ES2223734T3 - Sistema y procedimiento para la retirada de gas de una corriente de una mezcla de gas y solidos en particulas. - Google Patents
Sistema y procedimiento para la retirada de gas de una corriente de una mezcla de gas y solidos en particulas.Info
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Abstract
Sistema para eliminar un gas desde una corriente de una mezcla de gas y sólidos en partículas, comprendiendo dicho sistema: un recipiente de separación que tiene - una sección de extremidad corriente arriba y una sección de sombrerete corriente abajo, teniendo la sección de extremidad corriente arriba una entrada para introducir la corriente, de modo tangencial, dentro del recipiente para separar por la fuerza centrífuga de la corriente: (i) una parte rica, que comprende una mezcla rica en sólidos, que pasa a lo largo de un recorrido helicoidal al nivel de una parte anular exterior del recipiente de separación hacia la sección de sombrerete y (ii) una parte pobre, que comprende una mezcla pobre en sólidos, que pasa a lo largo de un recorrido helicoidal al nivel de una parte interior del recipiente de separación a la sección de sombrerete; - múltiples orificios de acceso de acceso a través de los cuales la parte rica pasa axialmente a través de la sección de sombrerete para ser descargada axialmente desde el recipiente de separación y - múltiples pasos entre los orificios de acceso de acceso a través de los cuales la parte rica avanza radialmente hacia fuera para descargarse desde el recipiente de separación, estando el sistema caracterizado porque los múltiples orificios de acceso están deformados helicoidalmente, de modo que la parte rica no pierde, de manera significativa, su cantidad de movimiento mientras avanza a través de la sección de sombrerete.
Description
Sistema y procedimiento para la retirada de gas
de una corriente de una mezcla de gas y sólidos en partículas.
La presente invención se refiere a un sistema y
procedimiento para eliminar gas desde una corriente de una mezcla de
gas y sólidos en partículas. La invención es aplicable especialmente
para eliminar aire desde una corriente de carbón pulverizado y aire,
que se va a inyectar en un horno de carbón pulverizado.
Para su uso en hornos de carbón pulverizado, el
carbón se pulveriza habitualmente en un molino hasta quedar en
estado de partículas y después se descarga en el horno, suspendido
en el aire. Se suele utilizar el mismo aire para pulverizar el
carbón, secar el carbón, transportar el carbón a un quemador y, por
último, para inyectar el carbón en la cámara de combustión del
horno. Este aire se denomina habitualmente "aire primario". La
cantidad de aire primario utilizada para inyectar el carbón en la
cámara de combustión es una variable importante en relación con el
rendimiento de ignición y combustión del carbón. No obstante, la
cantidad de aire no es variable generalmente debido a los requisitos
de pulverización, secado y transporte adecuados del carbón. En
consecuencia, no se obtiene normalmente el porcentaje de aire
primario en el carbón que tenga como resultado un rendimiento de
ignición y combustión óptima salvo que se controle la cantidad aire
separadamente, antes del quemador.
Cuando se queman combustibles de baja
volatilidad, como la antracita, que no son fácilmente inflamables,
puede ser necesaria una disminución en el porcentaje aire
primario-carbón para una ignición y combustión
eficientes. En particular, es necesario disponer medios para
eliminar el exceso de aire primario cuando se cambia el combustible
a un carbón más difícil de quemar. También, la combustión de cargas
reducidas puede requerir una disminución en la cantidad de aire
primario inyectado a la cámara de combustión para compensar la
disminución del combustible.
La idea de disponer un separador centrífugo sobre
un quemador vertical con el objeto de controlar la concentración de
combustible enviada al horno se revela en la Patente de los EE.UU.
núm. 2.118.600. La Patente de los EE.UU. núm. 4.412.498 muestra un
ciclón externo para su uso en cargas reducidas para separar una
mayor cantidad de aire desde una mezcla de
carbón-aire y producir una corriente rica en carbón
que se enviará al horno a través de un paso anular en una relación
coaxial con la boquilla interior. Los separadores de ciclón son
construcciones complejas y caras que, particularmente cuando se
utilizan con quemadores horizontales, pueden dar lugar a problemas
relacionados con el transporte de la corriente densa al
quemador.
También, se han sugerido muchas otras soluciones
para eliminar aire desde una corriente carbón-aire.
La Patente de los EE.UU. núm. 4.497.263 se refiere a un quemador con
una parte interior cónica en celosía para aumentar la concentración
de carbón de la corriente interna. La Patente de los EE.UU. núm.
4.448.135 sugiere que se disponga un conducto de extracción, situado
corriente abajo de una sección acodada en un quemador, para retirar
una parte pobre en carbón de la corriente de aire de carbón. La
Patente de los EE.UU. núm. 5.090.339 muestra una tobera de cuello,
situada inmediatamente corriente arriba de una parte de manguito,
dirigiendo así una corriente rica en carbón a la sección central de
un quemador. Estos tipos de construcciones pueden sufrir pérdidas de
alta presión y/o tener un bajo rendimiento de separación.
La publicación de la patente japonesa número
60-194208 se refiere a una disposición en la que una
mezcla de carbón-aire se introduce de modo
tangencial en un espacio anular de un quemador horizontal, en el que
las partes ricas en carbón y pobres en carbón se dividen mediante
fuerza centrífuga en particiones separadas en sentido radial. La
parte pobre en carbón se dirige luego a una parte de conmutación del
quemador, situada dentro de la caja del viento, a través de
estrechos canales desde el interior de la parte rica en carbón al
exterior de la misma, para que se mezcle con aire secundario. En
esta construcción, ambas partes de la mezcla
carbón-aire se estratifican en la misma zona de
combustión. Además, cuando se utiliza esta construcción, la
corriente rica en carbón puede ser interrumpida por los canales de
la corriente pobre en carbón y existe una pérdida de presión
considerable y no controlable de la corriente pobre en carbón, que
limita la cantidad de aire que se separa de la corriente rica en
carbón.
Es objeto de la presente invención proporcionar
un sistema y procedimiento para eliminar un gas de una corriente de
mezcla de gas y sólidos en partículas.
En particular, es objeto de la presente invención
proporcionar un sistema y procedimiento para eliminar un gas de una
corriente de una mezcla de gas y sólidos en partículas sin producir
el estancamiento de los sólidos o cualesquiera caídas importantes de
presión en la corriente.
También, es objeto de la presente invención
proporcionar un sistema y procedimiento para un horno de fuego de
carbón pulverizado en el que pueda aumentarse eficientemente la
concentración de una corriente de carbón-aire que
debe inyectarse en el horno.
Además, es objeto de la presente invención
proporcionar un sistema y procedimiento para un horno de fuego de
combustible pulverizado en el que pueda retirarse de una corriente
de combustible-aire una cantidad controlable de
exceso de aire, corriente arriba de un quemador, utilizando un
dispositivo simple.
Con el fin de conseguir estos y otros objetos, la
presente invención proporciona un sistema para eliminar un gas desde
una corriente de una mezcla de gas y sólidos en partículas. El
sistema comprende un recipiente de separación que tiene una parte de
extremidad situada corriente arriba y una sección de sombrerete
situada corriente abajo, teniendo la parte de extremidad corriente
arriba una entrada para introducir la corriente de modo tangencial
dentro del recipiente de modo que separe de la corriente por fuerza
centrífuga (i) una parte rica que comprende una mezcla rica en
sólidos, que pasa a lo largo de un recorrido helicoidal en una parte
anular exterior del recipiente de separación a la sección de
sombrerete y (ii) una parte pobre, que comprende una mezcla pobre en
sólidos, que pasa a lo largo de un recorrido helicoidal en una parte
interna del recipiente de separación a la sección de sombrerete;
múltiples orificios de acceso helicoidales a través de los cuales la
parte rica pasa axialmente a través de la sección de sombrerete, sin
perder significativamente su impulso, para ser descargada axialmente
desde el recipiente de separación y múltiples pasos entre los
orificios de acceso helicoidales a través de los cuales la parte
pobre pasa radialmente hacia el exterior para ser descargada desde
el recipiente de separación.
En otro aspecto, la presente invención
proporciona un procedimiento para eliminar un gas desde una
corriente de una mezcla de gas y sólidos en partículas, que
comprende los pasos de introducir la corriente de modo tangencial en
un recipiente de separación, a través de una entrada en una parte de
extremidad corriente arriba del recipiente; separar por fuerza
centrífuga desde la corriente una parte rica, que comprende una
mezcla rica en sólidos; permitir a la parte rica pasar a lo largo
del recorrido helicoidal en una parte anular exterior del recipiente
de separación, a una
sección de sombrerete en una parte de extremidad situada corriente abajo del recipiente de separación; permitir a la parte pobre pasar, a lo largo del recorrido helicoidal en una parte interior del recipiente de separación, a la sección de sombrerete; permitir a la parte rica pasar axialmente a través de la sección de sombrerete a través de al menos dos orificios de acceso helicoidales, sin perder significativamente su impulso, y descargar la parte rica axialmente del recipiente de separación; permitir a la parte pobre pasar radialmente hacia el exterior a través de múltiples pasos entre los orificios de acceso helicoidales y descargar la parte pobre del recipiente de separación.
sección de sombrerete en una parte de extremidad situada corriente abajo del recipiente de separación; permitir a la parte pobre pasar, a lo largo del recorrido helicoidal en una parte interior del recipiente de separación, a la sección de sombrerete; permitir a la parte rica pasar axialmente a través de la sección de sombrerete a través de al menos dos orificios de acceso helicoidales, sin perder significativamente su impulso, y descargar la parte rica axialmente del recipiente de separación; permitir a la parte pobre pasar radialmente hacia el exterior a través de múltiples pasos entre los orificios de acceso helicoidales y descargar la parte pobre del recipiente de separación.
Según una aplicación habitual de la presente
invención, el aire se elimina de una corriente
carbón-aire que debe inyectarse a un quemador de
baja volatilidad situado en una pared de un horno de fuego de carbón
pulverizado. Normalmente, un molino de carbón proporciona la
corriente original de combustible-aire, que se
transporta neumáticamente a un conjunto de quemadores. Los
quemadores se disponen preferentemente en las paredes verticales,
teniendo así un eje horizontal, pero pueden estar también en otra
dirección. Según una realización preferida de la presente invención,
corriente arriba de más de un quemador se conecta un separador de
aire común.
Una de las ventajas del sistema de separación de
aire según la presente invención es que funciona horizontalmente y
puede así conectarse a los quemadores que tienen eje horizontal, sin
ninguna dificultad de construcción ni de funcionamiento. Por otro
lado, el sistema de separación de aire, según la presente
invención, no está diseñado como parte integrante de un quemador,
habitualmente fuera de la caja de vientos del sistema del quemador.
Por lo tanto, el sistema de separación de aire según la presente
invención puede utilizarse en relación con diferentes tipos de
quemadores y se adapta bien a las modernizaciones de las centrales
de energía de carbón pulverizado.
La idea básica de la presente invención es
mantener la cantidad de movimiento de la mezcla de
combustible-aire mientras pasa por el separador.
Permitiendo que la mezcla fluya suavemente a través del recipiente
de separación, sin invertir ni cambiar de repente la dirección del
flujo de la corriente de combustible-aire, las
pérdidas de presión pueden reducirse a un mínimo simultáneamente y
evitarse el estancamiento y la sedimentación de los sólidos.
Se conoce generalmente introducir una mezcla de
gas y partículas sólidas de modo tangencial en un recipiente tubular
de separación y permitir que la fuerza centrífuga separe las
partículas del gas a medida que la mezcla avanza a través del
recipiente. No obstante, en dichos sistemas se forma una corriente
rica en partículas en la parte anular exterior del recipiente y en
la parte interior se forma una corriente correspondiente pobre en
partículas. Con el objeto de eliminar el gas sobrante de la
corriente pobre en partículas, la corriente pobre en partículas debe
dirigirse hacia fuera y lejos de la corriente rica en partículas sin
interrumpir significativamente el flujo uniforme de la corriente
rica en partículas.
Según la presente invención, la eliminación del
gas sobrante de una corriente de gas-sólidos, o una
corriente pobre de carbón de una mezcla carbón-aire,
tiene lugar en una sección de sombrerete en la parte de extremidad
situada corriente abajo del recipiente de separación. La parte rica
en combustible fluye axialmente por la sección de sombrerete a
través de un conjunto de orificios helicoidales, por ejemplo,
canales cortos deformados helicoidalmente, y la parte pobre en
partículas fluye radialmente a través de los pasos entre los
orificios helicoidales. Así, el flujo de la corriente rica en carbón
queda limitado desde un espacio anular completo a múltiples canales
o orificios de acceso, pero los orificios de acceso están formados
de un modo específico para mantener la cantidad de movimiento de la
corriente. La corriente rica en carbón pasa normalmente del
recipiente de separación a un quemador en una pared lateral del
horno donde se mezcla con aire secundario y se quema.
Según una realización preferida de la presente
invención, la sección de sombrerete se define por una pared exterior
y placas de extremidad primeras y segundas. Las partes ricas en
carbón y pobres en carbón de la mezcla carbón-aire
entran en la sección de sombrerete a través de las aberturas de
entrada correspondientes en la primera placa de extremidad. Las
extremidades situadas corriente arriba de los orificios helicoidales
están conectadas a las aberturas de entrada de la parte rica en
carbón y así, la parte rica en carbón se divide en múltiples
subcorrientes ricas en carbón. Las extremidades situadas corriente
abajo de los orificios de acceso helicoidales están conectadas a las
aberturas de entrada para las subcorrientes ricas en carbón en la
segunda placa de extremidad y las subcorrientes ricas en carbón se
descargan de la sección de sombrerete a través de las aberturas de
salida. La parte pobre en carbón se descarga desde la sección de
sombrerete a través de una abertura de salida en la pared
exterior.
Según una realización preferida de la presente
invención, dentro de la sección de sombrerete se proporciona un tubo
cónico, y radialmente dentro del tubo cónico, un tubo cilíndrico.
Los tubos cónicos y cilíndricos forman los techos y los suelos,
respectivamente, de los orificios helicoidales. El techo y el suelo
de cada orificio helicoidal están conectados por dos paredes
laterales, que pueden denominarse como paredes laterales delantera y
trasera, dado que los orificios de acceso están en ángulo en
relación con el eje de la trayectoria helicoidal de la
corriente.
Los orificios helicoidales están deformados sobre
la superficie cilíndrica de modo que la orientación angular de las
aberturas de salida esté girada respecto a la orientación de las
aberturas de salida correspondientes. La dirección y la medida de la
rotación de los orificios de acceso corresponden con los de la
trayectoria de la corriente carbón-aire alrededor
del eje del recipiente de separación. El ángulo de rotación varía,
preferentemente, desde 20º a 40º aproximadamente, pero puede ser,
por ejemplo, desde 5º a 60º aproximadamente, dependiendo de la
longitud axial de la sección de sombrerete y del paso de la
trayectoria de la corriente carbón-aire.
La parte pobre de carbón entra en la sección de
sombrerete a través de una abertura de entrada circular, dispuesta
en la primera placa de extremidad de la sección de sombrerete,
radialmente dentro de las aberturas de entrada de las subcorrientes
ricas en carbón. La segunda pared de extremidad de la sección de
sombrerete no incluye aberturas de entrada para la parte pobre en
carbón. En su lugar, los tubos cónicos y cilíndricos tienen
aberturas alargadas entre los orificios de acceso helicoidales, a
través de las cuales la corriente pobre en combustible puede fluir
radialmente hacia el exterior. Normalmente, los orificios de
acceso helicoidales y las primeras y segundas placas de extremidad definen los pasos radiales entre las aberturas en los tubos cónicos y cilíndricos, a través de cuyos pasos la parte pobre en combustible puede fluir radialmente hacia el exterior.
acceso helicoidales y las primeras y segundas placas de extremidad definen los pasos radiales entre las aberturas en los tubos cónicos y cilíndricos, a través de cuyos pasos la parte pobre en combustible puede fluir radialmente hacia el exterior.
Según la presente invención, se permite a la
corriente pobre en carbón mantener su impulso rotativo mientras
avanza a través del recipiente de separación, pero el impulso axial
se ve afectado por la segunda placa de extremidad de la sección de
sombrerete. Dado que la corriente pobre se compone principalmente de
gas, cambiará no obstante dirección sin causar ninguna caída
importante de presión ni estancamiento de sólidos. Las aberturas
alargadas en los tubos cónicos y cilíndricos proporcionan una amplia
zona y una zona transversal suficiente para el cambio de dirección
de flujo.
Según una realización preferida de la presente
invención, las subcorrientes pobres en carbón se recogen en un
espacio de recogida anular dispuesto entre el tubo cónico y la pared
exterior de la sección de sombrerete. La parte pobre en combustible
puede ser descargada del espacio de recogida a través de un canal
tangencial de descarga conectado a una abertura en la pared
exterior. Preferentemente, el espacio de recogida incluye medios de
bloqueo, que obligan a la totalidad de la corriente pobre en el
espacio de recogida a circular en la misma dirección antes de
descargarse a través de un canal de salida. De este modo, todos los
sólidos serán barridos efectivamente del espacio de recogida. La
parte pobre en combustible que se descarga desde la sección de
sombrerete se puede introducir en el horno a través de una tobera
separada de la tobera de la parte rica en combustible o se puede
hacer retornar al horno de carbón o a cualquier otro lugar
lejano.
Según una realización preferida de la presente
invención, el tubo cilíndrico dentro de la sección de sombrerete,
incluidas las aberturas para la parte pobre en combustible y que
forman las partes inferiores de los orificios helicoidales, se
extiende en alguna medida corriente arriba de la primera placa de
extremidad de la sección de sombrerete. Las aberturas de entrada
para las partes pobres en carbón y ricas en carbón están situadas
radialmente dentro y fuera de la prolongación del tubo cilíndrico,
respectivamente. Así pues, la prolongación del tubo cilíndrico forma
una pared de separación que separa la corriente rica y la corriente
pobre entre sí incluso flujo arriba de la sección de sombrerete.
En algunas aplicaciones, pueden disponerse medios
de embudo radialmente en el lado exterior de la pared de separación,
corriente arriba de la primera placa de extremidad de la sección de
sombrerete, dirigiendo la corriente rica en partículas dentro de las
aberturas de entrada o los orificios de acceso helicoidales.
También, puede haber paletas interiores conectadas con el lado
interior del tubo cilíndrico, o la pared de separación, siendo las
paletas curvas como la trayectoria helicoidal de la corriente
carbón-aire. Preferentemente, las paletas interiores
se extienden desde el extremo corriente arriba de la pared de
separación a la segunda placa de extremidad de la sección de
sombrerete. Las paletas interiores están conectadas preferentemente
a las paredes laterales posteriores de los orificios de acceso
helicoidales, adyacentes a los bordes delanteros de los pasos
radiales entre los orificios de acceso helicoidales que conducen el
flujo pobre uniformemente a las aberturas entre los orificios de
acceso helicoidales.
En algunas aplicaciones de la presente invención,
se proporciona un tubo interior alrededor del eje del recipiente de
separación y la mezcla combustible-aire fluye en un
espacio anular que rodea el tubo interior. El tubo interior podría
incluir, por ejemplo, un quemador de arranque de aceite pesado.
Preferentemente, las paletas interiores se extienden radialmente
hacia dentro hasta el tubo interior, dividiendo así la corriente
pobre en varias subcorrientes. Asimismo, la presente invención
podría usarse en relación con un recipiente de separación sin tubo
interior, en donde la mezcla de combustible-aire
llena el recipiente de separación hasta llegar al eje de dicho
recipiente.
Las características y ventajas generales de la
presente invención se describen anteriormente en relación con el
tratamiento del aire primario que debe llevarse a los quemadores de
un horno que quema carbón pulverizado. No obstante, es evidente para
una persona experta en esta técnica que la presente invención es
perfectamente apropiada para otras aplicaciones, por ejemplo en
otros procesos tales como en la industria química o manipulación de
materiales a granel donde se requiera la separación del gas sobrante
de una corriente de una mezcla de gas y sólidos en partículas.
La breve descripción anterior, así como otros
objetos, características y ventajas de la presente invención se
apreciarán más detalladamente mediante referencia a la siguiente
descripción detallada de las realizaciones actualmente preferidas,
pero no ilustradas, según la presente invención, cuando se
consideran junto con los dibujos adjuntos, en los que
La Figura 1 es una vista esquemática en alzado de
un sistema de combustión de carbón pulverizado según una realización
que sirve como ejemplo de la presente invención;
La Figura 2 es una vista esquemática en sección
transversal longitudinal de un separador de aire según una
realización que sirve como ejemplo de la presente invención;
La Figura 3 es una vista esquemática, en sección
transversal longitudinal del separador de aire de la Fig. 2, tomada
siguiendo la línea A - A de la Fig. 2
La Figura 4 es una vista esquemática en sección
transversal del separador de aire de la Fig. 2, tomada siguiendo la
línea B - B de la Fig. 2.
La Fig. 1 representa un sistema 10 de combustión
de carbón pulverizado según una realización preferida de la presente
invención. El sistema de combustión 10 se suele utilizar para la
generación de vapor e incluye una sección de horno 12 y una sección
de recuperación del calor 14. Para su uso en el sistema de
combustión 10, se introducen carbón 16 de grano grueso y aire 18 en
el molino 20 de carbón, en el que se produce una mezcla 22 de carbón
pulverizado y aire primario para ser transportado neumáticamente a
una sección 24 del quemador del sistema de combustión 10. La sección
24 del quemador comprende habitualmente una serie de quemadores
dispuestos en una pared lateral 26 del horno 12. La Fig. 1 muestra
sólo una sección 24 del quemador en la pared lateral 26, pero
también puede haber varias secciones de quemador en más de una pared
del horno 12.
Los gases calientes de escape, producidos por los
procesos de combustión en el horno 12, se utilizan para producir
vapor en la sección 14 de recuperación de calor. Desde la sección 14
de recuperación de calor, los gases 28 de escape se dirigen a un
calentador 30 de aire en el que se enfrían los gases de escape, de
tal modo que se produce una corriente de gases 28' enfriados de
escape. Habitualmente, los gases 28' de escape enfriados se dirigen,
a través de unidades depuradoras de gases, hasta una chimenea, que
no aparece en el dibujo. Una corriente 32 de aire se introduce
también en el calentador 30 de aire de modo que produzca aire 32`
caliente secundario que ha de dirigirse a la sección 24 del
quemador.
Según una realización preferida de la presente
invención, al lado de la sección 24 del quemador se dispone un
sistema 36 de separador de aire para separar una parte del aire
primario de la mezcla 22 de carbón y aire primario, que entra en la
sección 24 del quemador. La corriente 34 de aire separado, que suele
incluir alguna cantidad de carbón, se descarga desde el sistema 36
de separador de aire, corriente arriba de la sección 24 del
quemador. La corriente 34 de aire contiene preferentemente menos del
10%, incluso más preferentemente menos del 2%, de carbón que en la
mezcla 22 original de carbón-aire. La corriente 34
de aire puede ser transportada a otra parte del horno 12, de retorno
al horno de carbón 20 o a algún otro lugar.
La Fig. 2 muestra, con más detalle, un ejemplo de
un separador de aire según una realización preferida de la presente
invención. Una mezcla 22 de carbón y aire primario se introduce a
través de una línea de entrada 38, de modo tangencial, al extremo
corriente arriba de un recipiente de separación 40, donde una parte
del aire primario se separa de la mezcla 22 de
carbón-aire y se produce una corriente rica en
carbón. La línea 38 de entrada está conectada preferentemente al
recipiente 40 de separación, como una entrada en espiral helicoidal,
de modo que proporcione un impulso axial al flujo. El recipiente 40
de separación comprende una primera sección 42, definida por una
pared 44 exterior cilíndrica y una sección de sombrerete 46 en el
extremo corriente abajo del recipiente de separación 40. La sección
46 de sombrerete está definida por una segunda pared 48 exterior y
segundas placas 52 de extremidad.
La sección 46 de sombrerete comprende un tubo
cónico 54 y un tubo cilíndrico 64 radialmente dentro del tubo cónico
54. El tubo cónico 54 comprende una prolongación 54' que se extiende
desde la parte central de la sección 46 de sombrerete corriente
abajo de la segunda placa 52 de extremidad. Corriente abajo de la
segunda placa 52 de extremidad se dispone también otro tubo cónico
56 radialmente dentro de la prolongación 54' del tubo cónico 54.
Entre los tubos cónicos 54' y 56 se forma una zona anular, con un
diámetro exterior que se reduce gradualmente, que lleva a un paso 58
hacia el horno 12 (tal como aparece en la Fig. 1), para inyectar la
corriente rica en carbón en el horno 12.
La Fig. 2 muestra también un tubo interior 62
dispuesto alrededor del eje del recipiente de separación 40. Cuando
el separador de aire se conecta al quemador, el tubo interior 62
podrá incluir medios para introducir aire caliente adicional o, por
ejemplo, puede proporcionarse un quemador de aceite de arranque. No
obstante, estos no aparecen en el dibujo.
Cuando la corriente de mezcla 22
carbón-aire se introduce en el recipiente de
separación 40 a través de la entrada tangencial 38, la corriente
avanza por el recipiente a lo largo de un recorrido helicoidal, en
el cual las partículas de carbón de la mezcla 22 de
carbón-aire son empujadas hacia la pared 44
cilíndrica exterior. De este modo, en una parte anular exterior del
recipiente de separación 40 se forma una corriente rica en carbón y
una corriente pobre en carbón permanece más próxima al eje del
recipiente 40. En el extremo corriente abajo de la primera sección
42 del recipiente de separación 40, una prolongación del tubo
cilíndrico 64 forma una pared cilíndrica de separación 64'. La pared
de separación 64' divide la mezcla carbón-aire en
una parte exterior, rica en carbón, entre la pared exterior
cilíndrica 44 y la pared de separación 64' cilíndrica, y una parte
interior, pobre en carbón, entre la pared de separación 64'
cilíndrica y el tubo interior 62.
Alrededor del tubo interior 62, la primera placa
50 de extremidad comprende una abertura anular 66 para que la
corriente pobre en carbón avance en la sección 46 de sombrerete. En
la sección 46 de sombrerete, la parte pobre en carbón se dirige
radialmente hacia fuera a través de las aberturas 68 y 70 en el tubo
cilíndrico 64 y el tubo cónico 54, respectivamente. Habitualmente,
se proporcionan varias aberturas 68 y 70 a intervalos periódicos en
los perímetros del tubo cilíndrico 64 y el tubo cónico 54. Las
subcorrientes pobres en carbón, que fluyen a través de las
diferentes aberturas 68 y 70, se vuelven a combinar en una cámara 72
anular de recogida formada entre la segunda pared exterior 48 y el
tubo cónico 54. La corriente combinada, de nuevo pobre en carbón, se
dirige entonces fuera del recipiente de separación 40 a través de
línea de ventilación 74 tangencial, que señala hacia arriba (en esta
vista).
La parte rica en carbón avanza a la sección de
sombrerete 46 a través de aberturas 76 en la primera placa 50. Las
subcorrientes ricas en carbón avanzan a través de la sección de
sombrerete 46 a través de múltiples orificios de acceso helicoidales
78 conectados a las aberturas de entrada 76 en la primera placa de
extremidad 50 y a aberturas de salida 80 en la segunda placa 52 de
extremidad. El tubo cónico 54 y el tubo cilíndrico 64 forman los
techos y los suelos de los orificios de acceso helicoidales 78,
respectivamente. Los orificios de acceso helicoidales 78 están
deformados alrededor del eje del recipiente de separación 40 en una
dirección y paso en correspondencia con los de una trayectoria media
helicoidal de la corriente rica en carbón en la primera parte 42 del
recipiente de separación 40.
Puesto que los orificios de acceso helicoidales
78 están definidos entre el tubo cilíndrico 64 y el tubo cónico 54,
la prolongación radial, es decir, la altura de las aberturas de
salida 80 es inferior que la de las aberturas de entrada 76. En
consecuencia, con el objeto de mantener una zona transversal
aproximadamente constante, la extensión periférica, es decir, la
anchura, de las aberturas de salida 80 podría ser mayor que la de
las aberturas de entrada 76. Habitualmente, la relación
anchura-altura de las aberturas de salida 80 es
preferentemente al menos 1,5 veces mayor, incluso más
preferentemente, al menos 3 veces mayor, que la de las aberturas de
entrada 76.
Debido a la particular forma, de estrechamiento y
ensanchamiento, de los orificios de acceso, dirigen las
subcorrientes ricas en carbón de retorno a la trayectoria casi
circular que se acerca al eje del sistema. En algunas aplicaciones
de la presente invención, las superficies que forman los techos y
los suelos de los orificios de acceso helicoidales 78 pueden tener
una forma similar, es decir, ambas son cónicas o cilíndricas. Por lo
tanto, los orificios helicoidales pueden tener una sección
transversal que es casi constante.
La relación de división de la corriente original
carbón-aire en los flujos rico en carbón y pobre en
carbón viene determinada por el equilibrio de presión entre los dos
flujos. Así, el dimensionamiento de las zonas correspondientes de
flujo define principalmente las divisiones de flujo y caídas de
presión relacionadas. No obstante, el flujo de ventilación a través
de la línea de ventilación 74 podrá ajustarse mediante los medios de
regulación, tales como una válvula 82.
La Fig. 2 muestra un paso radial 84 para una
subcorriente pobre que conecta las aberturas 68 y 70, en la parte
superior de la sección de sombrerete 46 y un paso, por ejemplo un
orificio helicoidal 78, para una subcorriente rica en carbón en la
parte inferior de la sección de sombrerete 46. En una aplicación
típica de la presente invención existen, de hecho, varios orificios
helicoidales 78 distribuidos aproximadamente a la misma distancia a
través del perímetro de la sección de sombrerete 46 y varios pasos
radiales 84 dispuestos entre los orificios helicoidales 778. En una
realización preferida de la presente invención, el número de
orificios helicoidales 78 es aproximadamente seis, variando de
cuatro a ocho. En algunas aplicaciones el número de orificios
helicoidales 78 puede ser de solo tres, mientras que en algunas
otras aplicaciones se requerirá un número mayor de orificios
helicoidales 78, por ejemplo diez o más.
La disposición de los pasos para las partes rica
en carbón y pobre en carbón, según una realización preferida de la
presente invención, aparece con más detalle en las Figs. 3 y 4, que
muestran secciones transversales del recipiente de separación 40,
tomadas a lo largo de las líneas A - A y B - B, respectivamente, de
la realización que aparece en la Figs. 2.
La Fig. 3 muestra una vista esquemática
transversal del recipiente de separación 40, tomada transversalmente
al eje del recipiente 40. Esta vista se enfoca desde el lugar de la
primera placa 50 de extremidad hacia la sección 46 pero la placa de
extremidad, no obstante, no se ilustra. La Fig. 3 ilustra el tubo
interior 62, secciones del tubo cilíndrico 64 con aberturas 68 entre
las secciones del tubo 64, secciones del tubo cónico 54 con
aberturas 70 entre las secciones del tubo cónico 54 y la segunda
pared exterior 58.
Las secciones del tubo cilíndrico 64 y el tubo
cónico 54, junto con las paredes delanteras 86 y las paredes
traseras 88, definen los orificios helicoidales 78, a través de los
cuales las subcorrientes ricas en carbón fluyen axialmente a través
de la sección de sombrerete 48. Las paredes laterales 88 y 86' de
dos orificios helicoidales sucesivos 78 y 78' junto con las placas
primera y segunda 50 y 52 de extremidad, forman pasos radiales 84
que conectan las aberturas 68 con las aberturas 70. Las
subcorrientes pobres en carbón fluyen radialmente, a través de los
pasos radiales 84, desde entre el tubo interior 62 y el tubo
cilíndrico 64 a la cámara de recogida 72.
Entre el tubo interior 62 y el tubo cilíndrico 64
se proporcionan paletas interiores 90. Las paletas interiores 90 se
retuercen helicodialmente y se disponen en la sección de sombrerete
46 radialmente dentro de las paredes laterales posteriores 88 de los
orificios helicoidales 78. Así, las paletas interiores 90 dividen
la corriente pobre en carbón en varias subcorrientes. Cada
subcorriente pobre en carbón avanza hacia la
sección de sombrerete 46 a través de la abertura anular 86 en la primera placa de extremidad 50 y continúa a lo largo de una trayectoria helicoidal hacia la segunda placa de extremidad 52. Debido a su impulso rotativo, la subcorriente que fluye entre las paletas interiores 90' y 90 avanza en sentido de las agujas del reloj hacia la paleta interior 90 o la pared lateral delantera 88 de un orificio helicoidal 78. Por último, cada subcorriente pobre en carbón es empujada radialmente hacia fuera a través de un paso radial 84 a la cámara de recogida 72, donde se vuelven a combinar las subcorrientes separadas. Las anchuras de los pasos radiales en el extremo corriente arriba de la sección de sombrerete 46 suelen ser aproximadamente del mismo tamaño o incluso mayor que las anchuras de los orificios helicoidales 78.
sección de sombrerete 46 a través de la abertura anular 86 en la primera placa de extremidad 50 y continúa a lo largo de una trayectoria helicoidal hacia la segunda placa de extremidad 52. Debido a su impulso rotativo, la subcorriente que fluye entre las paletas interiores 90' y 90 avanza en sentido de las agujas del reloj hacia la paleta interior 90 o la pared lateral delantera 88 de un orificio helicoidal 78. Por último, cada subcorriente pobre en carbón es empujada radialmente hacia fuera a través de un paso radial 84 a la cámara de recogida 72, donde se vuelven a combinar las subcorrientes separadas. Las anchuras de los pasos radiales en el extremo corriente arriba de la sección de sombrerete 46 suelen ser aproximadamente del mismo tamaño o incluso mayor que las anchuras de los orificios helicoidales 78.
Por lo tanto, la zona de flujo de los pasos 84 es
suficiente para una caída de baja presión para las subcorrientes
pobres en carbón.
En la pared exterior 48 de la sección de
sombrerete 46 hay una abertura 92, a la que está conectada la línea
de ventilación74 de la corrientes pobre en carbón, dispuesta
verticalmente. La prolongación de la línea de ventilación 74 dentro
de la cámara de recogida 72 está conectada en un primer orificio
helicoidal 78'' de modo que impida el flujo en sentido contrario a
las agujas del reloj de la cámara de recogida 72 a la línea de
ventilación 74. Por lo tanto, la totalidad de la corriente pobre en
carbón es obligada a circular en la misma dirección en sentido de
las agujas del reloj en la cámara de recogida 72, aumentando al
máximo el barrido carbón o cualesquiera otros sólidos posibles del
espacio de recogida.
Puesto que puede ser difícil proporcionar un
cierre hermético de gas entre la prolongación de la línea de
ventilación 74 y el techo cónico del orificio helicoidal 68'', puede
ser necesario disponer medios de bloqueo más eficientes entre los
orificios de acceso helicoidales 78'' y el orificio helicoidal 78'
en la dirección de las agujas del reloj. Esto puede realizarse
mediante rellenado de la zona correspondiente con un material
adecuado, por ejemplo refractario, que impida también que la parte
pobre en carbón fluya en el paso 84' entre los orificios
helicoidales 78' y 76'. Además, las placas de bloqueo 94 y 100 (ver
Fig. 4) pueden utilizarse entre la segunda pared exterior 48 y la
pared lateral delantera 86'del orificio helicoidal 78' y entre las
extremidades situadas corriente arriba de las paletas interiores
90' y 90'', respectivamente. Cuando no hay flujo pobre en carbón
entre los orificios helicoidales 78'y 78'', tampoco se necesitan
aberturas en el tubo cilíndrico 64 y el tubo cónico 54 en dicho
lugar.
La Fig. 3 muestra la segunda pared exterior 48
como que tiene una sección transversal circular. No obstante, con el
fin de forzar a la parte pobre a que se distribuya ella misma
uniformemente en los diferentes pasos radiales 84, la prolongación
radial de la cámara de recogida 72 debe aumentar a lo largo del
recorrido del flujo circunferencial. De este modo, el volumen de la
cámara de recogida se aumenta cuando más pasos radiales 84
reintroducen subcorrientes pobres que combinan entre sí. Por lo
tanto, se mantendrá aproximadamente la misma velocidad de superficie
y se reducirán al mínimo las pérdidas de presión.
La Fig. 4 muestra una sección transversal
esquemática similar tomada en el extremo situado corriente arriba de
la pared cilíndrica de separación 64'. El tubo interior 62 aparece
radialmente dentro de la pared de separación 64' y la pared
cilíndrica exterior 44 radialmente fuera de la pared de separación
64'. Entre el tubo interior 62 y la pared de separación 64'aparecen
paletas interiores retorcidas helicoidalmente 90, 90', que se
extienden preferentemente desde el extremo situado corriente arriba
de la pared de separación 64'a la segunda placa 52 de
extremidad.
Con el fin de dirigir la corriente rica en carbón
a los orificios helicoidales 78, puede disponerse un embudo entre la
pared de separación 64'y la pared cilíndrica exterior 44. Según una
realización preferida de la presente invención, el embudo puede
comprender primeras paletas en rampa 96 y segundas paletas en rampa
98. Las primeras paletas en rampa 96 se disponen preferentemente
casi como prolongación continua de las paredes laterales
posteriores 88 de los orificios de acceso helicoidales 78. Las
segundas paletas en rampa 98 pueden extenderse desde el borde
situado corriente arriba de la pared lateral delantera 88' del
orificio helicoidal 78' sucesivo en una dirección contraria al
sentido de las agujas del reloj.
La Fig. 4 muestra también una placa de bloqueo
100 dispuesta entre los bordes situados corriente arriba de las
paletas interiores 90' y 90'', que impide así que la corriente pobre
en carbón fluya entre los orificios helicoidales 78' y 78''.
Salvo cuando se indique aquí lo contrario, los
diferentes componentes que aparecen en forma de bloques o de forma
esquemática son bien conocidos y su construcción interna y
funcionamiento no son críticos tanto para la fabricación como para
el uso de esta invención ni para una descripción del mejor modo la
invención.
Anteriormente se ha descrito una realización de
la presente invención, preferida actualmente aunque no ilustrativa.
Dependiendo de la aplicación, pueden cambiarse muchos detalles del
sistema descrito sin desviarse del ámbito principal de la invención.
Por ejemplo, el tubo interior 62 no es esencial para la presente
invención, pero en algunas aplicaciones la corriente pobre en
partículas puede rellenar radialmente todo el volumen interior
dentro del tubo cilíndrico 64. Según la invención, la dirección de
rotación de las corrientes carbón-aire permanece sin
cambios en todas las partes del recipiente de separación, pero puede
tener naturalmente el sentido de las agujas del reloj o el sentido
contrario a las agujas del reloj. La invención no se limita a la
aplicación de eliminar aire primario de una corriente
carbón-aire, sino que puede utilizarse también para
eliminar otros gases sobrantes de corrientes de sólidos en
partículas y gas.
Claims (25)
1. Sistema para eliminar un gas desde una
corriente de una mezcla de gas y sólidos en partículas,
comprendiendo dicho sistema:
- un recipiente de separación que tiene
- -
- una sección de extremidad corriente arriba y una sección de sombrerete corriente abajo, teniendo la sección de extremidad corriente arriba una entrada para introducir la corriente, de modo tangencial, dentro del recipiente para separar por la fuerza centrífuga de la corriente: (i) una parte rica, que comprende una mezcla rica en sólidos, que pasa a lo largo de un recorrido helicoidal al nivel de una parte anular exterior del recipiente de separación hacia la sección de sombrerete y (ii) una parte pobre, que comprende una mezcla pobre en sólidos, que pasa a lo largo de un recorrido helicoidal al nivel de una parte interior del recipiente de separación a la sección de sombrerete;
- -
- múltiples orificios de acceso de acceso a través de los cuales la parte rica pasa axialmente a través de la sección de sombrerete para ser descargada axialmente desde el recipiente de separación y
- -
- múltiples pasos entre los orificios de acceso de acceso a través de los cuales la parte rica avanza radialmente hacia fuera para descargarse desde el recipiente de separación,
- estando el sistema caracterizado porque los múltiples orificios de acceso están deformados helicoidalmente, de modo que la parte rica no pierde, de manera significativa, su cantidad de movimiento mientras avanza a través de la sección de sombrerete
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque la sección de sombrerete está definida
por una pared exterior y primera y segunda placas de extremidad, y
los orificios de acceso deformados helicoidalmente están conectados
a aberturas de entrada en la parte rica, en la primera placa de
extremidad, y a aberturas de salida para la parte rica en la segunda
placa de extremidad.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el cual
la primera placa de extremidad incluye una abertura de entrada para
la parte pobre, radialmente dentro de las aberturas de entrada para
la parte rica.
4. Sistema según la reivindicación 1, en el cual
el recipiente de separación incluye un tubo cilíndrico y un tubo
cónico, estando definidos los orificios de acceso helicoidales
entre el tubo cilíndrico y el tubo cónico.
5. Sistema según la reivindicación 4, en el cual
el tubo cilíndrico se prolonga, corriente arriba, desde la primera
placa de extremidad formando una pared de separación para separar la
parte rica de la parte pobre.
6. Sistema según la reivindicación 4, en el cual
el tubo cónico se extiende corriente abajo de la segunda placa de
extremidad y forma, junto con un tubo cónico interno, una sección de
circulación anular, con un diámetro exterior que se reduce
gradualmente para la parte rica.
7. Sistema según la reivindicación 4, en el cual
la parte pobre circula en la sección de sombrerete entre los
orificios de acceso helicoidales, radialmente hacia fuera a través
de múltiples aberturas alargadas en el tubo cilíndrico y el tubo
cónico.
8. Sistema según la reivindicación 1, en el cual
el sistema incluye, además, una cámara de recogida y la parte pobre
circula en la sección de sombrerete, radialmente hacia el exterior a
través de los múltiples pasos entre los orificios de acceso
helicoidales al nivel de la cámara anular de recogida.
9. Sistema según la reivindicación 8, en el cual
el recipiente de separación incluye, además, una canalización de
ventilación tangencial y la parte pobre se descarga desde la cámara
de recogida hacia el exterior a través de la canalización de
ventilación tangencial.
10. Sistema según la reivindicación 8, en el cual
la cámara de recogida incluye un medio de obturación para forzar a
la parte pobre a girar en una dirección predeterminada
11. Sistema según la reivindicación 10, en el
cual el volumen de la cámara de recogida aumenta en el sentido de
rotación de la parte pobre.
12. Sistema según la reivindicación 4, en el cual
el sistema comprende, además, paletas interiores dispuestas
radialmente dentro del tubo cilíndrico, de modo que dirija la parte
pobre a los pasos múltiples entre los orificios de acceso
helicoidales.
13. Sistema según la reivindicación 5, en el cual
el sistema incluye también un medio de embudo dispuesto en la pared
de separación, de modo que dirija la parte rica hacia las aberturas
de entrada para la parte rica en la primera placa de extremidad.
14. Sistema según la reivindicación 1, en el cual
el número de orificios de acceso helicoidales está entre tres y diez
inclusive.
15. Sistema según la reivindicación 14, en el
cual el número de orificios de acceso helicoidales se encuentra
entre cuatro y ocho, inclusive.
16. Sistema según la reivindicación 2, en el cual
las aberturas de salida en la segunda placa de extremidad están
giradas a partir de las aberturas de entrada correspondientes, en la
primera placa de extremidad, en un ángulo de 5º a 60º
aproximadamente.
17. Sistema según la reivindicación 16, en el
cual las aberturas de salida en la segunda placa de extremidad están
giradas a partir de las aberturas de entrada correspondientes, en la
primera placa de extremidad, en un ángulo de 20º a 40º
aproximadamente.
18. Sistema según la reivindicación 2, en el
cual las aberturas de salida para la parte rica, en la segunda placa
de extremidad, tienen una relación de anchura a altura por lo menos
1,5 veces mayor que las aberturas de entrada para la parte rica en
la primera placa de extremidad.
19. Sistema según la reivindicación 18, en el
cual las aberturas de salida para la parte rica, en la segunda placa
de extremidad, tienen una relación de anchura a altura al menos tres
veces mayor que las aberturas de entrada para la parte rica en la
primera placa de extremidad.
20. Procedimiento para eliminar un gas de una
corriente de una mezcla de gas y de sólidos en partículas, que
comprende los pasos de:
- -
- introducir, de forma tangencial, la corriente en un recipiente de separación a través de una entrada al nivel de una sección de extremidad corriente arriba del recipiente;
- -
- separar de la corriente, por la fuerza centrífuga, una parte rica, que comprende una mezcla rica en sólidos y una parte pobre, que comprende una mezcla pobre en sólidos;
- -
- dejar pasar la parte rica a lo largo de un recorrido helicoidal, al nivel de una parte anular exterior del recipiente de separación, hacia una sección de sombrerete, al nivel de una sección de extremidad corriente abajo del recipiente de separación;
- -
- dejar pasar la parte pobre a lo largo de un recorrido helicoidal al nivel de una parte interior del recipiente de separación hacia la sección de sombrerete;
caracterizado porque comprende las etapas
de
- -
- dejar pasar la parte rica axialmente hacia la sección de sombrerete a través de múltiples orificios de acceso helicoidales, sin perder significativamente su impulso y descargar la parte rica del recipiente de separación y
- -
- dejar pasar la parte pobre radialmente al exterior a través de múltiples pasos entre los orificios de acceso helicoidales y descargar la parte pobre desde el recipiente de separación.
21. Procedimiento según la reivindicación 20,
caracterizado porque comprende una etapa que consiste
en:
- -
- dirigir la parte rica hacia los orificios de acceso helicoidales a través de las aberturas de entrada para la parte rica en una primera placa de extremidad de la sección de sombrerete y un paso de
- -
- descargar la parte rica de los orificios de acceso helicoidales a través de las aberturas de salida para la parte rica en una segunda placa de extremidad de la sección de sombrerete.
22. Procedimiento según la reivindicación 21,
caracterizado porque comprende, además, una etapa que
consiste en dirigir la parte pobre hacia la sección de sombrerete a
través de una abertura anular de entrada en la parte interior de la
primera placa de extremidad.
23. Procedimiento según la reivindicación 21,
caracterizado porque comprende, además una etapa que consiste
en separar la parte rica de la parte pobre mediante una pared
cilíndrica corriente arriba de la primera placa de extremidad de la
sección de sombrerete.
24. Procedimiento según la reivindicación 20,
caracterizado porque comprende, además, una etapa que
consiste en dejar circular la parte pobre a través de los pasos
entre los orificios de acceso helicoidales a una cámara anular de
recogida.
25. Procedimiento según la reivindicación 24,
caracterizado porque comprende, además, una etapa que
consiste en descargar la parte pobre de la cámara de recogida hacia
arriba a través de una canalización de ventilación tangencial.
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