ES2214940B2 - Tubos enfriados dispuestos para formar separadores de particulas del tipo de impacto. - Google Patents
Tubos enfriados dispuestos para formar separadores de particulas del tipo de impacto.Info
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Abstract
Aparato para separar sólidos de gas de combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB) que comprende una pluralidad de separadores de partículas del tipo de impacto verticales, hechos de tubos de enfriamiento situados dentro de la CFB en una pluralidad de filas escalonadas. Una realización utiliza una pluralidad de elementos de ajuste deslizante apilados, que tienen aberturas que reciben los tubos de enfriamiento. Los elementos de ajuste deslizante cooperan mutuamente para formar una canal colector, normalmente en forma de U, que separa partículas de gases de combustión transportados a través de los separadores de partículas. Unas juntas de solape deslizante entre los elementos de ajuste deslizante individuales impiden que se fuguen entre ellos gas y sólidos y permiten la dilatación térmica. Alternativamente, los separadores de partículas del tipo de impacto comprenden tubos de enfriamiento conectados entre sí para formar una estructura unitaria. Salientes de espiga soldados a los tubos de enfriamiento y cubiertos con un revestimiento refractario, losas cerámicas, revestimientos de rociado metálicos y cerámicos; piezas moldeadas metálicas o cerámicas, capas superpuestas de soldadura; y/o pantallas, proporcionan resistencia contra la erosión.
Description
Tubos enfriados dispuestos para formar
separadores de partículas del tipo de impacto.
Esta es una solicitud continuación en parte de la
solicitud de Estados Unidos número de serie 09/613.132, presentada
el 10 de julio de 2000, titulada CANAL COLECTOR DE PARTÍCULAS CON
ELEMENTOS INTERNOS DE ENFRIAMIENTO EN UNA CALDERA DE CFB. Esta
solicitud principal, número de serie 09/613.132, se incorpora aquí
como referencia, según se expone completamente en esta memoria. A
menos que se indique lo contrario, las definiciones de términos en
la solicitud número de serie 09/613.132 son válidas también para
esta descripción.
La presente invención se refiere, en general, al
campo de calderas de lecho fluidificado circulante (CFB: Circulating
Fluidized Bed) y, en particular, a construcciones mejoradas de
separador de partículas del tipo de impacto compuestas de tubos
enfriados o refrigerados por fluido.
Los sistemas de caldera de CFB son conocidos y
utilizados en la producción de vapor para procesos industriales y/o
generación de energía eléctrica. Véanse, por ejemplo, las patentes
de Estados Unidos números 5.799.593, 4.992.085 y 4.891.052
concedidas a Belin y otros; 5.809.940, concedida a James y otros;
5.378.253 y 5.435.820, concedidas a Daum y otros; y 5.343.830,
concedida a Alexander y otros. En los reactores de CFB, son
arrastrados dentro del recinto del reactor sólidos reactivos y no
reactivos por el flujo de gas ascendente que lleva sólidos hacia la
salida en la parte superior del reactor, donde los sólidos son
separados por separadores de partículas del tipo de impacto. Los
separadores de partículas del tipo de impacto se sitúan en conjuntos
ordenados escalonados o al tresbolillo para presentar una
trayectoria que puede ser recorrida por la corriente de gas, pero no
por las partículas arrastradas. Los sólidos recogidos son devueltos
al fondo el reactor. Una disposición de caldera de CFB utiliza una
pluralidad de separadores de partículas del tipo de impacto (o
miembros de incidencia cóncavos o vigas en U) en la salida del
horno para separar partículas del gas de combustión. Aunque estos
separadores pueden tener una diversidad de configuraciones, se
conocen comúnmente como vigas en U debido a que lo más frecuente es
que tengan una configuración en forma de U en sección
transversal.
Cuando se aplican a una caldera de CFB, una
pluralidad de tales separadores de partículas del tipo de impacto
son soportados dentro del recinto del horno y se extienden
verticalmente en al menos dos filas a través de la abertura de
salida del horno, cayendo las partículas recogidas de manera no
obstruida y no canalizada por debajo de los miembros colectores a
lo largo de la pared trasera del recinto. El espacio de separación
entre cada par adyacente de vigas en U de una fila se alinea con
una viga en U de una fila de vigas en U precedente o siguiente para
presentar una trayectoria tortuosa para que se desplacen el gas de
combustión o los sólidos. Las vigas en U de cada fila recogen y
retiran partículas del flujo de gas de combustión/sólidos, mientras
que la corriente de gas de combustión continúa fluyendo alrededor y
a través del conjunto de vigas en U.
Estos tipos de elementos colectores son en
general relativamente largos en comparación con su anchura y
profundidad. La forma de los elementos colectores está dictada
usualmente por dos consideraciones, a saber, la eficacia de la
recogida de las propias vigas en U y la capacidad de las vigas en U
para ser auto-soportantes. Cuando se utilizan estos
elementos, se sitúan generalmente en la salida del horno y no son
enfriados. Su colocación en la salida del horno es para proteger las
superficies de calentamiento aguas abajo contra la erosión por
partículas sólidas. Así, las vigas en U están expuestas a elevadas
temperaturas de la corriente fluyente de gas de combustión/sólidos,
y los materiales utilizados para las vigas en U deben ser
suficientemente resistentes a la temperatura para proporcionar
adecuados soporte y resistencia a los daños.
Han sido utilizados con éxito largos canales
auto-soportantes de chapa de acero inoxidable en
calderas de CFB para el colector de sólidos primario, pero la
resistencia a la "fluencia" de las aleaciones comercialmente
disponibles y adecuadas limita la longitud de los elementos
colectores. Fraccionando el largo canal colector en cortos
segmentos, la resistencia requerida de cada segmento corto es mucho
menor que para el canal largo debido a la serie de soportes
intermitentes y a la pequeña cantidad de peso de cada segmento o
elemento individual.
Los métodos de fabricar elementos colectores que
son enfriados o soportados fuera de una estructura enfriada han
incluido usualmente placas colectoras soldadas a tubos de soporte
enfriados por agua. Véanse las patentes de Estados Unidos números
5.378.253 y 5.435.820, concedidas a Daum y otros. Sin embargo, la
soldadura a tubos de enfriamiento incrementa la posibilidad de que
ocurran fugas en los tubos por las soldaduras.
Además, bajo esta estructura de diseño conocida,
el elemento colector se enfría asimétricamente debido a la
proximidad del tubo o tubos enfriados a sólo cierta parte del
segmento o elemento de canal colector conformado. Así, la placa que
forma los elementos colectores tenderá a deformarse debido a la
dilatación diferencial de las zonas más frías en comparación con
las partes más calientes de los elementos colectores.
Además, es necesario proteger los propios tubos
contra la erosión causada por los sólidos incidentes arrastrados
dentro del flujo de sólidos/gas. Esta protección requiere el uso de
pantallas para tubos hechas de acero inoxidable o cerámica, que
deben ser utilizadas a lo largo de toda la altura del colector, lo
que aumenta más el coste.
La presente invención comprende varias
disposiciones de tubos enfriados por fluido que se utilizan para
formar separadores de partículas del tipo de impacto, comúnmente en
una forma de U, pero que pueden tener también formas de W, E, V y
otras. Tales separadores de partículas del tipo de impacto
encuentran uso particular en calderas o reactores de lecho
fluidificado circulante (CFB).
Por lo tanto, un aspecto de la presente invención
está dirigido a un aparato para separar sólidos de una caldera de
lecho fluidificado circulante (CFB). En una realización, el aparato
comprende una pluralidad de separadores de partículas del tipo de
impacto, verticales, situados dentro de la CFB. Los separadores de
partículas del tipo de impacto están situados de manera adyacente y
separados horizontalmente entre sí en una pluralidad de filas
escalonadas. Cada separador de partículas del tipo de impacto
incluye una pluralidad de tubos de enfriamiento o refrigeración
verticales para transportar un medio de enfriamiento a través de
ellos. Están previstos una pluralidad de elementos de ajuste
deslizante que tienen aberturas que reciben y rodean los tubos de
enfriamiento, cooperando entre sí la pluralidad de elementos de
ajuste deslizante para formar una canal colector a lo largo de una
longitud de los tubos de enfriamiento, formado por paredes
laterales y una pared trasera. Las paredes laterales y la pared
trasera tienen una pluralidad de segmentos separados, alineados
verticalmente, que se extienden longitudinalmente a lo largo de la
altura del separador de partículas del tipo de impacto, estando
cada segmento alineado verticalmente conectado por sus extremos a
un segmento adyacente.
Otro aspecto de la presente invención está
dirigido a un aparato para separar sólidos del gas de combustión en
una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB). En esta
realización, el aparato comprende una pluralidad de separadores de
partículas del tipo de impacto, verticales, situados dentro de la
caldera de CFB. Los separadores de partículas del tipo de impacto
están situados de manera adyacente y separados horizontalmente
entre sí en al menos dos filas escalonadas. Cada separador de
partículas del tipo de impacto incluye una pluralidad de tubos de
enfriamiento verticales para transportar un medio de enfriamiento a
través de ellos. La pluralidad de tubos de enfriamiento que forman
un separador de partículas del tipo de impacto individual están
unidos o conectados entre sí mediante una placa o barra intermedia
de alineación de tubos, soldada al menos intermitentemente ente
ellos y a lo largo de los tubos de enfriamiento adyacentes para
formar una estructura unitaria. Una pluralidad de salientes de
espiga pueden ser soldados a los tubos y después cubiertos con un
revestimiento refractario. Se pueden utilizar otros mecanismos
resistentes a la erosión, tales como losas, revestimientos de
rociado metálicos o cerámicos, piezas moldeadas metálicas o
cerámicas, capa superpuesta de soldadura y pantallas
protectoras.
Los diversos rasgos de novedad que caracterizan
la invención se puntualizan con particularidad en las
reivindicaciones adjuntas a, y que forman parte de, esta
descripción. Para un mejor entendimiento de la invención, sus
ventajas operativas y beneficios concretos obtenidos por su uso, se
hace referencia a los dibujos que se acompañan y a la materia
descriptiva, en los que se ilustra una realización preferida de la
invención.
En los dibujos:
La figura 1 es una vista esquemática de un diseño
conocido de caldera de CFB que utiliza un sistema de separadores
de partículas del tipo de impacto;
La figura 2 es una vista en sección, en planta,
del grupo de vigas en U en el horno, de la figura 1, visto en la
dirección de las flechas 2-2;
La figura 3 es una vista superior de una primera
realización de un separador de partículas del tipo de impacto
individual, de viga en U, de acuerdo con la presente invención;
La figura 4 es una vista lateral derecha del
separador de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la
figura 3, visto en la dirección de las flechas
4-4;
La figura 5 es una vista trasera del separador de
partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la figura 3, visto
en la dirección de las flechas 5-5;
La figura 6 es una vista superior de una segunda
realización de un separador de partículas del tipo de impacto, de
viga en U, de acuerdo con la presente invención;
La figura 7 es una vista lateral izquierda del
separador de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la
figura 6, visto en la dirección de las flechas
7-7;
La figura 8 es una vista trasera del separador de
partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la figura 6, visto
en la dirección de las flechas 8-8;
La figura 9 es una vista lateral derecha del
separador de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la
figura 6, visto en la dirección de las flechas
9-9;
La figura 10 es una vista superior de una tercera
realización de un separador de partículas del tipo de impacto, de
viga en U, de acuerdo con la presente invención;
La figura 11 es una vista lateral izquierda del
separador de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la
figura 10, visto en la dirección de las flechas
11-11;
La figura 12 es una vista trasera del separador
de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la figura 10,
visto en la dirección de las flechas 12-12;
La figura 13 es una vista lateral derecha del
separador de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la
figura 10, visto en la dirección de las flechas
13-13;
La figura 14 es una vista lateral de otra
realización de separador de partículas del tipo de impacto, de viga
en U, de acuerdo con la presente invención;
La figura 15 es una vista en sección de un
separador de partículas del tipo de impacto individual, de viga en
U, de la figura 14, visto en la dirección de las flechas
15-15;
La figura 16 es una vista lateral de la parte
inferior de la figura 14;
La figura 17 es una vista lateral de la parte
inferior del aparato separador de partículas del tipo de impacto,
de viga en U, de la figura 16, visto en la dirección de las
flechas 17-17;
La figura 18 es una vista lateral de una
realización alternativa de la parte inferior del aparato separador
de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la figura
14;
La figura 19 es una vista lateral de una
realización alternativa de la parte superior del aparato separador
de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la figura
14;
La figura 20 es una vista en planta, en sección,
de un aparato separador de partículas del tipo de impacto que
ilustra una disposición escalonada o al tresbolillo de elementos
colectores en forma de V;
La figura 21 es una vista lateral de una
realización alternativa de la presente invención que utiliza un
elemento colector en forma de V;
La figura 22 es una vista en planta, en sección,
de la configuración de elemento colector en V de la figura 21,
visto en la dirección de las flechas 22-22;
La figura 23 es una vista en sección de un
elemento colector individual en forma de V del tipo ilustrado en
las figuras 21 y 22;
La figura 24 es una vista en sección de una placa
deflectora que puede ser utilizada en la configuración de elemento
colector en V de las figuras 21 y 22, visto en la dirección de las
flechas 24-24;
La figura 25 es una vista esquemática en sección
de un separador de partículas del tipo de impacto, de viga en U, en
el que los tubos enfriados consisten en tubos en omega, de acuerdo
con la presente invención;
La figura 26A es una vista en sección de un tubo
individual en omega del tipo utilizado en la realización de la
figura 25;
La figura 26B es una vista en sección de un modo
alternativo de realizar tubos en omega en la realización de la
figura 25 utilizando tubos convencionales y barras de alma;
La figura 27 es una vista en sección de dos
piezas de moldeo de ajuste deslizante con enclavamiento mutuo, que
pueden ser dispuestas sobre los tubos enfriados que forman un
separador de partículas del tipo de impacto, individual, de viga en
U, para mejorar la resistencia a la erosión de acuerdo con la
presente invención;
La figura 28 es una vista en sección de un
separador de partículas del tipo de impacto individual, de viga en
U, en el que los tubos enfriados están provistos de piezas de
moldeo protectoras unidas al mismo para mejorar la resistencia a la
erosión, de acuerdo con la presente invención;
La figura 29 es una vista en sección de una parte
de un separador de partículas del tipo de impacto, individual, de
viga en U, en el que los tubos enfriados están provistos de piezas
moldeadas protectoras, atornilladas en ellos, para mejorar la
resistencia a la erosión, de acuerdo con la presente invención;
La figura 30 es una vista lateral de la parte del
separador de partículas del tipo de impacto, individual, de viga en
U, de la figura 29, visto en la dirección de las flechas
30-30 de la figura 29;
La figura 31 es una vista en planta, en sección,
de una realización alternativa de un conjunto ordenado escalonado
de elementos colectores en V, de acuerdo con la presente
invención;
La figura 32 es una vista en sección de un
elemento colector individual en V del tipo ilustrado en la figura
31, provisto de refractario resistente a la erosión de acuerdo con
la presente invención;
La figura 33 es una vista en sección de un
elemento colector individual en V del tipo ilustrado en la figura
31, provisto de una envuelta circundante de acero inoxidable para
mejorar la resistencia a la erosión, de acuerdo con la presente
invención;
La figura 34 es una vista en sección de un
elemento colector individual en V, del tipo ilustrado en la figura
31, en el que los tubos enfriados están rodeados por metal colado
para mejorar la resistencia a la erosión, de acuerdo con la
presente invención;
La figura 35 es una vista superior de una
realización alternativa de un separador de partículas del tipo de
impacto individual, de viga en U, compuesto de tubería rectangular
para transportar el fluido de enfriamiento, de acuerdo con la
presente invención;
La figura 36A es una vista en perspectiva de una
parte inferior de un separador de partículas del tipo de impacto,
individual, de viga en U, de acuerdo con la presente invención, en
el que los extremos inferiores de tubos de enfriamiento adyacentes
están conectados entre sí para paso de fluido, formando codos o
dobleces de 180°;
La figura 36B es una vista en perspectiva de una
parte inferior de un separador de partículas del tipo de impacto,
individual, de viga en U, de acuerdo con la presente invención, en
el que los extremos inferiores de tubos de enfriamiento que forman
lados opuestos de la viga en U están conectados entre sí para paso
de fluido, formando codos o dobleces de 180°;
La figura 37 es una vista en perspectiva de una
parte inferior de un separador de partículas del tipo de impacto,
individual, de viga en U, de acuerdo con la presente invención, en
el que los extremos inferiores de los tubos de enfriamiento están
conectados para paso de fluido a un colector común situado próximo
y por encima del suelo de una trayectoria de gas;
La figura 38 es una vista lateral de una parte
inferior de un separador de partículas del tipo de impacto,
individual, de viga en U, de acuerdo con la presente invención, en
el que los extremos inferiores de los tubos de enfriamiento están
conectados para paso de fluido a un colector común situado próximo
y por debajo de un suelo de una trayectoria de gas, y
La figura 39 es una vista en perspectiva de
todavía otra realización alternativa de un separador de partículas
del tipo de impacto, individual, de viga en U, de acuerdo con la
presente invención, en el que una parte inferior de cada uno de los
tubos de enfriamiento está provista de una parte de diámetro
reducido para impedir la erosión de la parte inferior.
Según se utiliza aquí, la expresión caldera de
CFB se usará para referirse a reactores o combustores (cámaras de
combustión) de CFB en los que tiene lugar un proceso de combustión.
Aunque la presente invención está dirigida particularmente a
calderas o generadores de vapor que emplean combustores de CFB como
los medios por los cuales es producido calor, se ha de entender que
la presente invención puede ser fácilmente utilizada en un tipo
diferente de reactor de CFB. Por ejemplo, la invención puede ser
aplicada a un reactor que se utilice para reacciones químicas
diferentes de un proceso de combustión, o en las que una mezcla de
gas/sólidos procedente de un proceso de combustión que ocurre en
cualquier lugar sea proporcionada al reactor para tratamiento
adicional, o en la que el reactor proporcione simplemente un
recinto en el que sean arrastradas partículas o sólidos en un gas
que no sea necesariamente un subproducto de un proceso de
combustión. Análogamente, la expresión viga en U se utiliza en la
siguiente explicación por razones de conveniencia, y se ha de
entender que se refiere en general a cualquier tipo de miembros de
incidencia cóncavos o separadores de partículas del tipo de impacto
utilizados para recoger y separar partículas de un gas de
combustión cargado de partículas. Particularmente, los separadores
de partículas del tipo de impacto son no planos; pueden ser de
forma de U, de forma de V, de forma de W o de cualquier otra forma,
siempre que tengan una superficie cóncava o acopada que sea
presentada al flujo entrante de gas de combustión y arrastre
partículas que hagan posible que los miembros recojan y separen
partículas del gas de combustión.
Con referencia ahora a los dibujos, en los que se
utilizan los mismos números de referencia para referirse a los
mismos elementos o funcionalmente similares a través de todos los
dibujos, la figura 1 muestra un horno, generalmente designado por
10, que contiene un lecho fluidificado circulante 12, conducto de
escape 14 y de retorno 16 de material en partículas. La combustión
de combustible ocurre en el lecho fluidificado circulante 12, que
genera residuos o gases de combustión calientes que están cargados
de materia en partículas. Los gases calientes se elevan a través
del horno 10 hasta el conducto de escape 14, desde donde los gases
pasan a través y/o a lo largo de varias superficies de
transferencia de calor (tales como sobrecalentador, recalentador o
economizador) 17 y etapas de limpieza antes de ser evacuados a la
atmósfera (no mostrado).
Filas de separadores de partículas del tipo de
impacto 20 escalonadas o al tresbolillo, están orientadas en la
parte superior del horno 10 y están generalmente soportadas desde
el techo 26 del horno. Se hace referencia a un primer grupo de
separadores de partículas 22 como las vigas en U 22 en el horno,
mientras que un segundo grupo de separadores de partículas 24 están
dispuestos y situados aguas abajo de la salida del horno, que está
esquemáticamente representada por la línea de trazos vertical de la
figura 1 mostrada entre los grupos 22 y 24. La materia en
partículas arrastrada por el gas de combustión incide sobre el
separador de partículas del tipo de impacto 20, resulta separada y
retorna en caída libre directamente al lecho fluidificado circulante
12, donde puede ocurrir combustión o reacción adicional de las
partículas recicladas. Generalmente, los separadores de partículas
del tipo de impacto 20 son no planos y preferiblemente son de
sección transversal en forma de U, pero puede ser de forma de V, de
forma de E, de forma de W o de alguna configuración similar cóncava
o acopada.
La figura 2 es una vista en sección, en planta,
de las vigas en U 22 dentro del horno, que constituyen el grupo 22
en el horno de vigas en U 20, e ilustra cómo están escalonadas las
filas de vigas en U 20 unas con respecto a otras en filas
adyacentes. En la parte inferior de cada viga en U 20 del grupo 22
en el horno existe típicamente una placa que forma una artesa o
deflector 23 cuya finalidad es evitar que los gases de combustión y
las partículas arrastradas se desvíen de las vigas en U 20.
Con referencia ahora a las figuras 3, 4 y 5, se
ilustra en ellas una primera realización del separador de
partículas del tipo de impacto 20, de viga en U, de acuerdo con la
presente invención. Cada viga en U 20 está compuesta de tubos de
enfriamiento o refrigeración 30 que pueden ser enfriados por agua,
vapor de agua a mezclas de ellos, o por algún otro medio de
enfriamiento adecuado. Los tubos de enfriamiento 30, y por tanto
las vigas en U de las que forman parte, están dispuestos
verticalmente como las vigas en U conocidas 20 ilustradas en la
figura 1, y pueden estar soportados desde el techo 26 del horno 10.
Los tubos de enfriamiento 30 que forman una viga en U individual
están dispuestos próximos entre sí; como se ilustra en la figura 3,
se pueden utilizar cuatro tubos de enfriamiento 30 para formar una
viga en U individual, uno en cada esquina de la misma. Los tubos de
enfriamiento 30 tiene típicamente un diámetro exterior de 25,4 mm
(una pulgada), pero, naturalmente, se pueden utilizar otros
diámetros de tubos.
Como se ilustra en las figuras 3, 4 y 5, cada
viga en U 20 comprende además una pluralidad de elementos de ajuste
deslizante 50 que tienen aberturas 52 en una parte 57 (que puede
ser una parte agrandada como se muestra para rodear el tubo de
enfriamiento 30 recibido en ella) y que reciben cada uno de los
tubos de enfriamiento 30 que forman una viga en U individual 20.
Los elementos de ajuste deslizante 50 rodean así cada tubo de
enfriamiento 30 y, al estar apilados uno sobre otro a lo largo de
la altura vertical de la viga en U 20, forman un canal colector 60.
Cada elemento de ajuste deslizante 50 que constituye la viga en U
20 incluye dos paredes laterales 54 y una pared trasera 50. Como se
ilustra en las figuras 4 y 5, cada una de las paredes laterales 54
y la pared trasera 56 está compuesta de una pluralidad de segmentos
70 alineados verticalmente, que se extienden entre las partes 57
que contienen las aberturas 52, que rodean los tubos de
enfriamiento 30. Los segmentos alineados verticalmente 70 de la
pluralidad de elementos de ajuste deslizante 50 están situados a lo
largo de la longitud de los tubos de enfriamiento 30 orientados
verticalmente y se combinan entre sí para formar el canal colector
60 de la viga en U 20.
Unas juntas de solape deslizante 80 u otras
conexiones de tipo similar están dispuestas entre los segmentos 70
alienados verticalmente. La configuración de junta de solape
deslizante 80 en las partes superior e inferior de cada segmento 70
alineado verticalmente impide que se fuguen gas y sólidos entre los
segmentos 70 y permite la dilatación y contracción a corto plazo y
a largo plazo de las dimensiones de los segmentos en la dirección
vertical.
Los tubos de enfriamiento 30 proporcionan así un
soporte enfriado, así como alineación y enfriamiento de segmentos
alineados 70. Los tubos de enfriamiento proporcionan además una
distribución de temperaturas simétrica única a lo largo de cada
segmento alineado 70 sin deformación de la forma del elemento, lo
que podría suceder normalmente siempre que ocurra una distribución
de temperaturas asimétrica debido al enfriamiento asimétrico del
segmento 70.
Cada elemento de ajuste deslizante 50 puede estar
compuesto por aleación metálica, cerámica o por otros materiales
que tengan elevada resistencia al calor. En la realización de las
figuras 3, 4 y 5, cada uno de los elementos de ajuste deslizante 50
comprenden una pieza unitaria única que incluye dos paredes
laterales 54 y una pared trasera 56, y que desliza sobre tubos de
enfriamiento 30. La pieza unitaria única puede ser una pieza de
moldeo o de extrusión. Sin embargo, se apreciará que se pueden
utilizar otras construcciones para los elementos de ajuste
deslizante.
Haciendo referencia ahora a las figuras 6, 7, 8 y
9, en otra realización, cada una de las paredes laterales 54 y
pared trasera 56 son elementos de ajuste deslizante separados; de
este modo se requieren tres elementos de ajuste deslizante
separados para formar un nivel individual o porción de sección
transversal de la viga en U 20. Las partes extremas 57 y sus
aberturas 52 de cada una de las paredes laterales 54 y pared
trasera 56 se superponen o solapan la junta de solape deslizante
80.
Con referencia ahora a las figuras 10, 11, 12 y
13, en todavía una realización más, las paredes laterales 54 y la
pared trasera 56 se pueden formar a partir de dos elementos 59 que
tienen una sección transversal en forma de L. Los extremos de los
elementos 59 en forma de L se solapan en la pared trasera 56
mediante la junta de solape deslizante 80.
Como se ilustra en las realizaciones de las
figuras 6 y 10, se pueden utilizar tubos de enfriamiento
adicionales 30, en comparación con los cuatro tubos de enfriamiento
mostrados en la figura 3, para formar, soportar y enfriar los
elementos de canal colector. Una tal construcción puede ser
utilizada también si se desean vigas en U 20 de mayor tamaño, o si
se desean tubos de enfriamiento diferentes 30. Mediante estos
medios se puede utilizar inferior resistencia al calor del material
que forma el elemento de ajuste deslizante 50, mientras se impide
la distribución de temperaturas asimétrica única a lo largo de la
altura vertical de cada viga en U 20.
Aunque las patentes de Estados Unidos
anteriormente mencionadas, números 5.378.253 y 5.435.820, de Daum y
otros, describen elementos colectores enfriados, los diseños
ilustrados en ellas no se enfrentan a las dificultades prácticas
que les impiden ser utilizados en la mayor parte de las
aplicaciones comerciales. Como se muestra en las patentes 5.378.253
y 5.435.820, cada elemento separador está compuesto sólo de cuatro
tubos enfriados por separador, extendiéndose la barra de alma
soldada entre los tubos para formar la parte de recogida. Esto
limita fuertemente la posibilidad de aplicar tales diseños por dos
razones. En primer lugar, se ha determinado que el límite de
oxidación por temperatura de la barra de alma limita la anchura
máxima de la barra de alma cuando los elementos separadores son
operados a las temperaturas experimentadas en una caldera de CBF.
Puesto que la barra de alma es enfriada por los tubos a los que está
unida, la temperatura máxima de barra de alma ocurre a medio camino
ente tubos conectados por la alma, y la temperatura en ese lugar
debe ser mantenida en valores aceptables por debajo del límite de
temperatura de oxidación para el material que forma la barra de
alma. Aunque este aspecto se puede enfocar utilizando una barra de
aleación que tenga un límite de temperatura de oxidación más
elevado, o utilizando incluso tubos de acero inoxidable y barra de
alma, se apreciará que esta solución es de coste prohibitivo y, en
realidad, puede no proporcionar todavía al diseñador un gran
aumento de la anchura máxima de la barra de alma. En segundo lugar,
y como consecuencia de estar limitada la anchura máxima de barra de
alma, el tamaño real de los elementos colectores individuales puede
ser restringido con respecto al necesario para un rendimiento de
recogida eficaz y de coste
razonable.
razonable.
En contraposición, las siguientes realizaciones
de la presente invención utilizan al menos tres o más tubos de
enfriamiento 126 por lado de cada uno de los elementos separadores
individuales 120, junto con un número correspondiente de tubos de
enfriamiento 126 que forman la parte trasera de cada uno de los
elementos 120. El tamaño de los elementos separadores 120 no está
así limitado por temperaturas máximas de alma y los elementos
separadores 120 pueden ser diseñados tan largos como se desee. Esto
es importante debido a que el uso de elementos separadores 120 de
mayor tamaño hacen posible utilizar separadores mayores, ya que la
mayor sección transversal dentro de un elemento separador 120
individual hace posible que permanezca "dentro" de la sección
transversal una mayor cantidad de sólidos antes de que los sólidos
recogidos "se derramen fuera" debido al rebose en el
movimiento descendente de los sólidos hacia el fondo del elemento
separador 120. En otras palabras, el elemento separador 120 tiene
una parte efectiva mayor. El uso de elementos separadores 120 de
mayor tamaño significa que serán requeridos/utilizados menos,
permitiendo que la caldera de CFB sea más estrecha (ya que la
profundidad del horno puede ser mayor para un área en sección
transversal dada en planta del horno), lo que reduce el coste.
Las figuras 14 a 24 ilustran otra realización de
un aparato separador de partículas del tipo de impacto, de viga en
U, de acuerdo con la presente invención, señalado genéricamente con
la referencia 100 y el cual es particularmente apropiado para
aplicación en calderas de CFB. Igualmente, la expresión viga en U
se utiliza por razones de conveniencia y se pretende que se refiera
en términos generales a un tipo de miembros de incidencia cóncavos
o separadores de partículas del tipo de impacto utilizados para
recoger y separar partículas de un gas de combustión cargado de
partículas. En particular, los separadores de partículas del tipo
de impacto son no planos, pueden ser en forma de U, en forma de V,
en forma de E, en forma de W o de cualquier otra forma, siempre que
tengan una superficie cóncava o acopada que sea presentada al flujo
entrante de gas de combustión y partículas arrastradas, que haga
posible que los miembros recojan y separen partículas del gas de
combustión.
El aparato separador de partículas 100 está
compuesto de una pluralidad de elementos 120 de viga en U de
recogida escalonados, orientados verticalmente, dispuestos en al
menos dos filas, una fila de aguas arriba 122 y una fila de aguas
abajo 124. El aparato 100 puede ser utilizado como el grupo de
vigas en U 22 dentro del horno, o vigas en U externas 24. Las vigas
120 están compuestas de una pluralidad de tubos enfriados o
refrigerados 126 que transportan un medio de enfriamiento, tal como
agua, vapor de agua, una mezcla de ellos o de algún otro fluido de
enfriamiento adecuado a través de ellos. El fluido de enfriamiento
es transportado a dentro y fuera de las vigas en U 120 a través de
una disposición tuberías superior e inferior, cabezales y
colectores o distribuidores situados en las partes superior 128 e
inferior 130 del aparato 100. Como se describirá con más detalle en
lo que sigue, la disposición particular de tales tuberías,
cabezales y colectores o distribuidores para las vigas en U 120
constituyen un importante aspecto de la presente invención.
Pasando ahora a la figura 15, se muestra en ella
un elemento individual separador de partículas del tipo de impacto
120, de viga en U, de la figura 14. Están previstos una pluralidad
de tubos de enfriamiento 126, dispuestos unos con respecto a otros
de manera que forman el contorno general del elemento colector, en
este caso un elemento colector de viga en U. En este caso, se
utilizan un total de doce tubos de enfriamiento 126, pero se pueden
usar más o menos tubos 126, dependiendo del tamaño de la viga en U
deseada, de consideraciones del enfriamiento con fluido y de la
caída de presión, etc. Cada tubo de enfriamiento 126 en una viga en
U 120 está provisto de una pluralidad de salientes o vástagos 132
soldados a los tubos 126 a lo largo de su longitud y alrededor de
su circunferencia para permitir aplicar material refractario 134 a
la viga en U 120. Los tubos individuales 126 que forman una viga en
U dada están también conectados entre sí por medio de una placa o
alma (por ejemplo barra de alma 136) de alineación de tubos soldada
al menos intermitentemente entre ellos y a lo largo de los tubos de
enfriamiento adyacentes para mantener la viga en U 120 como una
estructura unitaria fija. La barra de alma 136, así como los
salientes 132, conducen calor desde el material refractario 134 a
los tubos de enfriamiento 126, en los que es evacuado por el medio
de enfriamiento que circula por su interior, normalmente agua y/o
vapor de agua. El material refractario 134 puede ser instalado en
fábrica en las vigas en U 120 para reducir los costes y asegurar la
uniformidad de aplicación, o puede ser instalado en obra.
La figura 18 ilustra una vista lateral de la
parte inferior de la figura 14; más particularmente, una primera
realización de la disposición de tuberías, cabezal y colector, que
puede ser utilizada para suministrar fluido de enfriamiento hacia y
desde las vigas en U 120. Los extremos inferiores de los tubos de
enfriamiento 126 están conectados para paso de fluido a una
pluralidad de colectores o distribuidores verticales 138 que, a su
vez, están conectados para paso de fluido a un cabezal 140.
Asimismo, esta puede ser una disposición de un cabezal de entrada
140 y distribuidores de entrada 138 asociados, o un cabezal de
salida 140 y colectores o distribuidores de salida 138. En la
disposición ilustrada en la figura 16, ambas filas 122, 124 de vigas
en U 120 forman parte del mismo módulo; es decir, son alimentadas
desde el mismo distribuidor 138. El tamaño de la caldera de CFB y
las limitaciones de transporte permisibles determinarán el número
de vigas en U individuales 120 que pueden ser ensambladas en taller
y enviadas a la obra para su montaje. Las tuberías de entrada y
salida 144 serían aplicadas y orientadas según fuera requerido.
Con referencia a las figuras 16 y 17, otro
aspecto de la presente invención comprende el uso de un tubo de
enfriamiento 126 doblado de modo apropiado para formar una bandeja
o deflector 142 en un extremo inferior de la viga en U, lo que
ayuda a evitar que el gas y las partículas arrastradas sean
desviadas alrededor del extremo inferior 130 de las vigas en U 120.
La bandeja 142 enfriada por fluido está también provista de
salientes de espiga 132 y revestida de material refractario 134. Si
se desea, se puede utilizar una bandeja o deflector 23 en los
extremos inferiores de las vigas en U 120 de acuerdo con la presente
invención.
La figura 18 ilustra una vista lateral de una
realización alternativa de la parte inferior del aparato separador
de partículas del tipo de impacto, de viga en U, de la figura 14;
en particular, una disposición en la que las filas delantera 122 y
trasera 124 de vigas en U 120 están conectadas para paso de fluido
a un colector o distribuidor individual 138 para cada fila. Los
conceptos mencionados anteriormente, relativos a la posibilidad de
que la parte inferior 130 sea la entrada o la salida para el medio
de enfriamiento que circula por las vigas en U 120, todavía son
aplicables.
La figura 19 ilustra una vista lateral de la
parte superior 128 de la realización alternativa ilustrada en la
figura 18, Aquí, estarían previstos distribuidores o colectores 138
individuales de entrada o salida, uno para cada fila 122, 124 de
las vigas en U 120, conectados a tuberías apropiadas de entrada o
salida 144, como se muestra.
La figura 20 es una vista en planta, en sección,
de un aparato separador de partículas del tipo de impacto de
acuerdo con la presente invención, que ilustra una disposición
escalonada de elementos colectores en forma de V. Igualmente, cada
tubo de enfriamiento 126 está provisto de una pluralidad de
salientes o vástagos 132 soldados a los tubos 126 a lo largo de su
longitud y alrededor de su circunferencia, para permitir que sea
aplicado material refractario 134 al elemento colector 120. Los
tubos individuales 126 que forman un elemento colector dado 120
están también conectados entre sí por la barra de alma 136 soldada
al menos intermitentemente entre los tubos 126 para mantenerlos
como una estructura fija. La barra de alma 136, así como los
salientes 132, conducen calor desde el material refractario 134 a
los tubos de enfriamiento 126, donde es evacuado por el medio de
enfriamiento que circula interiormente, normalmente agua y/o vapor
de agua. El material refractario 134 puede ser instalado en fábrica
para reducir los costes y asegurar la uniformidad de aplicación, o
puede ser instalado en obra.
Las figuras 21 a 24 ilustran una realización de
la presente invención que utiliza una disposición de lo que se
conoce generalmente como elementos colectores en V 150. Los tubos
de enfriamiento 126 están asimismo provistos de una pluralidad de
salientes de espiga 132 soldados a los tubos 126 a lo largo de su
longitud y alrededor de su circunferencia para permitir que el
material refractario 134 sea aplicado a los elementos colectores en
V 150. Los tubos individuales 126 que forman un elemento colector
en forma de V 150 dado están también conectados entre sí por la
barra de alma 136 soldada al menos intermitentemente entre los
tubos 126 para mantenerlos como una estructura fija. La barra de
alma 136, así como los salientes 132, conducen calor desde el
material refractario 134 a los tubos de enfriamiento 126, de donde
es evacuado por el medio de enfriamiento que circula interiormente,
normalmente agua y/o vapor de agua. El refractario 134 puede ser
instalado en fábrica para reducir los costes y asegurar la
uniformidad de aplicación, o puede ser instalado en obra. Los
elementos colectores 150 en V pueden estar provistos opcionalmente
de una o más placas deflectoras 152 a intervalos a lo largo de la
altura vertical del elemento colector 150 en V. Las placas
deflectoras 152 están destinadas a dirigir las partículas sólidas
recogidas de nuevo al elemento colector 150 en V. Preferiblemente se
unen mediante soldadura a una primera parte 154 del elemento
colector 150 en V que se orienta en esencia paralelamente a la
circulación del gas de combustión y las partículas sólidas cuando
está en servicio, tal como en una caldera de CFB, y una segunda
parte 156 que está conectada a la primera parte 154 y forma con
respecto a ella un ángulo \theta. El ángulo \theta es
normalmente de aproximadamente 30º, pero puede oscilar desde
aproximadamente 10 a 90º para adaptarse a una aplicación
particular.
Aunque la segunda parte 156 ilustrada en las
figuras 22 y 23 está mostrada plana, la presente invención no está
así limitada, y la segunda parte 156 puede ser alternativamente
arqueada o segmentada y doblada según cierto ángulo, como se
ilustra en A y B en la figura 23 mediante las líneas de trazos
discontinuos.
La figura 23 ilustra elementos colectores
individuales 150 en forma de V en línea unos con otro (con respecto
a una dirección predominante del gas de combustión y partículas
sólidas a través de estos elementos 150), pueden estar conectados
por extremos de las primeras partes 154 de los mismos, como se
muestra en C, o pueden estar separados entre sí.
La presente invención implica también varias
construcciones para mejorar la resistencia a la erosión de los
separadores de partículas del tipo de impacto de vigas en U
enfriados, descritos aquí. En la figura 25, los tubos de
enfriamiento que forman una viga individual 120 en U comprenden lo
que se denominan tubos en omega 160 soldados conjuntamente como se
ilustra en 164 para formar la configuración deseada de viga en
forma de U en sección transversal. En la realización mostrada, las
dimensiones del tubo en omega pueden ser de 34,92 mm
(1-3/8'') por 25,4 mm (1'') con un espesor de pared
mínimo de 4,76 mm (3/16''). Aunque tales tubos en omega 160 son
conocidos por los expertos en la técnica, hasta ahora no han sido
conocidos para emplear los mismos en tales separadores de
partículas del tipo de impacto, de viga en U. Como se muestra en la
figura 26A, cada tubo en omega está provisto de un paso para fluido
161, y de extremos 166 provistos de partes achaflanadas para
facilitar la soldadura 164 a tubos en omega adyacentes. Los tubos
en omega pueden ser implementados efectivamente utilizando tubos
convencionales 126 y barras de alma 137 soldadas a las coronas de
tubos, como se muestra en la figura 26B.
La figura 27 ilustra una disposición de dos
piezas moldeadas de deslizamiento (o enhebradas) 170 que tienen
aberturas 162 que recibirían y rodearían los tubos de enfriamiento
126. Las piezas moldeadas de deslizamiento 170 tienen partes macho
172 y partes hembra 174 para facilitar la alineación de piezas
moldeadas adyacentes. Estas piezas moldeadas 170 estarían hechas
normalmente de material metálico de baja aleación, pero podrían
estar revestidas con aleación "390" para mejorar la
resistencia a la erosión.
La figura 28 ilustra una disposición de piezas
moldeadas protectoras 180 que estarían soldadas a los tubos de
enfriamiento 126, preferiblemente a través de soldadura de tapón,
como se ilustra en 184. Las piezas moldeadas 180 tendrían un
revestimiento de 6,35 mm (1/4''), excepto en el borde delantero,
donde la pieza moldeada 182 estaría provista de una capa
superpuesta de 12,7 mm (1/2''). Como se muestra, las partes
traseras de cada tipo de pieza moldeada estaría curvada para
corresponderse con el diámetro exterior del tubo enfriado al que
estaría unida.
Las figuras 29 y 30 ilustran una disposición de
piezas moldeadas protectoras 190 que están destinadas a
atornillarse 194 sobre los separadores de partículas del tipo de
impacto 120, de viga en U, preferiblemente a través del alma 136 o
placas metálica intermedias de alineación de tubos que retienen los
tubos 126 adyacentes entre sí. Se practicarían aberturas 192 en las
piezas moldeadas 190. En cualquier caso, se prefiere que las piezas
moldeadas separen el alma o las placas intermedias de alineación de
tubos. Si se desea, los tornillos o pernos 194 pueden ser
sustituidos por salientes o vástagos soldados a ambos lados del
alma o de las placas intermedias de alineación de tubos. Las piezas
moldeadas estarían en el borde delantero (no mostrado)
preferiblemente soldadas por tapón como se ha descrito antes.
Las figuras 31 y 32-34 ilustran
una realización alternativa de un conjunto escalonado de elementos
colectores en V de acuerdo con la presente invención, y varios
modos para proporcionar resistencia mejorada para esta realización.
Igualmente, se prevén elementos separadores de partículas del tipo
de impacto, esta vez grupos alineados de tubos enfriados 126
conectados conjuntamente como antes (placas o alma intermedias 136
de alineación de tubos). A intervalos regulares, están soldadas
aletas 200 a los tubos enfriados 126 para proporcionar una
trayectoria tortuosa para el flujo entrante de gas de
combustión/sólidos. Los tubos enfriados pueden estar provistos de
refractario resistente a la erosión (figura 32); una pantalla
circundante 202 de acero inoxidable (figura 33) (con ranuras de
dilatación, si de desea); o pueden estar rodeados por una capa
superpuesta 204 de metal colado o soldadura (figura 34).
La figura 35 ilustra todavía otra realización más
de un separador de partículas del tipo de impacto 120 individual,
de viga en U, este compuesto de tubería rectangular 210 para
transportar fluido de enfriamiento de acuerdo con la presente
invención. Los elementos de tubería individuales 210 estarían
soldados conjuntamente en 212, como se muestra. Preferiblemente, la
tubería rectangular 210 podría estar hecha de acero al carbono
(SA-178 Gr.C), en tanto que el fluido de
enfriamiento transportado a su través mantenga la temperatura del
metal por debajo del intervalo de fluencia (mayor que 371ºC) para
el acero al carbono.
Las figuras 36A, 36B y 38 ilustran detalles
particulares de construcción de los extremos inferiores de los
separadores de partículas del tipo de impacto 120, individuales, de
viga en U, de acuerdo con la presente invención. Por razones de
claridad, no se muestra protección contra erosión para cualquiera
de los tubos de enfriamiento 126 ni distribuidor alguno 138,
debiendo entenderse que tal protección contra la erosión sería
proporcionada, naturalmente, en la práctica real. Como se describe
en la patente de Estados Unidos número 6.095.095, concedida a
Alexander y otros, el texto de la cual se incorpora aquí como
referencia según se expone completamente en esta memoria, son
conocidas construcciones de caldera de CFB en las que al menos dos
filas de vigas en U externas pueden estar situadas dentro del gas de
combustión de escape 14, aguas abajo de la salida del horno, siendo
devueltas las partículas recogidas a lo largo de un suelo 220
(figuras 36A, 36B, 37 y 38 de la presente invención). Los lados
222, 224 y una parte trasera 226 de las vigas en U 120 están
asimismo compuestos de tubos de enfriamiento 126.
Los extremos inferiores 228 de los tubos de
enfriamiento 126 pueden estar conectados para paso de fluido de
varias formas. Por ejemplo, como se ilustra en las figuras 36A,
36B, 37 y 38, los extremos inferiores 228 de los tubos de
enfriamiento 126 se extienden en la proximidad del suelo 220 situado
inmediatamente debajo de las filas escalonadas de separadores de
partículas del tipo de impacto. El suelo 220 forma la trayectoria
de gas 14 de la caldera de CFB 10. En algunos casos, como se
ilustra en la figura 36A, los extremos inferiores de tubos de
enfriamiento adyacentes 126 (tales como los que forman uno o el otro
lado 222, 224, o la parte trasera 226), que constituyen los
separadores de partículas del tipo de impacto 120, están conectados
entre sí para paso de fluido, formando codos o dobleces de 180º.
Alternativamente, como se ilustra en la figura 36B, los extremos
inferiores 228 de los tubos de enfriamiento 126 que forman lados
opuestos 222, 224 de los separadores de partículas del tipo de
impacto 120 están conectados ente sí para paso de fluido, formando
codos o dobleces de 180º. Estas disposiciones son de construcción
relativamente sencilla, pero se apreciará que hacen que los
separadores de partículas del tipo de impacto 120 enfriados no
puedan ser drenados.
Como se ilustra en la figura 37, los extremos
inferiores 228 de los tubos de enfriamiento 126 que constituyen un
separador de partículas del tipo de impacto individual 120 están
conectados para paso de fluido a un colector o distribuidor común
138 situado próximo al suelo 220 de la trayectoria de gas 14, en
este caso por encima del suelo 220, mientras que la figura 38
ilustra una realización en la que el distribuidor 138 está situado
por debajo del suelo 220. Se ha de entender que el distribuidor
común puede estar realmente empotrado, parcial o totalmente, en el
suelo 220. Aunque más elaborado, este diseño permite drenar los
separadores 120, y la mezcla del fluido de enfriamiento procedente
de cada uno de los tubos de enfriamiento puede proporcionar otros
beneficios tales como la eliminación de desequilibrios de
temperatura debidos a la desigual absorción de calor por los tubos
de enfriamiento individuales 126. Además, el diseño ilustrado en la
figura 38 permite una mejor accesibilidad de cualesquiera
soldaduras de los tubos de enfriamiento 126 al distribuidor 138, si
es necesario.
Finalmente, la figura 39 es una vista en
perspectiva de todavía otra realización alternativa de un separador
de partículas del tipo de impacto individual 120, de viga en U, de
acuerdo con la presente invención, en el que una parte inferior 228
de cada uno de los tubos de enfriamiento 126 está provista de una
parte 250 de diámetro reducido para evitar la erosión de la parte
inferior 228. Esta realización utiliza una variación de los
conceptos empleados en la patente de Estados Unidos número
6.044.805, concedida a Walker y otros, titulada "Protección de
pared contra sólidos de flujo descendente", y en la solicitud
PCT WO 00/68615, incorporándose aquí como referencia el texto de
estas solicitudes, como se expone completamente en esta memoria. En
esas publicaciones, se utiliza una parte de diámetro reducido para
eliminar la discontinuidad normalmente existente en interfaces de
recintos de paredes y estructuras de tabiques. Sin embargo, como se
muestra en la figura 39, la parte inferior 228 de cada uno de los
tubos de enfriamiento 126 está provista de una parte o zona 250 de
diámetro reducido para evitar la erosión de la parte inferior 228 de
las vigas en U 120. Para realizar este cambio, el diámetro exterior
de cada tubo 126 está sesgado o estrechado hacia abajo como en 260
hasta un diámetro reducido. Según se requiera, como se explica en
las anteriormente citadas publicaciones U.S. 6.044.805 y WO
00/68615, está dispuesta una losa o placa refractaria conformada
270 en la transición 250 y se elimina la discontinuidad normalmente
existente donde sería aplicado refractario resistente a la erosión.
Debajo de la parte de diámetro reducido 250 puede estar también
dispuesto refractario 134 resistente a la erosión debajo del
extremo de cada viga en U 120.
Se apreciará así que cada separador de partículas
del tipo de impacto, de viga en U, puede estar compuesto de tubos
de enfriamiento que estén unidos entre sí para mantener los tubos
en posición unos con respecto a otros. En algunas realizaciones,
los tubos están unidos o conectados entre sí mediante una placa o
barra intermedia de alineación de tubos, soldada al menos
intermitentemente entre ellos y a lo largo de los tubos de
enfriamiento adyacentes para formar una estructura unitaria. Se
pueden utilizar placas deflectoras destinadas a dirigir partículas
sólidas recogidas de nuevo al elemento separador, similar a la
placa 152 de la figura 24, con cualquier realización de un separador
de partículas del tipo de impacto, individual, de viga en U. En
todas las realizaciones, es necesario proteger los tubos de
enfriamiento de los elementos separadores de partículas del tipo de
impacto contra la erosión y corrosión. Se pueden utilizar diversos
medios para proteger los tubos de la erosión; en algunos casos, se
utilizan piezas moldeadas de ajuste deslizante sobre los tubos de
enfriamiento; en otros materiales, tales como cerámicas o
refractarios, se unen a los tubos para protección contra la
erosión. Como se ha descrito anteriormente y se ilustra en las
figuras que forman parte de esta descripción, en algunas
realizaciones de la invención, las entrada y salida asociadas y
conexiones que conducen el fluido hacia y desde los tubos, se
consideran una característica importante de la invención. En algunos
casos, las conexiones de entrada y salida determinan el grado de
carácter modular por el cual pueden ser producidos los elementos
separadores de partículas del tipo de impacto, con lo que se aumenta
la velocidad de instalación en obra y se reducen los costes. En
otros casos, ciertas partes de tales conexiones forman y realizan
realmente las funciones de bandejas o deflectores utilizados en
relación con tales vigas en U para impedir que el gas se desvíe
alrededor de los extremos de los elementos separadores de
partículas del tipo de impacto. Se entenderá, naturalmente, que se
pueden emplear bandejas o deflectores convencionales de metal, no
enfriados, con cualquiera de las configuraciones anteriormente
citadas de la presente invención.
Aunque se han mostrado y descrito con detalle
realizaciones específicas de la invención para ilustrar la
aplicación de los principios de la invención, los expertos en la
técnica apreciarán que se pueden hacer cambios en la forma de la
invención cubiertos por las siguientes reivindicaciones, sin
apartarse de dichos principios. Por ejemplo, la presente invención
puede ser aplicada a una nueva construcción que implique reactores
o combustores de lecho fluidificado circulante, o a la sustitución,
reparación o modificación de reactores o combustores de lecho
fluidificado circulante existentes. En algunas realizaciones de la
invención, ciertas características de la invención pueden ser
utilizadas a veces de manera ventajosa sin una utilización
correspondiente de las otras características. Por lo tanto, todos
los citados cambios y realizaciones caen apropiadamente dentro del
alcance de las siguientes reivindicaciones.
Claims (38)
1. Un aparato para separar sólidos de gas de
combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB),
que comprende:
una pluralidad de separadores de partículas del
tipo de impacto, verticales, situados dentro de la caldera de CFB,
estando situados los separadores de partículas del tipo de impacto
de manera adyacente y separados horizontalmente entre sí en una
pluralidad de filas escalonadas, incluyendo cada separador de
partículas del tipo de impacto una pluralidad de tubos de
enfriamiento o refrigeración verticales para transportar un medio
de enfriamiento a través de ellos; y
una pluralidad de elementos de ajuste deslizante
que tienen aberturas que reciben y rodean los tubos de
enfriamiento, cooperando entre sí la pluralidad de elementos de
ajuste deslizante para formar un canal colector a lo largo de una
longitud de los tubos de enfriamiento, formado por paredes
laterales y una pared trasera, teniendo las paredes laterales y la
pared trasera una pluralidad de segmentos separados, alienados
verticalmente, que se extienden longitudinalmente a lo largo de la
altura del separador de partículas del tipo de impacto, estando
cada segmento alineado verticalmente conectado por sus extremos a
un segmento adyacente.
2. El aparato según la reivindicación 1, en el
que los segmentos adyacentes alineados verticalmente se encuentran
o unen en juntas de solape deslizante.
3. El aparato según la reivindicación 1, en el
que un primer extremo de las paredes laterales se solapa con un
segundo extremo de la pared trasera, y el primer extremo y el
segundo extremo se encuentran o unen en juntas de solape
deslizante.
4. El aparato según la reivindicación 1, en el
que la pluralidad de elementos de ajuste deslizante cooperan entre
sí para formar una pluralidad de separadores de partículas del tipo
de impacto, verticales, que tienen una forma de U, una forma de V,
una forma de W o alguna configuración cóncava o acopada similar en
sección transversal.
5. El aparato según la reivindicación 1, en el
que las paredes laterales y la pared trasera están compuestas
además de dos segmentos que tienen una sección transversal en forma
de L, teniendo los dos segmentos extremos que se solapan y que se
encuentran o unen en una junta de solape deslizante.
6. El aparato según la reivindicación 1, en el
que los elementos de ajuste deslizante están hechos de uno de entre
metal y cerámica.
7. Un aparato para separar sólidos del gas de
combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB),
que comprende: una pluralidad de separadores de partículas del tipo
de impacto, verticales, situados dentro de la caldera de CFB,
estando los separadores de partículas del tipo de impacto situados
de manera adyacente y separados entre sí horizontalmente en al
menos dos filas escalonadas, incluyendo cada separador de
partículas del tipo de impacto una pluralidad de tubos de
enfriamiento verticales para transportar un medio de enfriamiento a
través de ellos, estando la pluralidad de tubos de enfriamiento que
forman un separador de partículas del tipo de impacto individual
conectados entre sí para formar una estructura unitaria, y en el
que al menos uno de los tubos de enfriamiento de un separador de
partículas del tipo de impacto, individual, está doblado y dirigido
en una parte inferior del mismo para formar una bandeja para evitar
que el gas se desvíe alrededor de un extremo inferior del separador
de partículas del tipo de impacto.
8. El aparato según la reivindicación 7, en el
que los separadores de partículas del tipo de impacto, verticales,
tienen una forma de U, una forma de E, una forma de W o una forma
de V, o una configuración cóncava o acopada en sección
transversal.
9. El aparato según la reivindicación 7, en el
que la pluralidad de tubos de enfriamiento que forman un separador
de partículas del tipo de impacto, individual, están conectados
entre sí por una placa o barra intermedia de alineación de tubos,
soldada al menos intermitentemente entre ellos y a lo largo de los
tubos de enfriamiento adyacentes para formar la estructura
unitaria.
10. El aparato según la reivindicación 7, en el
que los tubos de enfriamiento de al menos dos filas están
conectados para paso de fluido, por partes superior e inferior de
los separadores de partículas del tipo de impacto, a un
distribuidor o colector común.
11. El aparato según la reivindicación 7, en el
que los tubos de enfriamiento de al menos dos filas están
conectados para paso de fluido, por partes superior e inferior de
los separadores de partículas del tipo de impacto, a distribuidores
o colectores separados.
12. El aparato según la reivindicación 7, en el
que los tubos de enfriamiento están provistos de medios resistentes
a la erosión que comprenden al menos uno de: una pluralidad de
salientes de espiga soldados a los tubos de enfriamiento y
cubiertos con un revestimiento de material refractario; losas
cerámicas; revestimientos de rociado metálicos o cerámicos; piezas
moldeadas metálicas o cerámicas; capa superpuesta de soldadura; y
pantallas protectoras.
13. Un aparato para separar sólidos de gas de
combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB),
que comprende: una pluralidad de separadores de partículas del tipo
de impacto, verticales, situados dentro de la caldera de CFB,
estando los separadores de partículas del tipo de impacto situados
de manera adyacente y separados entre sí horizontalmente en al
menos dos filas escalonadas, incluyendo cada separador de
partículas del tipo de impacto una pluralidad de tubos de
enfriamiento verticales para transportar un medio de enfriamiento a
través de ellos, estando la pluralidad de tubos de enfriamiento que
forman un separador de partículas del tipo de impacto, individual,
conectados entre sí para formar una estructura unitaria, y en el
que la pluralidad de tubos de enfriamiento que forman un separador
de partículas del tipo de impacto, individual, comprenden un
elemento colector en V.
14. El aparato según la reivindicación 13, en el
que el elemento colector en V tiene una primera parte que se
extiende en esencia paralelamente con respecto a la circulación de
gas de combustión y partículas sólidas cuando está en servicio, y
una segunda parte que está conectada a la primera parte y que se
extiende según un ángulo \theta con respecto a ella.
15. El aparato según la reivindicación 14, en el
que el ángulo \theta está dentro de un intervalo de
aproximadamente 10 a 90º.
16. El aparato según la reivindicación 14, que
comprende al menos una placa deflectora que se extiende entre las
partes primera y segunda.
17. El aparato según la reivindicación 14, en el
que las primeras partes de los elementos colectores en V de filas
subsiguientes están conectados conjuntamente para formar
trayectorias paralelas separadas para la circulación de
gas/sólidos.
18. El aparato según la reivindicación 13, en el
que el elemento colector en V tiene una primera parte que se
extiende en esencia paralelamente a una circulación de gas de
combustión y partículas sólidas cuando está en servicio, y una
segunda parte que está conectada a la primera parte y tiene una
forma que es una entre arqueada y segmentada.
19. El aparato según la reivindicación 13, en el
que los tubos de enfriamiento de al menos dos filas están conectado
para paso de fluido, por partes superior e inferior de los
separadores de partículas del tipo de impacto, a un distribuidor o
colectar común.
20. El aparato según la reivindicación 13, en el
que los tubos de enfriamiento de al menos dos filas están
conectados para paso de fluido, por partes superior e inferior de
los separadores de partículas del tipo de impacto, a distribuidores
o colectores separados.
21. El aparato según la reivindicación 13, en el
que los tubos de enfriamiento están provistos de medios resistentes
a la erosión que comprenden al menos uno de: una pluralidad de
salientes de espiga soldados a los tubos de enfriamiento y
cubiertos con un revestimiento de material refractario; losas
cerámicas; revestimientos de rociado metálicos o cerámicos; piezas
moldeadas metálicas o cerámicas, capas superpuestas de soldadura; y
pantalla de protección.
22. Un aparato para separar sólidos de gas de
combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (FB),
que comprende: una pluralidad de separadores de partículas del tipo
de impacto, verticales, situados dentro de una trayectoria de gas
de la caldera de CFB, estando los separadores de partículas del
tipo de impacto situados de manera adyacente y separados entre sí
horizontalmente en al menos dos filas escalonadas, incluyendo cada
separador de partículas del tipo de impacto una pluralidad de tubos
de enfriamiento verticales para transportar un medio de
enfriamiento a través de ellos, formando al menos tres tubos de
enfriamiento adyacentes cada lado de cada separador, estando la
pluralidad de tubos de enfriamiento que forman un separador de
partículas del tipo de impacto, individual, conectados entre sí
mediante una placa o barra intermedia de alineación de tubos
soldada al menos intermitentemente entre ellos y a lo largo de los
tubos de enfriamiento adyacentes para formar una estructura
unitaria, y en el que una temperatura máxima de la placa o barra de
alineación no excede de un límite de temperatura de oxidación del
material que constituye la barra de alma cuando está en
funcionamiento la caldera de CFB.
23. El aparato según la reivindicación 22, en el
que los extremos inferiores de los tubos de enfriamiento de al
menos dos filas se extienden próximos a un suelo situado
inmediatamente debajo de las filas escalonadas de separadores de
partículas del tipo de impacto y que forma la trayectoria de gas de
la caldera de CFB.
24. El aparato según la reivindicación 23, en el
que los extremos inferiores de tubos de enfriamiento adyacentes que
constituyen los separadores de partículas del tipo de impacto están
conectados entre sí para paso de fluido, formando codos o dobleces
de 180º.
25. El aparato según la reivindicación 23, en el
que los extremos inferiores de los tubos de enfriamiento que forman
lados opuestos de los separadores de partículas del tipo de impacto
están conectados entre sí para paso de fluido, formando codos de
180º.
26. El aparato según la reivindicación 23, en el
que los extremos inferiores de los tubos de enfriamiento que forman
un separador de partículas del tipo de impacto individual están
conectados para paso de fluido a un colector común situado en la
proximidad del suelo de la trayectoria de gas.
27. El aparato según la reivindicación 22, en el
que los tubos de enfriamiento están provistos de medios resistentes
a la erosión que comprenden al menos uno de: una pluralidad de
salientes de espiga soldados a los tubos de enfriamiento y
cubiertos con un revestimiento de refractario; losas cerámicas;
revestimientos de rociado metálicos o cerámicos; piezas moldeadas
metálicas o cerámicas; capas superpuestas de soldadura, y pantallas
protectoras.
28. El aparato según la reivindicación 22, que
comprende piezas moldeadas de deslizamiento que reciben y rodean la
pluralidad de tubos de enfriamiento verticales, teniendo cada una
de las piezas moldeadas de deslizamiento partes macho y hembra para
facilitar la alineación de piezas moldeadas adyacentes.
29. El aparato según la reivindicación 22, que
comprende piezas moldeadas atornilladas sobre los separadores de
partículas del tipo de impacto a través de placas o almas metálicas
intermedias de alineación de tubos que mantienen los tubos de
enfriamiento adyacentes entre sí.
30. Un aparato para separar sólidos de gas de
combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB),
que comprende: una pluralidad de separadores de partículas del tipo
de impacto, verticales, dentro de la caldera de CFB, estando los
separadores de partículas del tipo de impacto situados de manera
adyacente y separados entre sí horizontalmente en al menos dos
filas escalonadas, incluyendo cada separador de partículas del tipo
de impacto una pluralidad de tubos de enfriamiento verticales para
transportar medios de enfriamiento a través de ellos, estando la
pluralidad de tubos de enfriamiento que forman un separador de
partículas del tipo de impacto, individual, conectados entre sí
para formar una estructura unitaria, y en el que la pluralidad de
tubos de enfriamiento que forman un separador de partículas del tipo
de impacto, individual, comprenden un elemento colector en V que
incluye aletas soldadas a los tubos enfriados a intervalos
regulares para proporcionar una trayectoria tortuosa para la
circulación entrante de gas de combustión/sólidos.
31. El aparato según la reivindicación 30, en el
que la pluralidad de tubos de enfriamiento verticales están
provistos de una construcción resistente a la erosión que comprende
al menos uno de: una pluralidad de salientes de espiga soldados a
los tubos de enfriamiento y cubiertos con un revestimiento de
material refractario; losas cerámicas; revestimiento de rociados
metálicos o cerámicos; piezas moldeadas metálicas o cerámicas; capa
superpuesta de soldadura; y pantallas protectoras.
32. Un aparato para separar sólidos de gas de
combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB),
que comprende: una pluralidad de separadores de partículas del tipo
de impacto verticales, situados dentro de la caldera de CFB,
estando los separadores de partículas del tipo de impacto situados
de manera adyacente y separados entre sí horizontalmente en al
menos dos filas escalonadas, incluyendo cada separador de
partículas del tipo de impacto una pluralidad de elementos de
tubería rectangular, verticales, para transportar un medio de
enfriamiento a través de ellos, estando los elementos de tubería
rectangulares soldados entre sí para formar una estructura
unitaria.
33. Un aparato para separar sólidos de gas de
combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB),
que comprende: una pluralidad de separadores de partículas del tipo
de impacto, verticales, situados dentro de una trayectoria de gas
de la caldera de CFB, estando los separadores de partículas del
tipo de impacto situados de manera adyacente y separados entre sí
horizontalmente en al menos dos filas escalonadas, incluyendo cada
separador de partículas del tipo de impacto una pluralidad de tubos
de enfriamiento verticales para transportar un medio de
enfriamiento a través de ellos, y en el que la pluralidad de tubos
de enfriamiento que forman un separador de partículas del tipo de
impacto, individual, son tubos en omega conectados entre sí para
formar una estructura
unitaria.
unitaria.
34. Un aparato para separar sólidos de gas de
combustión en una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB),
que comprende: una pluralidad de separadores de partículas del tipo
de impacto, verticales, situados dentro de una trayectoria de gas
de la caldera de CFB, estando los separadores de partículas del
tipo de impacto situados de manera adyacente y separados entre sí
horizontalmente en al menos dos filas escalonadas, incluyendo cada
separador de partículas del tipo de impacto una pluralidad de tubos
de enfriamiento verticales para transportar un medio de
enfriamiento a través de ellos, formando al menos tres tubos de
enfriamiento cada lado de cada separador, estando la pluralidad de
tubos de enfriamiento que forman un separador de partículas del
tipo de impacto, individual, conectados entre sí para formar una
estructura unitaria, y en el que la parte inferior de cada uno de
los tubos de enfriamiento está provista de una zona de diámetro
reducido para evitar la erosión de la parte inferior.
35. El aparato según la reivindicación 34, que
comprende losas conformadas que cubren la parte de diámetro
reducido de cada uno de los tubos de enfriamiento para proteger
dicha parte contra la erosión.
36. El aparato según la reivindicación 35, que
comprende un material refractario resistente a la erosión en la
zona de la parte inferior de los tubos de enfriamiento situada por
debajo de la parte de diámetro reducido.
37. El aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 1, 7, 22, 30, 32, 33 y 34, que comprende al menos
una placa deflectora que se extiende entre los lados de cada
elemento separador.
38. El aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 1, 13, 22, 30, 32, 33 y 34, que comprendo una
bandeja o deflector en la parte inferior de los separadores de
partículas del tipo de impacto para evitar que gases de combustión
y partículas arrastradas se desvíen de los separadores de
partículas del tipo de impacto.
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