ES2222023T3 - Generador de vapor para vapor recalentado para instalaciones de combustion con gases de humo corrosivos. - Google Patents
Generador de vapor para vapor recalentado para instalaciones de combustion con gases de humo corrosivos.Info
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Abstract
Un generador de vapor para vapor sobrecalentado para instalaciones de combustión especialmente para residuos tiene entre placas y la pared interior adyacente de la parte de radiación del generador una cámara que contiene una atmósfera gaseosa no corrosiva. El generador de vapor comprende una parte de radiación (2) con cámara de combustión (3) y una parte de convección (5). Se prevé una cámara (12) entre las placas (10) y la pared interior adyacente (9) de la parte de radiación y contiene una atmósfera gaseosa no corrosiva (3) que tiene una presión superior a la presión de los gases en la cámara de combustión. Las placas están hechas de un material inorgánico no metálico y tienen sobre su cara orientad a los conductos del recalentador rebordes que encierran los conductos al menos parcialmente.
Description
Generador de vapor para vapor recalentado para
instalaciones de combustión con gases de humo corrosivos.
La invención se refiere al campo del tratamiento
térmico de basura, basura especial o lodo de clarificación. Se
refiere a un generador de vapor para vapor recalentado para
instalaciones de combustión con gases de humo corrosivos.
Esencialmente, está constituido por una parte de radiación con al
menos una cámara de combustión y una parte de convección, con al
menos un recalentador y con placas que están dispuestas en el
interior en al menos una pared de la pared de la parte de
radiación, estando previsto entre las placas y la pared de la parte
de radiación un especial, y estando dispuesta al menos una parte del
recalentador como recalentador de pared en este especio.
Pertenece al estado de la técnica conocido
aplicar calderas de vapor para instalaciones de combustión de
basura, empleando con preferencia calderas de circulación natural,
pero también calderas de circulación forzada o calderas de paso
forzado.
Actualmente se emplean como calderas para las
instalaciones de combustión de basuras en los países del centro de
Europa con preferencia calderas en las que el gas que circula desde
la cámara de combustión fluye a través de un primer tramo vacío con
circulación descendente a un segundo tramo vacío con circulación
ascendente y a continuación en un tramo múltiple horizontal (parte
de convección). Se conocen también calderas de basura, en las que
los gases circulan, después de fluir a través de la cámara de
combustión, directamente al tramo de convención horizontal. Además
de estas calderas de tapa convencionales, se conocen también
generadores de vapor verticales para instalaciones de combustión de
basura, en las que la parte de convección está dispuesta vertical y
que están realizadas la mayoría de las veces en tipo de
construcciones de 3 ó 4 tramos (K. J. Thermische Abfallbehandlung,
EF Verlag für Energie- und Umwelttechnik GMBH, 1994, páginas
390-402).
En estas calderas de basura conocidas, en la
parte de convención están alojados evaporadores, recalentadores
finales, recalentadores y economizadores en esta secuencia. Esta
disposición se aplica especialmente para los parámetros típicos del
vapor de 40 bares, 400ºC. El recalentador está expuesto a
temperaturas del gas relativamente bajas por razones de corrosión
(<650ºC) y, por lo tanto, debe estar diseñado también
grande.
En estas calderas se produce corrosión de una
manera desfavorable en los recalentadores finales a temperaturas de
la pared por encima de 350ºC, porque las impurezas arrastradas por
el gas de escape son pastosas en los tubos a alta temperatura y
conducen a incrustaciones y a contaminaciones. Una temperatura del
vapor por encima de 400ºC sería deseable con relación a la
generación de electricidad, pero choca, en efecto, con el problema
de la corrosión.
Para proteger las paredes de la cámara de
combustión de las instalaciones de combustión de basura frente a los
gases corrosivos, se aplican, como se conoce, placas o masas
apisonadas, por ejemplo, de carburo de silicio, con buena
conductividad de calor sobre las paredes de la cámara de combustión.
Estas placas, se realizan en parte también con un espacio entre las
placas y la pared del tubo. Este espacio, que contiene una
atmósfera de gas no corrosivo, impide la corrosión de los tubos de
la pared a través de gases, que se pueden difundir a través del
apisonamiento.
Además, se conocen calderas de centrales
elé4ctricas quemadas con carbón con recalentadores de pared de acero
resistente a la corrosión que, por una parte, absorben calor para
el recalentador a altas temperaturas y, por otra parte, protegen la
pared de la caldera hermética al gas de acero de baja aleación
frente a las temperaturas demasiado altas (W. Stiefel, M. Carabetti:
"Design and Engineering of the 200-MW Lignite
Boiler Plants Sostanj 4 and Yuan Bao Shan", Sulzer Technical
Review (1978), Nº 2, páginas 48-57).
El inconveniente de esta solución constructiva
consiste en que debe emplearse acero de alta aleación y, por lo
tanto, muy caro para los recalentadores de la pared.
Se conoce por el documento DE 496 575 un
revestimiento para cámaras de combustión, en el que las paredes de
la cámara están cubiertas en el lado interior hacia la combustión
con pantallas metálicas de pared fina, permeables al calor y
resistentes al calor dispuestas a distancia. Las paredes de la
cámara de combustión cubiertas con superficies calefactoras deben
protegerse de esta manera frente a temperaturas demasiado altas. El
calor absorbido por las pantallas metálicas es disipado a través de
gases fríos, que circulan por detrás de las pantallas, que son
insuflados por medio de un ventilador.
En el documento DE 458 032 se calienta un
recalentador configurado como recalentador de pared por el calor de
radiación de la cámara de combustión, estando dispuesta una pared
fija de ladrillos refractarios entre el recalentador y la cámara de
combustión. Alrededor del recalentador circula una corriente de
aire adicional y la pared de separación tiene orificios grandes para
la salida del aire adicional. El objetivo es conseguir una
regulación de la temperatura del recalentador a través de la
refrigeración de los tubos del recalentador. No se pretende una
protección contra la corrosión y solamente funciona de forma
indirecta, mientras circula el aire.
La invención trata de evitar los inconvenientes
mencionados del estado de la técnica. Tiene el cometido de crear un
generador de vapor para vapor recalentado para instalaciones de
combustión con gases de humo corrosivos, en el que se puede
alcanzar una temperatura alta de recalentador sin corrosión en el
recalentador final, de manera que el recalentador se puede fabricar
de material económico. El recalentador debe absorber la mayor
cantidad de calor posible por área del recalentador. Además,
también las calderas ya existentes deben poder transformarse
relativamente sin problemas.
Según la invención, esto se consigue en un
generador de vapor según el preámbulo de la reivindicación 1 de la
patente porque las placas (están constituidas por un material
inorgánico no metálico, porque la atmósfera de gas circula en la
menor cantidad posible a través del espacio y porque la presión en
el espacio es al menos 0,2 mbares mayor que en la cámara de
combustión.
Las ventajas de la invención consisten en que en
el generador de vapor según la invención se puede ajustar una
temperatura alta del recalentador, siendo suprimidas en gran medida
las influencias de la corrosión. Se reduce la superficie total
necesaria del recalentador. Puesto que al menos una parte del
recalentador está expuesta a la radiación, se mejora, además, el
comportamiento de la carga parcial del generador de vapor. Debido a
la presión elevada en el espacio, en el que está dispuesto el
recalentador de pared, y a la ausencia de orificios en las placas o
bien a la presencia solamente de orificios pequeños (< 1% de la
superficie de la pared), se asegura que no pueda penetrar ningún gas
desde la cámara de combustión en el espacio con la atmósfera no
corrosiva. Las placas de un material inorgánico no metálico
incrementan la cantidad de vapor, que se transmite a los tubos del
recalentador.
Es ventajoso que el espacio sea atravesado con la
cantidad de gas más reducida posible, con preferencia aire, que es
precalentado, porque de esta manera se eliminan por aclarado los
gases corrosivos, que están difundidos a través de las placas. Por
otra parte, no tiene lugar ninguna refrigeración no deseada de los
tubos.
Cuando las placas presentan nervaduras en su lado
que está dirigido hacia los tubos del recalentador, las cuales
rodean al menos parcialmente los tubos de recalentador, se
incrementa de esta manera también la cantidad de calor, que se
puede transmitir a los tubos de recalentador.
Es especialmente conveniente que la pared de la
parte de radiación sea una unión de tubo - nervadura - tubo, que
está configurada como evaporador, puesto que de esta manera se
garantiza la hermeticidad al gas sin problemas de dilatación.
Además, es ventajoso que solamente el
recalentador final o solamente la parte más caliente del
recalentador final esté dispuesta como recalentador de pared en el
espacio con atmósfera no corrosiva en la parte de radiación, porque
en estas partes del recalentador, en virtud de las altas
temperaturas, se plantearían amplificados los problemas de
corrosión descritos si no se aplicasen contramedidas. A través del
tendido del recalentador final en la parte de radiación, por
ejemplo la cámara de combustión, se reduce la superficie
calefactora en el tramo de convección, por lo que se incorpora una
superficie calefactora adicional de evaporador en el tramo de
convección. Esta superficie calefactora del evaporador que se
incorpora adicionalmente es menor que en el caso en el que, como es
igualmente posible, todo el recalentador está dispuesto como
recalentador de pared en el espacio con la atmósfera no corrosiva
entre la pared y las placas, para mantener constante la cantidad de
calor que se extrae de los gases de humo.
Además, es conveniente que el recalentador de
pared esté dispuesto en todas las cuatro paredes de la parte de
radiación, por ejemplo de la cámara de combustión, porque entonces
la altura del recalentador de pared es mínima. Pero también es
ventajoso que el recalentador de pared esté dispuesto solamente en
una parte de las paredes de la parte de radiación, porque esta
solución constructiva es más sencilla, dado que se pueden eludir
los problemas de las diferencias de dilatación en las esquinas.
Además, es ventajoso que la altura del espacio
ventilado desde atrás sea esencialmente mayor que la altura de
recalentador de pared. De esta manera se protege adicionalmente una
superficie mayor de la
pared del evaporador.
pared del evaporador.
Es conveniente que el recalentador de pared esté
constituido por tubos individuales que están colocados superpuestos
en un plano, que se pueden dilatar libremente unos con respecto a
otros, estando dispuestos el colector de entrada y el colector de
salida perpendicularmente fuera de la parte de radiación, estando
asegurada la fijación de las placas y la fijación de los tubos del
recalentador por medio de un elemento común y estando realizados los
tubos del recalentador de pared de acero de construcción de
calderas de baja aleación. Ésta es una construcción relativamente
sencilla y de coste favorable.
Se consigue otra ventaja a través de la
disposición de una capa de aislamiento entre la pared de la parte de
radiación y los tubos del recalentador de pared, estando provista
la capa de aislamiento, sobre el lado dirigido hacia el
recalentador de pared, con una superficie reflectante de calor. De
esta manera, se consigue que se transmita la menor cantidad posible
de calor desde los tubos del recalentados a la pared del
recalentador.
Otras configuraciones ventajosas de la invención
están contenidas en las reivindicaciones dependientes.
En el dibujo se representan dos ejemplos de
realización de la invención con la ayuda de un generador de vapor
con dos tramos vacíos verticales y un tramo múltiple horizontal de
convección, que se emplea para la combustión de basura.
En este caso:
La figura 1 muestra una sección longitudinal
parcial esquemática del generador de vapor según la invención.
La figura 2 muestra un detalle ampliado de la
figura 1 en la zona del recalentador de pared en una primera forma
de realización de la invención.
La figura 3 muestra un detalle ampliado de la
figura 1 en la zona del recalentador de pared en una segunda forma
de realización de la invención.
Solamente se muestran los elementos esenciales
para la comprensión de la invención. La dirección de la circulación
de los medios está designada con flechas.
A continuación se explica en detalle la invención
con la ayuda de ejemplos de realización y de las figuras 1 a 3.
La figura 1 muestra una sección longitudinal
parcial esquemática del generador de vapor 1 según la invención, que
se emplea para el tratamiento térmico de basura. En la figura 2 se
representa un detalle ampliado de la figura 1. Para la mejor
comprensión de la invención se utilizan al mismo tiempo las dos
figuras.
El generador de vapor 1 es una caldera de tapa y
está constituido esencialmente por una parte de radiación 2 con una
cámara de combustión 3 y dos tramos vacíos verticales 4 y por una
parte de convección horizontal 5, en la que están dispuestas las
superficies calefactoras para el economizador 6, el evaporador 7 y
el recalentador 8. Para proteger la pared de la cámara de combustión
9 frente a los gases corrosivos, están dispuestas en la pared de la
cámara de combustión 9 dentro de la cámara de combustión 3 placas
10 que están fijadas en la pared 9 por medio de elementos de
soporte 11 de las placas. Las placas 10 están constituidas por
material cerámico. La pared de la cámara de combustión 9 está
configurada como unión de tubo - nervadura - tubo y forma una
envoltura hermética al gas. Sirve como evaporador.
Las placas 10 no están colocadas directamente
sobre la pared 9, de manera que entre la pared 9 y las placas 10 se
extiende un espacio 12. este espacio 12 presenta una atmósfera de
gas 13 con corrosivo, que está casi en reposo. El espacio 12 puede
ser recorrido también por una corriente de gas desde arriba hacia
abajo, en este caso de aire, que es precalentado fuera del espacio
12 por medio de una instalación calefactora 14, tal como se
representa en la figura 1. Pero en este caso debería circular la
menor cantidad posible de aire 13 a través del espacio 12. Después
de la circulación del aire a través del espacio 12, el aire 13 sale
a la cámara de combustión 3. En la parte superior del espacio 12
está dispuesto el recalentador final del generador de vapor 1 como
recalentador de pared 15 entre las placas 10 y la pared del tubo 3.
La transmisión de calor a los tubos del recalentador se realiza en
gran parte a través de radiación de las placas calientes 10.
Es interesante que la cantidad de aire, que fluye
a través del espacio libre de corrosión, sea lo más reducido
posible, puesto que entonces se extrae de nuevo menos calor de los
tubos del recalentador. Por este motivo, los orificios de salida
para el gas 13 deben ser lo más pequeños posible o bien no deben
estar presentes. Incluso sin orificio de salida para el gas, en
presencia de una sobrepresión, circulará siempre todavía gas,
puesto que las placas no son absolutamente herméticas
(intersticios, grietas, poros, etc.). Si están presentes orificios
de salida, entonces éstos deben desembocar en la cámara de
combustión.
A través de la presión del gas elevada en el
espacio 12, que debe ser con preferencia al menos 0,2 mbares más
alta que en la cámara de combustión 3, se garantiza que no lleguen
gases de humo corrosivos desde la cámara de combustión 3 al espacio
12.
El recalentador de pared 15 está constituido por
tubos individuales 16, que están dispuestos unos debajo de toros en
un plano. Se pueden dilatar libremente unos con respecto a los
otros. El recalentador de pared 15 está dispuesto en este ejemplo
de realización en todas las cuatro paredes de la cámara de
combustión 9. En otros ejemplos de realización, puede estar montado
evidentemente también sólo en una parte de las paredes 9. El
recalentador final (recalentador de pared 15) se encuentra en el
lado de vapor después de la última inyección.
A través del tendido del recalentador final 15 en
la cámara de combustión 3 se reduce la superficie calefactora en la
parte de convección 5 del generador de vapor 1. Para refrigerar los
gases a pesar de todo a la temperatura final deseada, se monta en
el tramo de convección 5 una superficie adicional de evaporador.
Pero la superficie total del evaporador de vapor 1 es menor, puesto
que una parte del recalentador, saber, el recalentador de pared 15,
está expuesta a la radiación. Por lo tanto, se mejora también el
comportamiento de la carga parcial de la caldera. Pero al menos una
parte del recalentador 8 está dispuesta en la parte de convección 5
del generador de vapor 1.
Los colectores de entrada y de salida no
mostrados en las figuras 1 y 2, respectivamente, están dispuestos
perpendicularmente fuera de la cámara de combustión 3, estando el
colector de encima por encima del colector de salida, de manera que
se consigue una buena capacidad de vaciado. La fijación de los
tubos 16 se realiza al mismo tiempo que la fijación de las placas 10
suspendidas por medio de los elementos comunes 11.
Los tubos 16 son protegidos por medio de las
placas 10 frente a la corrosión por gases de humo, que circulan a
través de la cámara de combustión 3, puesto que dentro del espacio
12 no predomina ninguna atmósfera de gas corrosivo, sino que el
espacio 12 y, por lo tanto, también los tubos 16 son aclarados
solamente por aire precalentado. Por lo tanto, no tiene lugar
ninguna formación de escoria en el lado del gas de humo de los
tubos más calientes del recalentador 16. Por lo tanto, es posible
sin problemas fabricar los tubos 16 del recalentador de pared 15
también para el empleo con parámetros de alto vapor de acero de
fabricación de calderas económico normal, lo que repercute de
manera favorable sobre los costes totales de la instalación.
Para evitar que fluya la menor cantidad posible
de vapor desde los tubos del recalentador 16 sobre la pared del
evaporador 9, entre el recalentador de pared 15 y la pared de la
caldera 9 está dispuesta una capa de aislamiento 17. Esta capa 17
está provista sobre el lado que está dirigido hacia el recalentador
de pared 15 con una superficie 18 reflectante de calor.
Con la invención es posible conseguir
temperaturas altas del recalentador sin corrosión en el recalentador
final.
La solución según la invención no sólo se puede
llevar a la práctica en la construcción de calderas de basura
nuevas, sino que se puede aplicar también en la transformación de
las calderas existentes. Además, se puede emplear para la
combustión de lodo de clarificación o para la combustión de basura
especial.
La figura 3 muestra un detalle ampliado de la
figura 1 en la zona del recalentador de pared en una segunda forma
de realización de la invención. Esta forma de realización se
diferencia dela forma de realización ya descrita solamente porque
las placas 10 presentan nervaduras 19 en su lado que está dirigido
hacia los tubos del recalentador 8, las cuales rodean al menos
parcialmente los tubos del recalentador 8. Esto tiene la ventaja de
que en virtud de la superficie mayor, se incrementa la cantidad de
calor transmitida a los tubos del recalentador.
Evidentemente, la invención no está limitada al
ejemplo de realización descrito. Así, por ejemplo, es posible
colocar no sólo el recalentador final sino todo el recalentador
como recalentador de pared 15 en el espacio 12 entre la pared del
tubo 9 y las placas 10. El espacio 12 puede ser recorrido en una
medida insignificante por una corriente de aire o de otro gas, o
con preferencia no está recorrido por ninguna
corriente.
corriente.
Además, es posible no disponer en el espacio 12
todo el recalentador final, sino solamente una parte, con
preferencia la última parte más caliente del recalentador
final.
El revestimiento de la cámara de combustión puede
estar constituido en lugar de por placas 10 también por masa
apisonada o por otro material resistente a la corrosión en estas
condiciones.
Evidentemente, el recalentador 8 configurado como
recalentador de pared 15 puede estar dispuesto también, en lugar de
la cámara de combustión 3, en un tramo vacío 4 de la parte de
radiación 2.
El generador de vapor se puede aplicar también
para otros tipos de caldera, cuando se necesita una protección del
recalentador debido a la atmósfera corrosiva.
- 1
- Generador de vapor
- 2
- Parte de radiación
- 3
- Cámara de combustión
- 4
- Tramo vacío
- 5
- Parte de convección
- 6
- Economizador
- 7
- Evaporador
- 8
- Recalentador
- 9
- Pared de la posición 2
- 10
- Placa
- 11
- Elementos de soporte para la posición 10
- 12
- Espacio entre la posición 9 y la posición 10
- 13
- Gas
- 14
- Instalación de calefacción
- 15
- Recalentador de pared
- 16
- Tubo de la posición 15
- 17
- Capa de aislamiento
- 18
- Superficie reflectante
Claims (13)
1. Generador de vapor (1) para vapor recalentado
para instalaciones de combustión con gases de humo corrosivos, que
está constituido esencialmente por una parte de radiación (2) con
al menos una cámara de combustión (3) y una parte de convección (5)
con al menos un recalentador (8) y con placas (10) que están
dispuestas en el interior en al menos una pared (9) de la parte de
radiación (2), estando previsto entre las placas (10) y la pared
(9) de la parte de radiación (2) un espacio (12), y estando
dispuesta al menos una parte del recalentador (8) como recalentador
de pared (15) en el espacio (12), conteniendo el espacio (12) una
atmósfera (13) de gas no corrosivo, que presenta una presión más
elevada que la presión de los gases en la cámara de combustión (3),
caracterizado porque las placas (10) están constituidas por
un material inorgánico no metálico, porque la atmósfera de gas (13)
circula en la menor cantidad posible a través del espacio (12) y
porque la presión en el espacio (12) es al menos 0,2 mbares mayor
que en la cámara de combustión (3).
2. Generador de vapor según la reivindicación 1,
caracterizado porque la atmósfera de gas (13) está
precalentada.
3. Generador de gas según la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque las placas (10) presentan en su lado
dirigido hacia los tubos del recalentador (8) nervaduras (19), que
rodean al menos parcialmente los tubos del recalentador (8).
4. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la parte de
convección (5) contiene una parte del recalentador (8).
5. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la pared (9) es
una conexión de tubo - nervadura - tubo hermética al gas y está
configurada como evaporador (3).
6. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque solamente el
recalentador extremo o solamente la parte más caliente del
recalentador extremo están dispuestos como recalentador de pared
(15) en el espacio (12) en la parte de radiación (2).
7. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el recalentador
de pared (15) está dispuesto en todas las cuatro paredes (9) de la
parte de radiación (2).
8. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la altura del
espacio (12) es esencialmente mayor que la altura del recalentador
de pared (15).
9. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el recalentador
de pared (15) está constituido por tubos (16) individuales que
están colocados superpuestos en un plano, que se pueden dilatar
libremente unos con respecto a otros, estando dispuestos el
colector de entrada y el colector de salida verticalmente fuera de
la parte de radiación (2).
10. Generador de vapor según la reivindicación 9,
caracterizado porque los tubos (16) del recalentador de
pared (15) están constituidos por acero de construcción de calderas
de baja aleación.
11. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los tubos (16)
del recalentador de pared (15) y las placas (10) que están
dispuestas en el interior de la pared (9), están fijadas en un
elemento común de soporte de las placas (11).
12. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque entre la pared
(9) y los tubos (16) del recalentador de pared (15) está dispuesta
una capa de aislamiento (17), que está provista con preferencia con
una superficie (18) reflectante al calor sobre el lado que está
dirigido al recalentador de pared (15).
13. Generador de vapor según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el generador
de vapor (1) es utilizado en instalaciones para la combustión de
basura, basura especial o lodo de clarificación.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98810816 | 1998-08-20 | ||
| EP98810816 | 1998-08-20 | ||
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|---|---|
| ES2222023T3 true ES2222023T3 (es) | 2005-01-16 |
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| ES99810564T Expired - Lifetime ES2222023T3 (es) | 1998-08-20 | 1999-07-01 | Generador de vapor para vapor recalentado para instalaciones de combustion con gases de humo corrosivos. |
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