo de impacto 11 es
típicamente una disposición ordenada de vigas de forma de U o
elementos de una forma similar, dispuestos en la salida 21 del
horno. Un dispositivo de recogida de partículas secundario 31 está
situado después del separador de partículas del tipo de impacto 11
(aguas abajo con respecto a un flujo de gases y de partículas
arrastradas a través del reactor de CFB). Un dispositivo de recogida
de partículas secundario 31 corriente es un colector de polvo
mecánico, tal como un multiciclón o colector de recogida de polvo
multiciclón (MDC). En un sistema de ese tipo, la masa de los sólidos
que salen del horno 20 son recogidos y reciclados por el separador
de partículas 11 de etapa primaria, mientras que en la etapa
secundaria se recogen y se devuelven la mayor parte de las
partículas finas que pasan a través del separador de partículas
primario 11, de vuelta al horno 20.
El proceso de CFB podría resultar beneficiado si
los antes identificados dispositivos de separación/recogida de
partículas fuesen más eficaces en cuanto a la recogida de partículas
finas de los gases de escape. El efecto es el de que se reciclan
menos partículas finas con anterioridad a la salida de la unidad de
CFB, y por lo tanto se dispone de menos tiempo para la reacción de
las partículas. Aunque las partículas finas requieren menos tiempo
de reacción, la mayor parte del material que no ha reaccionado que
sale del sistema, tal como el carbono no quemado y el sorbente no
sulfatado en las calderas de CFB, se concentra en las partículas más
finas. Estas partículas finas tienen usualmente diámetros inferiores
a 50-70 micrómetros.
Las partículas finas de ese tamaño se recogen
corrientemente en una cámara de precipitación de polvos o
precipitador electrostático. En la Patente de EE.UU. nº 5.343.830,
concedida a Alexander y otros, se describe un método de reciclado,
en el cual se reciclan las partículas finas recogidas en la cámara
de precipitación de polvos o precipitados electrostático, de vuelta
al reactor. No obstante, este Método requiere la instalación de un
complicado sistema de reciclado de sólidos.
Cualquier mejora notable en la recogida de
partículas en el ciclón, o en cualquier otro dispositivo de
separación del tipo inercial actualmente conocido, usando
velocidades de giro en torbellino y de salida de gas crecientes, si
es posible, dará por resultado una caída de presión prohibitivamente
alta y un mayor desgaste de las piezas.
Alternativamente, se puede usar un colector de
polvo mecánico para aumentar la recogida de partículas finas, como
se enseña en una publicación rusa titulada ``Aerodynamic
Calculation of Boiler Units (Standard Method) (''Cálculo
Aerodinámico de Unidades de Caldera (Método normalizado) editada por
S.I. Mochan, 3ª Ed., Leningrado (Rusia), ``Energía'', 1977. Como se
indica en la página 87 de la misma, se extrae gas de la tolva de
cenizas del colector de polvo mecánico y se recicla de vuelta a la
entrada del colector de polvo mecánico, usando para ello un
ventilador dedicado. La corriente de gas de reciclado es limpiada de
cenizas usando ciclones de alto rendimiento situados en el bucle de
reciclado.
El flujo de gas extraído del separador en la
misma dirección que la de los sólidos recogidas arrastra a algunas
de las partículas más finas, que en otro caso serían arrastradas con
el flujo de gases que salen del separador, mejorándose por
consiguiente el rendimiento de la recogida de esas partículas. Este
método no origina un aumento de la velocidad del gas en las tuberías
de salida de los elementos recogida, que normalmente contribuye en
una gran proporción a la caída de presión en los elementos y a la
posible erosión.
Es un objeto del presente invento el de mejorar
la utilización de los reactivos en una unidad de reactor de CFB con
un método y un aparato simples, de bajo coste. En el presente
invento se utiliza un concepto similar al que se ha descrito en lo
que se acaba de exponer, no solamente en el contexto de una unidad
de reactor de CFB sino también un una disposición más sencilla, lo
que permite menores costes de inversión y de explotación.
En consecuencia, se proporciona una unidad de
reactor u horno de CFB que tiene una mejor circulación de las
partículas de reactivo más finas. Esa mejor circulación se consigue
por reciclado de gas que lleva arrastradas partículas finas
procedentes de una tolva de recogida de sólidos conectada al
separador de sólidos, devolviéndolos al reactor. Un sistema de uno o
más conductos conecta la parte superior de la tolva de recogida de
sólidos con el reactor. El sistema de conductos está equipado con
medios para reciclar el gas procedente de la tolva devolviéndolo al
reactor.
El invento es un sistema económico que permite
reciclar las partículas más finas, que en otro caso serian
arrastradas con el flujo de gas que sale del separador.
Los diversos rasgos de novedad que caracterizan
el invento se han subrayado en particular en las Reivindicaciones
que se acompañan a esta exposición y que forman parte de la misma.
Para una mejor comprensión del invento, de sus ventajas de
funcionamiento y de los objetos específicos que se consiguen
mediante su uso, se hace referencia a los dibujos que se acompañan y
a la material descriptiva con que se ha ilustrado una realización
preferida del invento.
En los dibujos:
La Fig. 1 es una vista en alzado lateral en corte
de una caldera de CFB de la técnica anterior;
La Fig. 2 es una vista en alzado lateral en corte
de otra caldera de CFB de la técnica anterior;
La Fig. 3 es una vista en alzado lateral en corte
de una caldera de CFB de acuerdo con el invento;
La Fig. 4 es una vista en alzado lateral en corte
de una segunda realización de una caldera de CFB de acuerdo con el
invento;
La Fig. 5 es una vista en alzado lateral en corte
de una tolva de recogida de sólidos del invento;
La Fig. 6 es una vista en alzado lateral en corte
de una tolva de recogida de sólidos de acuerdo con otra realización
del invento;
La Fig. 7 es una vista en alzado lateral en corte
de todavía otra realización de una tolva de recogida de sólidos de
acuerdo con el invento;
La Fig. 8 es una vista en alzado lateral en corte
de todavía otra realización de una tolva de recogida de sólidos de
acuerdo con el invento; y
La Fig. 9 es una vista en alzado lateral en corte
de todavía otra realización de una tolva de recogida de sólidos. de
acuerdo con el invento.
Tal como aquí se usa, la expresión ``combustor de
CFB'' se refiere a un tipo de reactor de CFB en donde tiene lugar un
proceso de combustión. Aunque el presente invento está orientado en
particular a calderas o generadores de vapor en los que se emplean
combustores de CFB como medios por los cuales se produce el calor,
ha de entenderse que el presente invento puede ser empleado
fácilmente en una clase diferente de reactor de CFB. Por ejemplo, el
invento podría aplicarse en un reactor que se emplea para reacciones
químicas distintas a un proceso de combustión, o bien en que se
proporciona al reactor una mezcla de gas/sólidos procedente de un
proceso de combustión que tiene lugar en otra parte, para posterior
tratamiento, o bien en que el reactor simplemente proporciona un
recinto en el que las partículas o sólidos son arrastrados en un gas
que no es necesariamente un subproducto de un proceso de
combustión.
Con referencia ahora a los dibujos, en los cuales
se usan los mismos números de referencia para designar unos mismos
elementos o elementos que son funcionalmente similares, en la Fig. 3
se ha ilustrado una unidad de CFB con un sistema de reciclado de
sólidos de una sola etapa, similar a la ilustrada en el sistema de
la técnica anterior de la Fig. 1. Como se ha ilustrado en la Fig. 3,
la mejora del invento comprende el conducto 150 que conecta la tolva
de ciclón 160 al extremo inferior del horno 120. Se ha previsto un
dispositivo 170 para reciclar el gas procedente de la tolva 160
devolviéndolo al horno 120, como parte del conducto 150. El
dispositivo 170 puede ser un ventilador, un expulsor, o un
dispositivo similar.
El sistema de una sola etapa de la Fig. 3 incluye
un ciclón 100 situado aguas abajo del horno 120, y el bucle de
recirculación de sólidos 175 constituido por un tubo vertical 130 y
un dispositivo no mecánico 140 para obturar con respecto a un gas
que deriva al separador. Por ejemplo, el dispositiva no mecánico 140
puede ser una válvula de sifón.
En la Fig. 4 se ha representado un sistema de dos
etapas del tipo descrito en la Fig. 2 que tiene el invento
incorporado en el mismo. En la Fig. 4, un conducto 150 tiene el
dispositivo de reciclar 170 conectado en serie entre la tolva 160 y
el horno 120. El conducto 150 está en comunicación, a través de la
pared de la tolva 160, en un punto por debajo del dispositivo de
recogida secundario 131, el cual se ha ilustrado como un
multiciclón.
El dispositivo de reciclado 170 usado en esta
realización del invento puede comprender un ventilador, un expulsor,
o similar.
El conducto 150 es probablemente para ser
dispuesto como una tubería de 20 cm a 61 cm (dependiendo de la
capacidad de la unidad). El uso de un ventilador ``sucio'' como un
dispositivo de reciclado permitirá un menor consumo de potencia
auxiliar, mientras que el uso de un expulsor de vapor de agua o de
aire puede ser más atrayente desde los puntos de vista de su
disposición y mantenimiento.
El separador 110 del tipo de impacto es
típicamente una disposición ordenada de vigas de forma de U o
elementos de forma similar, dispuestos en la salida 210 del
horno.
En cada una de las realizaciones ilustradas en
las Figs. 3 y 4, los sólidos mayores separados pasan de vuelta al
horno 120 a través de un bucle de recirculación de sólidos 175
situado debajo del conducto 150 en la parte inferior de la tolva
160.
El gas con las partículas más finas arrastradas
es reciclado desde la tolva de recogida de sólidos 160, de vuelta al
horno 120 a través del conducto 150.
En las Figs. 5-9 se han ilustrado
cinco configuraciones o realizaciones diferentes en cuanto a cómo se
puede hacer la conexión del conducto 150 a la parte superior de la
tolva 160.
En la Fig. 5, el extremo del conducto 150 está
enrasado con el costado de la tolva 160 y termina en la pared
lateral 230 de la tolva. En la Fig. 6, el extremo del conducto 150
forma un codo al salir de la tolva 160, terminando en el techo 235
de la tolva. En las restantes realizaciones ilustradas en las Figs.
7-9, al menos una parte del conducto 150, o bien una
prolongación del mismo, se extiende a través de la pared lateral
230, al interior de la tolva 160. Se prefieren estas realizaciones
para uso cuando se recicla desde la tolva de ciclón 160 de la Fig.
3, dado que sus construcciones reducen las posibilidades de arrastre
de partículas en el gas de reciclado. El conducto 150 de la Fig. 7
se extiende con un tramo recto 152 al interior de la tolva 160, más
allá de la pared lateral 230, sin curvarse ni cambiar de ángulo. En
la Fig. 8, el conducto principal 150 termina en la pared lateral,
pero una placa 155 se extiende sobre la abertura hasta el conducto
150, dentro de la tolva 160, desde el interior de la pared lateral
230. La placa 155 puede ser plana o estar curvada. Finalmente, en la
Fig. 9, la parte extrema 157 del conducto 150 que se extiende dentro
de la tolva 160 está curvada hacia abajo.
Con el uso del invento para reciclar el flujo de
gas se mejora la recirculación de los sólidos más finos de vuelta al
horno 120, por ser arrastradas partículas que en otro caso serían
arrastradas y transportadas por el gas que sale del separador. El
gas cargado de sólidos que fluye de vuelta al horno aumenta la
capacidad total de reciclado en donde se haya instalado el
invento.
El reciclado de partículas finas usando el
conducto 150 simplifica el proceso de reciclado y reduce el coste de
aumentar el rendimiento con que se usan los reactivos en una unidad
de reactor o caldera de CFB.
Aunque se han representado y descrito con detalle
realizaciones específicas del invento, para ilustrar la aplicación
de los principios del invento, quienes sean expertos en la técnica
apreciarán que se pueden efectuar cambios en la forma del invento,
que quedan cubiertos en las Reivindicaciones que siguen, sin
desviarse de tales principios. Por ejemplo, el presente invento
puede ser aplicado a una nueva construcción que comporte combustores
o reactores de lecho fluidificado circulante, o bien en la
sustitución, reparación o modificación de combustores o reactores de
lecho fluidificado circulante existentes. En algunas realizaciones
del invento se pueden usar para sacar partido de ellas ciertas
características del invento, sin un uso correspondiente de las demás
características. En consecuencia, todos esos cambios y realizaciones
quedan debidamente comprendidos dentro del alcance y de los
equivalentes de las Reivindicaciones que sigue.
- a.
- gas y sólidos que pasan al ciclón
- b.
- sólidos recogidos en el ciclón
- c.
- gas y cenizas volantes
- d.
- gas y sólidos que salen del horno
- e.
- aire secundario
- f.
- sorbente
- g.
- combustible
- h.
- aire primario
- i.
- cenizas del fondo
- j.
- (TÉCNICA ANTERIOR)
- k.
- gas y sólidos que pasan al separador primario
- l.
- gas y sólidos que pasan al separador secundario (MDC)
- m.
- sólidos recogidos por el separador secundario
- n.
- reciclado de sólidos secundarios
- o.
- sólidos recogidos por el separador primario (vigas en U)
- p.
- sólidos recogidos
Claims (7)
1. Una unidad de lecho fluidificado circulante
que tiene un reactor, al menos un separador de sólidos situado aguas
abajo del reactor, y un bucle de recirculación de sólidos, teniendo
la unidad de lecho fluidificado circulante una capacidad aumentada
de recuperación de las partículas más finas de reactivo,
caracterizada porque comprende:
una tolva de recogida de sólidos conectada a el
al menos un separador de sólidos y conectada al bucle de
recirculación de sólidos;
al menos un conducto que conecta la tolva de
recogida de sólidos al reactor, estando situado el extremo del
conducto del lado de la tolva por encima de la conexión de la tolva
de recogida de sólidos al bucle de recirculación de sólidos; y
medios de recirculación del gas previstos para el
al menos un conducto para reciclar el gas que arrastra a las
partículas de reactivo más finas procedentes de la tolva de recogida
de sólidos, devolviéndolo al horno.
2. La unidad de lecho fluidificado circulante de
acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizada porque el al
menos un conducto termina en un recinto de la tolva de recogida de
sólidos.
3. La unidad de lecho fluidificado circulante de
acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizada porque el al
menos un conducto se extiende a través de un recinto de la tolva de
recogida de sólidos, al interior de la tolva de recogida de
sólidos.
4. La unidad de lecho fluidificado circulante de
acuerdo con la Reivindicación 3, caracterizada porque el al
menos un conducto se extiende recto dentro de la tolva de recogida
de sólidos.
5. La unidad de lecho fluidificado circulante de
acuerdo con la Reivindicación 3, caracterizada porque un
extremo de tolva del al menos un conducto se curva hacia abajo
dentro de la tolva de recogida de sólidos.
6. La unidad de lecho fluidificado circulante de
acuerdo con la Reivindicación 2, caracterizada porque el
extremo correspondiente a la tolva del al menos un conducto
comprende una placa que se extiende hacia abajo desde el interior
del recinto de la tolva sobre la posición en donde está unido el al
menos un conducto.
7. Un método para aumentar la capacidad de
recuperación y el retorno de las partículas de reactivo más finas
que circulan en una unidad de lecho fluidificado a un reactor de la
unidad de lecho fluidificado circulante, teniendo la unidad de lecho
fluidificado circulante un reactor, al menos un separador de sólidos
situado aguas abajo del reactor, y un bucle de recirculación de
sólidos, caracterizado porque comprende:
proporcionar una tolva de recogida de sólidos
conectada a el al menos un separador de sólidos y conectada al bucle
de recirculación de sólidos;
proporcionar al menos un conducto que conecte la
tolva de recogida de sólidos con el reactor;
situar un extremo correspondiente a la tolva del
al menos un conducto por encima de la conexión de la tolva de
recogida de sólidos al bucle de recirculación de sólidos; y
recircular el gas procedente del al menos un
conducto y que pasa por éste para reciclar las partículas de
reactivo más finas procedentes de la tolva de recogida de sólidos,
devolviéndolas al horno.
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