ES2239863A1 - Una caldera de lecho fluidificado circulante (cfb) con intercambiador de calor en lecho controlable. - Google Patents
Una caldera de lecho fluidificado circulante (cfb) con intercambiador de calor en lecho controlable.Info
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Abstract
Una caldera de lecho fluidificado circulante (CFB) tiene uno o más recintos de lecho fluidificado burbujeante que contienen superficies de calentamiento y situados dentro de una parte inferior de la caldera de CFB para proporcionar un diseño compacto, eficiente, con un área de huella en planta reducida. Las superficies de calentamiento están previstas dentro del lecho fluidificado burbujeante situadas de una rejilla de CFB y/o en un lecho empaquetado en movimiento por debajo de la rejilla de CFB dentro de la parte inferior de la caldera de CFB. Los sólidos en el lecho fluidificado burbujeante son mantenidos en un estado de lecho fluidificado burbujeante lento mediante suministros de gas de fluidificación controlados por separado.
Description
Una caldera de lecho fluidificado circulante
(CFB) con intercambiador de calor en lecho controlable.
El presente invento se refiere en general al
campo de las calderas o reactores de lecho fluidificado circulante
(CFB) tales como los usados en las instalaciones de generación de
energía eléctrica y, en particular, a una disposición nueva y útil
de reactor de CFB la cual permite el control de la temperatura
dentro de la cámara de reacción de CFB y/o de los sólidos
efluentes. La disposición de reactor de CFB de acuerdo con el
invento contiene y soporta no solamente al CFB sino también a uno
o más lechos fluidificados burbujeantes (BFB) en una parte inferior
del recinto de reactor de CFB; es decir, que son mantenidas una o
más regiones de lecho burbujeante lento y que están situadas dentro
de una región de CFB rápido. Dentro del lecho o lechos
fluidificados burbujeantes (BFB) hay situada una disposición de
superficie de calentamiento. La transferencia de calor a la
superficie de calentamiento se controla proporcionando al lecho o
lechos fluidificados burbujeantes (BFB) gas de fluidificación
controlado por separado, para ya sea mantener un nivel deseado del
lecho, o ya sea controlar una producción de sólidos a través del
lecho o lechos fluidificados burbujeantes (BFB).
La mayor parte de los intercambiadores de calor
de lecho burbujeante de la técnica anterior conocidos por los
inventores están situados fuera de la cámara de reacción del CFB y
ocupan al menos una de las paredes del recinto.
Por ejemplo, en las Patentes de EE.UU. Números
5.526.775 y 5.533.471, concedidas a Hyppänen, se describe en cada
una de ellas un CFB que tiene un lecho fluidificado burbujeante
adyacente con un intercambiador de calor integral. En la Patente de
EE.UU. N° 5.533.471 se da a conocer la colocación del lecho
fluidificado burbujeante lento por debajo y a un lado del fondo de
la cámara de CFB que se mueve más rápidamente. En la Patente de
EE.UU. N° 5.526.775, el lecho burbujeante lento está por encima y a
un lado del CFB rápido. Cada uno de los lechos lentos es controlado
permitiendo para ello que escapen partículas de vuelta a la cámara
de CFB principal desde una abertura en el lado de la cámara del
lecho lento. Estos intercambiadores de calor requieren además un
nivel de rejilla de distribución del gas diferente para cada lecho,
lo cual complica sustancialmente la estructura de los sistemas de
CFB. Como resultado, se puede. aumentar el área en planta del
CFB.
En otras patentes se describen elementos de
intercambiador de calor situados encima de la rejilla de un horno de
CFB, pero no dentro de una región de lecho burbujeante lento de un
CFB rápido. En la Patente de EE.UU. N° 5.190.451 concedida
Goldbach, por ejemplo, se ilustra una cámara de CFB que tiene un
intercambiador de calor sumergido dentro de un lecho fluidificado
en el extremo inferior de la cámara. El lecho tiene solamente un
inyector de aire para controlar el régimen de circulación para todo
el lecho.
En la Patente de EE.UU. N° 5.299.532 concedida a
Dietz, se describe un CFB que tiene una cámara de reciclado
inmediatamente, adyacente a la cámara de CFB principal. La cámara
de reciclado recibe partículas que han experimentado combustión
parcial de un separador de ciclón conectado entre la cámara de
reciclado y el escape superior de la cámara de CFB principal.
Dentro de la cámara de reciclado se ha previsto un intercambiador
de calor, y la cámara de reciclado está separada de la cámara de
CFB principal por paredes de agua, y ocupa parte de la porción
inferior del recinto del horno. La cámara de reciclado no se
extiende hacia fuera desde el recinto del horno.
En la Patente de EE.UU. N° 5.184.671 concedida a
Alliston y otros, se ha dado a conocer un intercambiador de calor
que tiene múltiples regiones de lecho fluidificado. Una región
tiene superficies de intercambio de calor, mientras que las demás
regiones se usan para controlar el régimen de transferencia de
calor entre el material del lecho fluidificado y las superficies
del intercambiador de calor.
Ninguno de estos lechos burbujeantes de la
técnica anterior está incorporado de una manera que simplifique la
construcción, en general, del reactor de CFB, y permita fácil acceso
a las paredes del recinto para alimentar reactivos, para
mantenimiento y para inspecciones.
El presente invento persigue superar las
limitaciones de los intercambiadores de calor de lecho lento de CFB
de la técnica anterior, proporcionando para ello un reactor o
caldera de CFB que tiene un intercambiador de calor interno en un
lecho fluidificado burbujeante lento, y sin aumentar el área en
planta del CFB.
En consecuencia, un aspecto del presente invento
tiene que ver con una caldera de lecho fluidificado circulante
(CFB), que comprende: una cámara de reacción de CFB que tiene
paredes laterales y una rejilla que define un suelo en un extremo
inferior de la cámara de reacción del CFB para proporcionar gas de
fluidificación al interior de la cámara de reacción del CFB. Se han
previsto medios para suministrar una cantidad de gas de
fluidificación a una primera parte de la rejilla, suficiente para
producir un lecho que se mueve rápidamente de sólidos fluidificados
en una primera zona de la cámara de reacción del CFB, y para
proporcionar una cantidad de gas de fluidificación a una segunda
parte de la rejilla, suficiente para producir un lecho fluidificado
burbujeante de sólidos fluidificados en una segunda zona de la
cámara de reacción del CFB. La cantidad de gas de fluidificación
proporcionado a una zona es controlable independientemente de la
cantidad de gas de fluidificación proporcionado a la otra zona.
Finalmente, se han previsto medios para retirar sólidos de las
zonas primera y segunda para purgarlos sólidos de, o reciclar los
sólidos a, la caldera de CFB para controlar el lecho que se mueve
rápidamente.
Por consiguiente, la caldera de CFB está dividida
en dos partes: una primera parte o zona que es hecha funcionar como
un lecho fluidificado circulante que se mueve rápidamente, y una
segunda región o zona que se hace funcionar como un lecho
fluidificado burbujeante lento.
La altura del lecho burbujeante lento se controla
dentro del margen correspondiente a la altura de las paredes de su
recinto. Como mecanismo para controlar la altura del lecho lento se
incluyen salidas a través de la parte superior del recinto, una
salida provista de válvula a través de los bordes laterales
inferiores del recinto.
En una realización alternativa, una parte de la
rejilla al nivel del suelo tiene aberturas suficientes para
permitir que caigan partículas a su través. Un intercambiador de
calor está situado directamente debajo de la cámara de CFB
principal. Se ha previsto un suministro de gas de fluidificación
secundario en la región de la rejilla por encima del intercambiador
de calor. Sea puede controlar la cantidad de partículas que caen a
través y dentro del área por debajo de la rejilla con el lecho
burbujeante lento controlando para ello su régimen de purga o de
reciclado.
En otra realización, el recinto por encima de la
rejilla para un intercambiador de calor está combinado con la
posición debajo de la rejilla de un segundo intercambiador de
calor.
El diseño de CFB mejorado del invento permite un
tamaño reducido del espacio ocupado en planta por el CFB y permite
que las paredes del recinto estén enderezadas. El diseño es de
construcción más sencilla y proporciona un más fácil acceso a las
paredes del recinto para alimentar reactivos.
Los diversos rasgos de novedad que caracterizan
al invento se señalan en detalle en las Reivindicaciones anexas a,
y que forman parte de, esta exposición. Para una mejor comprensión
del invento, de sus ventajas operativas y de los objetos
específicos que se consiguen mediante sus usos, se hace referencia
a los dibujos que se acompañan y a la materia descriptiva, en los
cuales se ha ilustrado una realización preferida del invento.
En los dibujos:
La Fig. 1 es una vista en alzado lateral, en
corte, de una caldera de CFB de acuerdo con una primera realización
del invento, en la que se ha ilustrado un recinto de lecho
fluidificado burbujeante (BFB) dentro de la caldera de CFB;
La Fig. 2 es una vista en planta en corte de la
caldera de CFB de la Fig. 1, vista en la dirección de las flechas
2-2;
La Fig. 3 es una vista en alzado lateral en corte
parcial de una caldera de CFB de acuerdo con una segunda
realización del invento, en la que se ha ilustrado la retirada de
sólidos del recinto de lecho fluidificado burbujeante (BFB) a
través de uno. o más conductos internos;
La Fig. 4 es una vista en alzado lateral en corte
parcial de una caldera de CFB de acuerdo con una tercera
realización del invento, en la que se ha ilustrado la retirada de
sólidos del recinto de lecho fluidificado burbujeante (BFB) a través
de una o más válvulas no mecánicas;
La Fig. 5 es una vista en alzado lateral en corte
parcial de una caldera de CFB de acuerdo con una cuarta realización
del invento, en la que se ha ilustrado la colocación de una
superficie de calentamiento por debajo de una disposición de tubos
de suministro de aire situados por debajo de una superficie
superior de un nivel de rejilla de la caldera de CFB;
La Fig. 6 es una vista en alzado lateral en corte
parcial de una caldera de CFB de acuerdo con una quinta realización
dele invento, en la que se ha ilustrado la colocación de una
superficie de calentamiento dentro de una disposición de tubos de
suministro de aire situados por debajo de una superficie superior
de un nivel de rejilla de la caldera de CFB;
La Fig. 7 es una vista en alzado lateral en corte
parcial de una caldera de CFB de acuerdo con una sexta realización
del invento, en la que se ha ilustrado la colocación de la
superficie de calentamiento tanto dentro como por debajo de una
disposición de tubos de suministro de aire situados por debajo de
una superficie superior de un nivel de rejilla de la caldera de
CFB;
La Fig. 8 es una vista en alzado lateral en corte
parcial de una caldera de CFB, en la que se ha ilustrado la
aplicación de varios principios del invento;
Las Figs. 9-14 son vistas en
planta por arriba de situaciones o posiciones alternativas dentro
de la caldera de CFB de los recintos de lecho fluidificado
burbujeante (BFB) que contienen las superficies de calentamiento de
acuerdo con el invento;
La Fig. 15 es una vista en perspectiva de una
parte inferior de la caldera de CFB en la que se ha ilustrado una
forma de la construcción del recinto de lecho fluidificado
burbujeante (BFB); y
La Fig. 16 es otra vista en perspectiva de una
parte inferior de la caldera de CFB en la que se ha ilustrado otra
forma de la construcción del recinto de lecho fluidificado
burbujeante (BFB).
Tal como aquí se usa, la designación "caldera
de CFB" se usará para hacer referencia a "combustores"
(cámaras de combustión completamente equipadas) o reactores de CFB
en los que tiene lugar un proceso de combustión. Aunque el
presenten invento está dirigido en particular a calderas o
generadores de vapor de agua en los cuales se emplean combustores
de CFB como medio por el cual se produce el calor, ha de quedar
entendido que el presente invento puede ser fácilmente empleado en
una clase diferente de reactor de CFB. Por ejemplo, podría
aplicarse el invento en un reactor que se emplee para reacciones
químicas que no sean un proceso de combustión, o bien donde una
mezcla de gas/sólidos procedente de un proceso de combustión que se
desarrolle en algún otro lugar sea proporcionada al reactor para
posterior procesado, o bien donde el reactor simplemente
proporcione un recinto en el que partículas o sólidos sean
arrastrados en un gas que no sea necesariamente un subproducto de
un proceso de combustión.
Con referencia ahora a los dibujos, en los que
los números de referencia que son iguales designan los mismos
elementos o elementos funcionalmente similares en todos los
diversos dibujos, y a la Fig. 1 en particular, se ha ilustrado en
ella un reactor o caldera de lecho fluidificado circulante (CFB), a
la que se denomina en general como una caldera de CFB 10. La
caldera de CFB 10 tiene un reactor o cámara de reacción o recinto
de horno 12 que contiene un lecho fluidificado circulante 14. Como
es sabido por los expertos en la técnica, el recinto de horno 12 es
típicamente de sección transversal rectangular y comprende paredes
16 de recinto de tubos de membrana refrigerada por fluido,
constituidas típicamente por tubos que transportan agua y/o vapor
de agua separados unos de otros por una membrana de acero, para
conseguir un recinto 12 de reactor estanco a los gases.
Se proporcionan aire 18, combustible 20 y
sorbente 22 dentro de una parte inferior del horno 12 y que
reaccionan en un proceso de combustión para producir gases de la
combustión calientes y partículas arrastradas 24 que pasan a través
del reactor del horno 12. Los gases de la combustión calientes y
las partículas arrastradas 24 son luego conducidos a través de
varias etapas de limpieza y evacuación de calor 28, 30,
respectivamente, antes de que los gases de la combustión calientes
sean conducidos a un tubo de humos de escape 32, como se ha
ilustrado. Las partículas recogidas 26 son hechas retornar a la
parte inferior del horno, donde puede producirse una nueva
combustión o reacción.
La parte inferior del horno 12 está provista de
una rejilla 34 de distribución del gas de fluidificación
(ventajosamente una placa perforada o similar provista de una
multiplicidad de casquetes de burbujeo (no representados)) a través
de los cuales se proporciona gas de fluidificación (típicamente
aire) a presión, para fluidificar el lecho de combustible 20, el
sorbente 22, las partículas sólidas recogidas 26 y las partículas
sólidas recicladas 40 (que se describen en lo que sigue) que han
sido purgadas del sistema. Cualquier aire adicional que se necesite
para la combustión completa del combustible 20 se proporciona
ventajosamente a través de las paredes 16 del recinto, como se ha
ilustrado en 18. El CFB 14 que se mueve rápidamente es por
consiguiente creado por encima de la rejilla de distribución 34, con
partículas sólidas que se mueven rápidamente por dentro y a través
de los gases de la combustión resultantes del proceso de
combustión.
Aunque el CFB 14 tiene como característica una
vigorosa circulación de sólidos arrastrados, algunos de estos
sólidos no pueden ser soportados por el flujo de gas dirigido hacia
arriba desde la rejilla 34, y por consiguiente caen de vuelta hacia
la rejilla 34, mientras que otros continúan hacia arriba a través
del horno 12, como se ha descrito anteriormente. Algunas partículas
sólidas son retiradas de la parte inferior del horno 12 a través de
drenajes 36 del lecho, y pueden ser purgadas del sistema como se ha
ilustrado en 38, o bien recicladas como se ha ilustrado en 40. El
flujo de sólidos retirados a través de los drenajes 36 del lecho
puede ser controlado de cualquier manera conocida, tal como con
tornillos o válvulas giratorias mecánicas, o bien con
transportadores o válvulas asistidos por aire, o combinaciones de
los mismos. En cualquier caso, se apreciará que la parte inferior
del horno 12 está expuesta a una caída intensiva de partículas
sólidas.
De acuerdo con el presente invento, en su forma
más simple, se proporciona un recinto de lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 42 que tiene paredes 44 del recinto, por encima
de la rejilla 34 dentro del horno 12 en la parte inferior del
mismo, y que contiene un lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46
durante el funcionamiento de la caldera de CFB 10. Las paredes 44
del recinto separan el lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46 del
CFB 14. El lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46 se crea
suministrando y controlando por separado gas de fluidificación al
mismo a través de la rejilla 34; es decir, separado de aquella parte
del gas de fluidificación proporcionada a través de la rejilla 34 y
la cual establece el CFB 14. La caldera de CFB 14 está por
consiguiente dividida en dos tipos generales de regiones o zonas
por encima de la rejilla, en que las zonas son creadas
proporcionando y controlando para ello diferentes cantidades de gas
de fluidificación a través de la rejilla dentro de cada zona. La
primera zona, por supuesto, es la zona de lecho fluidificado
circulante (CFB), mientras que la segunda zona es una región de
lecho fluidificado burbujeante (BFB) o zona 46 que está contenida
dentro de la zona de CFB 14.
Como se ha ilustrado en la Fig. 1, el gas de
fluidificación proporcionado al lecho fluidificado burbujeante (BFB)
46 se ha designado por 48, y es controlado por medios de válvula o
de control indicados esquemáticamente en 50. El gas de
fluidificación proporcionado para establecer el CFB 14 se ha
designado por 52, y es controlado por medios de válvula o de control
indicados esquemáticamente en 54.
Situada dentro del recinto de lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 42 hay una disposición de superficie de
calentamiento 56 que absorbe el calor del lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 46. La superficie de calentamiento 56 puede ser,
ventajosamente, del tipo de superficie supercalentadora,
recalentadora, economizadora, evaporadora (caldera) o combinaciones
de tales tipos de superficies de calentamiento que son conocidas
por los expertos en la técnica. La superficie de calentamiento 56
es típicamente una disposición de tubos en serpentina que conducen
a su través un medio de transferencia de calor tal como agua, una
mezcla en dos fases de agua y vapor de agua, o vapor de agua.
Aunque el horno general 12 funciona en un modo de CFB, el lecho
fluidificado burbujeante (BFB) 46 es hecho funcionar y controlado
como tal controlando por separado, como en 50, la cantidad de gas
de fluidificación 48 proporcionada a través de aquella parte de la
rejilla 34 que está debajo del recinto de lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 42. Las partículas 24 de sólidos que caen desde
el CFB 14 dentro de la parte inferior del horno 12 alimentan al
lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46.
Las paredes de recinto 44 del recinto de lecho
fluidificado burbujeante (BFB) 42 pueden ser todas de la misma
altura, o de alturas diferentes, y verticales, inclinadas, o una
combinación de las mismas. La parte superior del recinto de lecho
fluidificado burbujeante (BFB) 42 puede ser inclinada o
sustancialmente horizontal y, si es necesario, puede estar
parcialmente cubierta. Sin embargo, se apreciará que el nivel o
altura máxima del lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46 dentro
del recinto 42 está limitada por la altura de la pared de recinto
44 más corta, del recinto 42. Como se ha ilustrado en la Fig. 2,
una situación preferida del recinto de lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 42 es en una parte central del horno 12. No
obstante, como se ha ilustrado en las Figs. 9-14,
en lo que sigue, son también aceptables otras situaciones para el
recinto de lecho fluidificado burbujeante (BFB) 42 dentro de una
parte inferior del horno 12.
Un aspecto importante del presente invento es el
de que se puede controlar el lecho fluidificado burbujeante (BFB)
46 para controlar la transferencia de calor a la superficie de
calentamiento 56 situada dentro del lecho fluidificado burbujeante
(BFB) 46. Esto puede conseguirse ya sea controlando el nivel de los
sólidos dentro del lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46, o ya
sea controlando la producción de sólidos a través de la superficie
de calentamiento 56 situada dentro del lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 46.
En la Fig. 3 se han ilustrado unos medios
opcionales para controlar la transferencia de calor dentro del
lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46, los cuales comprenden la
provisión de uno o más conductos 58 que se extienden desde una
parte inferior del lecho 46, justamente por encima de la rejilla
34, hasta un nivel superior en o por encima de la parte más baja
de las paredes 44, y el conducto o conductos 58 pueden tener
cualquier configuración general que satisfaga este criterio. Por
debajo de cada uno de los conductos 58 hay previsto un conducto de
gas 57 y medios de fluidificación separados que introducen el gas
de fluidificación 60 controlado a través de medios de válvula 62.
Fluidificando las partículas sólidas en el conducto o conductos 58
situados directamente encima del conducto de gas 57, se favorece
su movimiento hacia arriba a través del conducto o conductos 58,
haciendo que las partículas sólidas sean descargadas desde el lecho
fluidificado burbujeante (BFB) 46 al CFB 14 que lo circunda. Cuando
se aumenta el caudal de gas de fluidificación 60, ó bien se ponen en
funcionamiento conductos 58 adicionales, la descarga de sólidos
total desde el lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46 excederá
eventualmente del flujo de entrada de sólidos al lecho 46 desde el
CFB 14, haciendo que disminuya el nivel del lecho. Cuanto más exceda
la descarga de sólidos desde el lecho 46 al flujo de entrada de
sólidos desde el CFB 14, tanto más bajo se hará el nivel del
lecho.
En la Fig. 4 se han ilustrado otros medios para
controlar la transferencia de calor dentro del lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 46, los cuales implican la provisión de una o más
válvulas 64 no mecánicas, cada una con su propio suministro
controlado de gas 66, controlado a través del conducto de gas 57 y
de los medios de válvula 68. El flujo de gas a las proximidades de
la válvula o válvulas 64 favorece la descarga de sólidos desde la
parte inferior del lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46 dentro
del CFB 14. De nuevo, controlando el caudal de gas y/o el número de
válvulas 64 en funcionamiento se puede controlar el nivel del lecho
fluidificado burbujeante (BFB) de una manera similar a la descrita
en lo que antecede.
Cuando la descarga total de sólidos sea más baja
que el flujo de entrada de sólidos, el nivel del lecho 46 es
constante, viniendo determinado por la altura de la pared 44 de
recinto más baja. En esa situación, el aumento de la descarga de
sólidos desde la parte inferior del lecho 46 (a través de una u
otra de las soluciones de las Figs. 3 ó 4) originará un suministro
aumentado de sólidos de flujo de entrada "nuevo" desde la parte
superior del lecho 46 a la superficie de calentamiento 56. Esto
intensificará la transferencia de calor entre el lecho 46 y la
superficie de calentamiento 56. Si se aumenta más el régimen de
descarga desde el lecho 46, disminuirá el nivel del lecho,
reduciéndose con ello el área de la superficie de calentamiento 56
sumergida en los sólidos del lecho 46. Puesto que el régimen de
transferencia de calor para partes no sumergidas de la superficie
de calentamiento es significativamente más bajo que para las partes
sumergidas, el régimen de transferencia de calor total a la
superficie de calentamiento, y su medio de transferencia de calor
que es conducido a su través, disminuirán. Esto proporciona al
operario que esté encargado de la caldera 10 de CFB una mayor
flexibilidad operativa, dado que puede controlar la transferencia
de calor total de diferentes modos -con un nivel constante o
variable del lecho 46- como venga impuesto por los requisitos
operativos o por conveniencia.
Cuando se transfiere calor desde los sólidos a la
superficie de calentamiento 56, la temperatura de los sólidos en
el lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46 diferirá de la que haya
en el CFB 14. Cuando se requiera una purga de sólidos desde la
parte inferior de la caldera de CFB 10, puede ser beneficioso
descargar esos sólidos desde el lecho fluidificado burbujeante
(BFB) 46, dado que purgando las cenizas del fondo enfriadas de un
horno de CFB 12 se reduce la pérdida de calor sensible, que en otro
caso tendría lugar si se purgaran sólidos más calientes.
En la Fig. 5 se ha ilustrado otra forma de poner
en práctica el invento. En esta realización, la parte inferior del
horno de CFB 12 tiene también una rejilla de fluidificación 34 con
su propio suministro 52 de gas de fluidificación. No obstante, una
o más partes 70 de la rejilla 34 están provistas de su propio
suministro de gas controlado por separado 72. La parte 70 de la
rejilla tiene una disposición de tubos 76 de suministro de aire
provistos de casquetes de burbujeo 78 espaciados entre sí, para
proporcionar aberturas suficientes para que las partículas sólidas
del lecho caigan hacia abajo a través de la rejilla. En un aspecto
del presente invento, estas partículas caen a través de una
superficie de calentamiento inferior 74 situada en las proximidades
de la rejilla 34 pero por debajo de la superficie superior del
nivel de la rejilla 34. En esta configuración, la superficie de
calentamiento inferior 74 es perfectamente adecuada para la tarea
de enfriar los sólidos descargados antes de purgarlos (como se ha
descrito en lo que antecede) o de reciclarlos de vuelta a la
caldera de CFB 10.
Las partículas sólidas que se desplazan hacia
abajo pasarán a través de la superficie de calentamiento inferior
74, dando por resultado transferencia de calor entre las partículas
sólidas y la superficie de calentamiento inferior 74. De nuevo, se
puede controlar la transferencia de calor total controlando para
ello el caudal de sólidos a través de la superficie de
calentamiento inferior 74; los sólidos pueden ser luego purgados o
reciclados de vuelta al CFB 14, como antes. Tales flujos de purga y
de reciclado pueden ser manipulados por medios conocidos, tales
como dispositivos mecánicos, por ejemplo, una válvula giratoria o
un tornillo, o bien por dispositivos no mecánicos, por ejemplo por
una válvula o transportador asistido por aire, o bien por una
combinación de dispositivos mecánicos y no mecánicos. En las Figs.
6 y 7 se han ilustrado otras variantes en la colocación de la
superficie de calentamiento inferior 74 por debajo del nivel de la
rejilla. En la Fig. 6, la superficie de calentamiento interpuesta
80 está situada intercalada entre los tubos de suministro de aire
de la parte 70, mientras que en la Fig. 7 la superficie de
calentamiento inferior 74 está situada debajo de los tubos de
suministro de aire de la parte 70, mientras que hay situada una
superficie de calentamiento interpuesta adicional 80 intercalada
entre los tubos de suministro de aire de la parte 70.
Desarrollando una forma de colocar el recinto de
lecho fluidificado burbujeante (BFB) 42 con las superficies de
calentamiento inferior 74, e interpuesta 80 dentro de la cámara de
CFB 12, frente a que esté desplazado a los lados por fuera de la
caldera de CFB 10, se reduce la huella en planta total, o área en
planta, de la caldera de CFB 10. Además, la cámara de CFB 12 puede
tener paredes laterales rectas 16, lo cual reduce el mantenimiento
y la erosión, al tiempo que proporciona un más fácil acceso a las
paredes 16 del recinto para alimentar reactivos al proceso de
combustión, instalar una estructura adicional, y efectuar trabajos
de mantenimiento. Se pueden usar paredes de recintos de horno
rectas 16 cuando el área total de la rejilla 34 ocupada por el
recinto de lecho fluidificado burbujeante (BFB) 42 y el resto de la
rejilla 34 de CFB sea seleccionada para que sea igual al área en
planta de la parte superior de la cámara de CFB 12. En tal caso se
puede seguir consiguiendo la velocidad requerida de gas hacia
arriba en la parte inferior.
La Fig. 8 es una vista en alzado lateral en corte
parcial de una caldera de CFB, en la que se ha ilustrado la
aplicación de varios principios del invento. Como se ha ilustrado,
se puede proporcionar una primera superficie de calentamiento 56,
situada encima de la rejilla 34, y una segunda superficie de
calentamiento inferior 74 situada debajo de los tubos 76 de
suministro de aire. Podría también haberse incluido, si se desea,
la superficie de calentamiento interpuesta 80, igual que antes. En
esta realización, los medios para controlar la transferencia de
calor dentro del lecho fluidificado burbujeante (BFB) 46 implican
la provisión de las una o más válvulas no mecánicas 64, cada una
con su propio suministro de gas controlado 66 (no ilustrados)
controlado a través del conducto de gas 57 y de los medios de
válvula 68 (no ilustrados).
Aunque hasta llegar a este punto cada una de las
realizaciones ha ilustrado el recinto de lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 42 como estando sustancialmente en el centro de
la cámara de CFB 12, los uno o más recintos de lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 42 pueden estar situados en diferentes posiciones
dentro de la caldera de CFB, como se ha ilustrado en las Figs.
9-14. Cada una de las Figs. 9-14
ilustra una situación diferente en la caldera de CFB 10, donde
pueden estar situados uno o más recintos de lecho fluidificado
burbujeante (BFB) 42. Como se ve en tal caso, el recinto 42 está
situado por entero dentro de las paredes 16 del recinto del horno
de la cámara de CFB 12, proporcionando con ello un área en planta
reducida de la caldera de CFB 10. Independientemente de la
situación particular dentro de la caldera de CFB 10, se pueden usar
los recintos de lecho fluidificado burbujeante (BFB) 42 como se ha
descrito en lo que antecede para controlar el funcionamiento del
CFB 10 de una manera efectiva, al tiempo que se reduce el espacio en
planta necesario para la caldera de CFB 10.
Las paredes 44 del recinto que forman el recinto
de lecho fluidificado burbujeante (BFB) 42 pueden ser construidas
de diversas formas. Preferiblemente, las paredes 44 del recinto
estarían constituidas por tubos refrigerados por fluido cubiertos
con material resistente a la erosión, tal como ladrillo o material
refractario, para evitar la erosión de los tubos durante el
funcionamiento. La Fig. 15 es una vista en perspectiva de una parte
inferior de la cámara de CFB 12 en la que se ha ilustrado una forma
de construcción del recinto de lecho fluidificado burbujeante (BFB)
42, y que es particularmente adecuada para un recinto 42 que no
esté adyacente a ninguna de las paredes 16 del recinto del horno.
Las paredes 44 están hechas de tubos 82 refrigerados por fluido,
cubiertos con ladrillo o material refractario 84. Se pueden
proporcionar colectores de entrada y de salida como se requiera
para proporcionar o recoger el fluido conducido a través de los
tubos 82, de la forma conocida. En la Fig. 15, por ejemplo, se
puede proporcionar un colector de entrada 86 por debajo de la
rejilla 34, y que suministre a los tubos 82. Después de circundar
al recinto de lecho fluidificado burbujeante (BFB) 42, los tubos 82
forman entonces una pared de división 90 que podría extenderse a
través de toda la altura (no representada en la Fig. 15) del horno
de CFB 12, terminando en un colector de salida superior (que
tampoco se ha representado) por encima de un techo del horno
12.
Se puede usar otra opción de diseño cuando un
recinto de lecho fluidificado burbujeante (BFB) 42 esté adyacente a
por lo menos una pared 16 del recinto del horno. La Fig. 16 es
otra vista en perspectiva de una parte inferior de la cámara de
CFB 12 en la que se ha ilustrado tal construcción del recinto de
lecho fluidificado burbujeante (BFB) 42. De nuevo, las paredes 44
del recinto están hechas de tubos 82 cubiertos de material
refractario; en este caso, estos penetran a través de las paredes 16
del recinto del horno, y están provistos del colector de entrada 86
y del colector de salida 88.
Aunque se han representado y descrito en detalle
realizaciones específicas del invento para ilustrar la aplicación de
los principios del invento, quienes sean expertos en la técnica
apreciarán que se pueden efectuar cambios en la forma del invento
cubiertos en las reivindicaciones que siguen, sin desviarse de
tales principios. Por ejemplo, se puede aplicar el presente invento
a una nueva construcción en la que intervengan combustores o
reactores de lecho fluidificado circulante, o bien a la
sustitución, reparación o modificación de los combustores o
reactores de lecho fluidificado circulante. En algunas
realizaciones del invento, se pueden usar algunas veces con ventaja
ciertas características del invento, sin el correspondiente uso de
las otras características. En consecuencia, todos esos cambios y
realizaciones quedan debidamente comprendidos dentro del alcance de
las Reivindicaciones que siguen.
Claims (24)
1. Una caldera de lecho fluidificado circulante
(CFB), que comprende:
una cámara de reacción de CFB que tiene paredes
laterales y una rejilla que define un suelo en un extremo inferior
de la cámara de reacción de CFB para proporcionar gas de
fluidificación a la cámara de reacción de CFB;
medios para proporcionar una cantidad de gas de
fluidificación a una primera parte de la rejilla suficiente para
producir un lecho que se mueve rápidamente de sólidos fluidificados
en una primera zona dentro de la cámara de reacción de CFB, y
medios para proporcionar una cantidad de gas de fluidificación a
una segunda parte de la rejilla suficiente para producir un lecho
fluidificado burbujeante (BFB) de sólidos fluidificados en una
segunda zona dentro de la cámara de reacción de CFB, siendo
controlable la cantidad de gas de fluidificación proporcionada a
una zona independientemente de la cantidad de gas de fluidificación
proporcionada a la otra zona; y medios para retirar sólidos de la
primera y de la segunda zonas para purgar los sólidos de, o
reciclar los sólidos a, 1 caldera de CFB.
2. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 1, que comprende al menos un recinto de lecho
fluidificado burbujeante que define la segunda zona dentro de la
cámara de reacción de CFB.
3. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 2, en la que el al menos un recinto de lecho
fluidificado burbujeante está situado dentro de la cámara de
reacción de CFB en una posición de ya sea aproximadamente en el
centro de la misma o ya sea adyacente a una pared de la cámara de
reacción de CFB.
4. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 1, que comprende una pluralidad de recintos de lecho
fluidificado burbujeante que definen la segunda zona dentro de la
cámara de reacción de CFB.
5. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 4, en la que la pluralidad de recintos de lecho
fluidificado burbujeante están situados dentro de la cámara de
reacción de CFB en las dos posiciones de: aproximadamente en el
centro de la misma y adyacentes a una pared de la cámara de
reacción de CFB.
6. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 2, que comprende al menos un recinto de lecho
fluidificado burbujeante que define la segunda zona dentro de la
cámara de reacción de CFB, teniendo el recinto paredes que se
extienden hacia arriba desde el suelo, estando orientada cada pared
del recinto ya sea vertical o ya sea inclinada.
7. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 1, que comprende una primera superficie de
calentamiento situada dentro de la segunda zona para absorber el
calor del lecho fluidificado burbujeante de sólidos
fluidificados.
8. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 7, que comprende al menos una abertura en el suelo
dentro de la segunda parte de la rejilla, medios de suministro de
gas de fluidificación controlables independientemente por debajo de
la al menos una abertura, una segunda superficie de calentamiento
situada por debajo de la rejilla, y un camino para que fluyan los
sólidos desde la segunda zona a la segunda superficie de
calentamiento, en que los sólidos conducidos desde la segunda zona y
que pasan a través de la segunda superficie de calentamiento son al
menos o bien reciclados a la cámara de reacción de CFB, o bien
purgados.
9. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 8, que comprende una tercera superficie de
calentamiento situada intercalada dentro de los medios de
suministro de gas de fluidificación en el camino desde la segunda
zona a la segunda superficie de calentamiento, en que los sólidos
conducidos desde la segunda zona y que pasan a través de la tercera
y de la segunda superficies de calentamiento son al menos o bien
reciclados a la cámara de reacción de CFB, o bien purgados.
10. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 9, en que las superficies de calentamiento primera,
segunda y tercera, comprenden al menos una superficie de entre los
tipos de superficie supercalentadora, recalentadora, evaporadora, y
economizadora.
11. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 6, en que el recinto de lecho fluidificado
burbujeante comprende tubos refrigerados por fluido cubiertos por
material resistente a la erosión.
12. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 11, en la que los tubos refrigerados por fluido
forman una pared de división que se extiende dentro de la cámara de
reacción de CFB y están conectados a colectores de entrada y de
salida situados fuera de la cámara de reacción de CFB.
13. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 2, que comprende: una primera superficie de
calentamiento situada dentro del recinto de lecho fluidificado
burbujeante para absorber calor del lecho fluidificado burbujeante
de sólidos fluidificados; y medios para controlar la transferencia
de calor desde el lecho burbujeante de sólidos fluidificados a la
primer superficie de calentamiento.
14. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 13, en la que los medios para controlar la
transferencia de calor comprenden unos medios para ya sea controlar
un nivel del lecho dentro del recinto de lecho fluidificado
burbujeante, o ya sea para controlar una producción de sólidos a
través del recinto de lecho fluidificado burbujeante.
15. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 13, en la que los medios para controlar la
transferencia de calor comprenden: uno o más conductos para
conducir partículas sólidas desde el lecho y que se extienden desde
una parte inferior del lecho justamente encima de la rejilla hasta
un nivel superior en o por encima de la parte más baja de las
paredes del recinto de lecho fluidificado burbujeante; y medios de
suministro de gas de fluidificación separados por debajo de cada
uno de los uno o más conductos para fluidificar las partículas
sólidas en el conducto asociado y hacer que éstas sean descargadas
desde el lecho fluidificado burbujeante al lecho circundante de
partículas fluidificadas que se mueven rápidamente.
16. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 13, en la que los medios para controlar la
transferencia de calor comprenden: una o más válvulas no mecánicas
para conducir partículas sólidas desde una parte inferior del lecho
fluidificado burbujeante; y medios de suministro de gas de
fluidificación separados en las proximidades de cada una de las una
o más válvulas no mecánicas, para fluidificar las partículas
sólidas y hacer que las mismas sean descargadas desde la parte
inferior del lecho fluidificado burbujeante en el lecho circundante
de partículas fluidificadas que se mueve rápidamente.
17. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 1, que comprende al menos una abertura en el suelo
dentro de la segunda parte de la rejilla, medios de suministro de
gas de fluidificación controlables independientemente por debajo de
la al menos una abertura, y una superficie de calentamiento situada
por debajo de la rejilla dentro de un camino que conduce sólidos
desde la segunda zona fuera de la cámara de reacción de CFB.
18. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 17, en la que la superficie de calentamiento está
situada por debajo de los medios de suministro de gas de
fluidificación controlables independientemente.
19. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 17, en la que la superficie de calentamiento está
situada intercalada con los medios de suministro de gas de
fluidificación controlables independientemente.
20. Una caldera de lecho fluidificado circulante
(CFB) de acuerdo con la reivindicación 13 caracterizada
porque dicha primera superficie de calentamiento comprende al menos
una superficie seleccionada de entre los tipos de superficies
supercalentadora, recalentadora, evaporadora, y economizadora.
21. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 20, en la que los medios para controlar la
transferencia de calor comprenden medios para controlar uno de ya
sea un nivel del lecho dentro del recinto de lecho fluidificado
burbujeante, o ya sea una producción de sólidos a través del recinto
de lecho fluidificado burbujeante.
22. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 21, que comprende: uno o más conductos para conducir
partículas sólidas desde el lecho fluidificado burbujeante y que se
extienden desde una parte inferior del lecho justamente encima de la
rejilla hasta un nivel superior en o por encima de la parte más
baja del recinto de lecho fluidificado burbujeante; y medios de
suministro de gas de fluidificación separados por debajo de cada
uno de los uno o más conductos para fluidificar las partículas
sólidas en el conducto asociado y hacer que las mismas sean
descargadas desde el lecho fluidificado burbujeante al lecho
circundante de partículas fluidificadas que se mueve
rápidamente.
23. La caldera de CFB de acuerdo con la
Reivindicación 21, que comprende: una o más válvulas no mecánicas
para conducir partículas sólidas desde una parte inferior del lecho
fluidificado burbujeante; y medios de suministro de gas de
fluidificación separados en las proximidades de cada una de las una
o más válvulas no mecánicas, para fluidificar las partículas
sólidas y hacer que las mismas sean descargadas desde la parte
inferior del lecho fluidificado burbujeante al lecho circundante de
partículas fluidificadas que se mueve rápidamente.
24. Una caldera de lecho fluidificado circulante
(CFB) de acuerdo con la reivindicación 13 que comprende:
al menos una abertura en el suelo dentro de la
segunda parte de la rejilla, medios de suministro de gas de
fluidificación controlables independientemente de la al menos una
abertura, una segunda superficie de calentamiento situada hacia
debajo de la rejilla, y un camino para que los sólidos fluyan desde
la segunda zona a la segunda superficie de calentamiento; y
una tercera superficie de calentamiento situada
intercalada dentro de los medios de suministro de gas de
fluidificación en el camino desde la segunda zona a la segunda
superficie de calentamiento, comprendiendo las superficies de
calentamiento al menos una superficie de entre los tipos de
superficies supercalentadora, recalentadora, evaporadora, y
economizadora, y en que los sólidos conducidos desde la segunda
zona y que pasan a través de la tercera y de la segunda
superficies de calentamiento son o bien reciclados a la cámara de
reacción de CFB o bien purgados.
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