ES2298529T3 - Unidades de intercambio de calor. - Google Patents
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Abstract
Una unidad (4'', 4'''', 4'''''') de intercambio de calor, adecuada para realizar intercambio de calor entre unos fluidos primero y segundo a diferentes temperaturas, que comprende un aparato (6) de intercambio provisto de un haz (8) de tubos, atravesado internamente por dicho primer fluido, que contiene medios (10) de contención de dicho segundo fluido, adecuados para alojar dicho aparato (6) de intercambio de tal manera que al menos una porción de dicho haz (8) de tubos está rodeada externamente por dicho segundo fluido, comprendiendo dicho aparato (6) de intercambio medios (9) de conexión estructuralmente separados de dichos medios (10) de contención y a los que está conectado operativamente un extremo de dicho haz (8) de tubos, comprendiendo dicho aparato (6) de intercambio un tanque (26) de recogida dispuesto en el extremo del haz (8) de tubos conectado operativamente a los medios (9) de conexión, comprendiendo el tanque (26) de recogida una estructura con forma de caja que es estanca a los fluidos con relación a dicho segundo fluido, y encerrando el tanque (26) de recogida dichos medios (9) de conexión; caracterizada porque: la unidad de intercambio de calor comprende medios (52, 54) de separación interpuestos entre los medios (9) de conexión del haz (8) de tubos y los medios (10) de contención con el fin de garantizar una junta de fluido entre dichos medios (9) de conexión y los medios (10) de contención, los medios (52, 54) de separación comprenden un bastidor (52) de separación fijado integralmente al tanque (26) de recogida, el aparato de intercambio descansa en una porción de dichos medios (10) de contención cargándola con su peso y está soportado por lo tanto por la misma, sin enlaces adicionales.
Description
Unidades de intercambio de calor.
La presente invención se refiere a una unidad de
intercambio de calor adecuada para realizar un intercambio de calor
entre al menos dos fluidos a diferentes temperaturas.
Dichas unidades de intercambio se usan
típicamente para intercambiar la energía poseída por un flujo de
gases templados, es decir, a una temperatura más alta, que se
origina a partir de un proceso industrial, con un fluido frío, es
decir, a una temperatura más baja, que circulan dentro de los
elementos de intercambio de calor que comprenden las unidades.
En particular, los gases que se originan a
partir de las plantas industriales de combustión se usan
frecuentemente como flujo de gases templados.
El refrigerante contenido dentro de los
elementos de tales sistemas es habitualmente agua o vapor de agua
sobrecalentado o saturado, en un intervalo de presión típicamente
entre 10 y 80 bar y un intervalo de temperatura típicamente entre
150ºC y 500ºC.
Los gases templados, por otra parte, tienen una
temperatura que habitualmente varía entre 100ºC y 1200ºC
aproximadamente y, dado que se originan a partir de procesos
industriales de combustión de desechos urbanos/industriales,
contienen cenizas esparcidas dentro de su masa, típicamente en un
porcentaje que puede variar entre 0,5 g/Nm^{3} y
20 g/Nm^{3}.
20 g/Nm^{3}.
En unidades de intercambio de calor es conocido
proporcionar un haz de tubos, que es atravesado simultáneamente en
el interior por un primer líquido a una temperatura más baja,
conocido como el refrigerante, y rodeado externamente por un
segundo fluido a una temperatura más alta, típicamente un gas. Un
ejemplo de tal unidad de intercambio de calor se describe en los
documentos US-A-5219150 y
US2894494.
Sin embargo, las cenizas contenidas en los gases
templados tienden a ensuciar las superficies de intercambio de
calor de los elementos de intercambio de calor, es decir, las
superficies exteriores de los tubos del haz de tubos,
obstaculizando de ese modo el intercambio de calor entre los dos
fluidos y comprometiendo irremediablemente el rendimiento de las
unidades.
Por esta razón es necesario detener y limpiar
periódicamente las unidades, con el fin de recuperar las condiciones
de trabajo óptimas para las mismas.
Las operaciones de limpieza incluyen enfriar la
unidad, la sustitución de las partes que han de ser sustituidas
mediante cortes destructivos y la eliminación de suciedad
pulverulenta de la superficie por medio de abrasión mecánica o
sacudida.
Las operaciones de mantenimiento requieren en
cualquier caso tiempos de detención técnica del orden de varias
semanas, y afectan considerablemente los costes indirectos de las
plantas, considerando que tales operaciones de mantenimiento se
realizan con una frecuencia igual a aproximadamente tres veces al
año.
Se siente la necesidad de una unidad de
intercambio de calor que permita operaciones eficientes de limpieza
y que luego sea capaz de funcionar continuamente durante el período
de tiempo más largo posible, reduciendo de este modo los tiempos y
la frecuencia de las operaciones de mantenimiento.
El objeto de la presente invención es
proporcionar una unidad de intercambio de calor capaz de resolver
los inconvenientes anteriormente mencionados del estado de la
técnica.
Este objeto se consigue mediante una unidad de
intercambio de calor de acuerdo con la reivindicación 1.
Características adicionales y las ventajas de la
unidad de intercambio de calor de acuerdo con la presente invención
resultará de la siguiente descripción de una realización ejemplar no
limitante de esta unidad de intercambio de calor, en la que:
la figura 1 ilustra una vista frontal de una
unidad de intercambio de calor de acuerdo con una realización de la
presente invención;
la figura 2 ilustra una vista lateral de la
unidad de la figura 1 desde el lado de la flecha II en la figura
1;
la figura 3 ilustra una vista lateral de la
unidad de intercambio de calor de la figura 1, desde el lado de la
flecha III en la figura 1;
la figura 4 ilustra una vista en planta de la
unidad de intercambio de calor de la figura 1;
la figura 5 ilustra un detalle en corte parcial
de la figura 1;
la figura 6 ilustra un corte de la unidad de la
figura 5 tomado a lo largo de la línea VI-VI de la
figura 5;
la figura 7 ilustra un corte de la unidad de la
figura 5 tomado a lo largo de la línea VII-VII de la
figura 5;
la figura 8 ilustra un corte de la unidad de la
figura 2 tomado a lo largo de la línea VIII-VIII de
la figura 2;
la figura 9 ilustra un corte de la unidad de la
figura 8 tomado a lo largo de la línea IX-IX de la
figura 8;
la figura 10 ilustra un detalle a escala
ampliada de la unidad de la figura 9;
la figura 11 ilustra un corte de la unidad de la
figura 8 tomado a lo largo de la línea XI-XI de la
figura 8;
la figura 12 ilustra una vista frontal de una
unidad de intercambio de calor de acuerdo con una realización
adicional de la presente invención;
la figura 13 ilustra una vista lateral de la
unidad de la figura 12 desde el lado de la flecha XIII en la figura
12;
la figura 14 ilustra una vista lateral de la
unidad de intercambio de calor de la figura 12 desde el lado de la
flecha XIV en la figura 12;
la figura 15 ilustra un corte de la unidad de la
figura 14 tomado a lo largo de la línea XV-XV de la
figura 14;
la figura 16 ilustra un corte de la unidad de la
figura 14 tomado a lo largo de la línea XVI-XVI de
la figura 14;
la figura 17 ilustra una vista en planta de la
unidad de intercambio de calor de la figura 12;
la figura 18 ilustra una vista adicional en
planta de la unidad de intercambio de calor de la figura 12;
la figura 19 ilustra una vista lateral de la
unidad de la figura 12;
la figura 20 ilustra un detalle a escala
ampliada de la unidad de la figura 12;
la figura 21 ilustra una vista lateral adicional
de la unidad de la figura 12;
la figura 22 ilustra una vista frontal de una
unidad de intercambio de calor de acuerdo con una realización
adicional de la invención;
la figura 23 ilustra una vista lateral de la
unidad de intercambio de calor de la figura 22;
la figura 24 ilustra un corte de la unidad de la
figura 23 tomado a lo largo de la línea XXIV-XXIV de
la figura 23;
la figura 25 ilustra una vista lateral adicional
de la unidad de intercambio de calor en la figura 22;
la figura 26 ilustra un corte de la unidad de la
figura 25 tomada a lo largo de la línea XXVI-XXVI en
la figura 25;
la figura 27 ilustra un corte de la unidad de la
figura 25 tomada a lo largo de la línea XXVII-XXVII
en la figura 25;
la figura 28 ilustra una vista en planta de la
unidad de la figura 22;
la figura 29 ilustra una vista frontal adicional
de la unidad de la figura 22;
la figura 30 ilustra una vista en planta de una
planta de producción de vapor que comprende unidades de intercambio
de calor de acuerdo con la invención;
la figura 31 ilustra una vista lateral de la
planta de la figura 30 desde el lado de la flecha XXXI en la figura
30.
Con referencia a las figuras anexas, 4', 4'',
4''' se refieren globalmente a una unidad de intercambio de calor,
que es adecuada para realizar un intercambio de calor entre unos
fluidos primero y segundo a diferentes temperaturas.
En particular, 4' se refiere a una unidad de
intercambio de calor de vaporizador, como se ilustra en las
figuras
1-11; 4'' a una unidad de intercambio de calor de sobrecalentador, como se ilustra en las figuras 12-21; 4''' a una unidad de intercambio de calor de economizador, como se ilustra en las figuras 22-29.
1-11; 4'' a una unidad de intercambio de calor de sobrecalentador, como se ilustra en las figuras 12-21; 4''' a una unidad de intercambio de calor de economizador, como se ilustra en las figuras 22-29.
Las definiciones de unidad de intercambio de
calor de vaporizador, de sobrecalentador y de economizador se
aplican dependiendo de si el fluido que discurre a través del haz de
tubos es vapor saturado, vapor sobrecalentado o agua,
respectivamente.
Los elementos o partes de elementos comunes a
las diversas realizaciones descritas posteriormente se indicarán
usando las mismas referencias numéricas.
Con referencia a las figuras
1-11 de la unidad 4' de intercambio de calor de
vaporizador, la unidad de intercambio de calor comprende un aparato
6 de intercambio de calor provisto de un haz 8 de tubos, adecuado
para ser atravesado internamente por dicho primer fluido, medios 9
de conexión para conectar el haz 8 de tubos al aparato 6 de
intercambio, y medios 10 de contención para dicho segundo fluido que
son adecuados para recibir dicho aparato 6 de intercambio de una
manera tal que al menos una porción de dicho haz 8 de tubos esté
rodeada externamente por dicho segundo fluido.
De acuerdo con una posible realización, dicho
haz 8 de tubos se extiende preferiblemente a lo largo de una
dirección predominante Z.
Preferiblemente, dicha dirección predominante Z
es sustancialmente perpendicular a un plano A de base en el que
descansa la unidad.
En los ejemplos ilustrados en las figuras, el
plano A de base es horizontal y la dirección predominante Z es
vertical.
En relación a un plano sustancialmente
perpendicular a la dirección predominante Z y por lo tanto paralelo
al plano A de base, se observan una dirección X y una dirección Y,
que son perpendiculares entre sí.
El haz 8 de tubos comprende una pluralidad de
tubos paralelos entre sí, que, de acuerdo con una posible
realización, se extienden sustancialmente en una dirección vertical,
es decir, perpendicular a dicho plano A de base de la unidad y
paralela a dicha dirección predominante Z.
Los tubos del haz 8 de tubos son adecuados para
ser atravesados internamente por un primer fluido tal como agua
(unidad de economizador, figuras 22-29) o un vapor
saturado (unidad de vaporizador, figuras 1-11) o
vapor sobrecalentado (unidad de sobrecalentador, figuras
12-21), que tiene una temperatura aproximada de,
dentro de intervalos normales de uso de unidades de intercambio de
calor, entre 150ºC y 500ºC y una presión de entre 10 bar y
80 bar.
80 bar.
Dichos tubos están hechos preferiblemente de
materiales de metal, que son capaces de garantizar la resistencia
térmica y mecánica de los tubos en condiciones normales de
funcionamiento, así como un coeficiente adecuado de intercambio de
calor, sin requerir en cualquier caso grosores excesivos de las
paredes de tubo, con el fin de evitar cargar innecesariamente la
estructura del haz.
Ventajosamente, en un extremo superior 12 del
haz 8 de tubos, es decir, un extremo del haz orientado lejos del
plano A de base de la unidad 4 de intercambio a lo largo de dicha
dirección predominante Z, dicho aparato 6 de intercambio comprende
al menos un colector 14 de distribución, conectado de forma fluídica
a dicho haz 8 de tubos. En una realización preferida, tal como la
mostrada en la figura 6, dicho aparato 6 de intercambio está
provisto de dos colectores 14 de distribución que están separados
estructuralmente entre sí, que se extienden de manera lineal a lo
largo de dicha dirección Y, en los extremos del haz 8 de tubos que
son opuestos a dicha dirección X.
Cada uno de los colectores 14 de distribución
comprende una entrada 16 diseñada para recibir y dirigir el primer
fluido adentro del colector. En una realización, cada una de dichas
entradas 16 está conectada mediante un empalme angular al
correspondiente colector 14 de distribución, de una manera tal como
para extenderse a lo largo de dicha dirección X, perpendicular a la
dirección Y.
En otras palabras, los colectores 14 de
distribución están situados en extremos opuestos del haz de tubos a
lo largo de la dirección X, con las respectivas entradas 16 en el
mismo lado del haz con relación a la dirección Y.
Cada colector 14 de distribución está conectado
de forma fluídica por una pluralidad de tubos del haz de tubos de
tal manera que distribuye un fluido en los mismos tubos a través de
dichas entradas 16.
Ventajosamente, como se muestra en la figura 6,
dentro en el extremo superior 12, el aparato 6 de intercambio de
calor comprende un colector 18 de recogida, adecuado para dirigir un
fluido que fluye afuera del haz de tubos, a través de una salida
20.
De acuerdo con una posible realización,
ilustrada en las figuras 1 y 2, dicho aparato 6 de intercambio,
dentro en un extremo inferior 22, orientado hacia el plano A de base
de la unidad 4 de intercambio con relación a la dirección
predominante Z, comprende al menos un colector inferior 24,
conectado de forma fluídica con los tubos del haz de tubos.
Preferiblemente se proporciona una pluralidad de
colectores inferiores 24. Los colectores inferiores 24, los
colectores 14 de distribución y los colectores 18 de recogida están
conectados a los tubos del haz de tubos, preferiblemente mediante
soldadura, garantizando de este modo la conexión fluídica.
\newpage
Dichos colectores 14, 18, 24 constituyen un
circuito hidráulico, en otras palabras, están conectados de forma
fluídica entre sí y permiten la circulación del primer fluido de
intercambio de calor en ellos, de modo que este fluido puede entrar
en el haz a través de dichas entradas 16, circular en el haz de
tubos siguiendo una trayectoria predeterminada de los tubos,
ilustrada con flechas F en la figura 1, y fluir afuera del haz
mediante al menos la salida 20.
Ventajosamente, dicha al menos una entrada 16 y
dicha al menos una salida 20 están posicionadas en el mismo lado del
haz 8 de tubos, es decir, en dicho extremo superior 12.
En otras palabras, las entradas y salidas del
haz de tubos están situadas en el extremo superior 12 del haz.
De acuerdo con una realización adicional,
ilustrada por ejemplo en las figuras 12-29, tanto
para la unidad de sobrecalentador como para la unidad de
economizador, los tubos del haz de tubos se extienden como un
serpentín a lo largo de dicha dirección predominante Z.
En particular, los tubos se extienden
predominantemente en una dirección paralela a la dirección
predominante Z y perpendicular al plano A de base de la unidad, por
ejemplo de acuerdo con una dirección vertical, desde el extremo
superior 12 hasta el extremo inferior 22 del haz de tubos y
viceversa.
Los tubos incluyen tramos rectos, de acuerdo con
una realización, dirigidos a lo largo de la dirección predominante
Z, conectados entre sí mediante curvas o senos o arcos de
circunferencia que se extienden en una dirección sustancialmente
perpendicular a dicha dirección predominante Z. En otras palabras,
el primer fluido dentro de dicho serpentín, que ha recorrido un
tramo recto de tubo en una dirección, que ha alcanzado un extremo
del haz, recorre entonces un trecho curvado de tubo y cambia de
dirección, es decir, recorre, en la dirección opuesta, un
subsiguiente tramo recto de un tubo adyacente, y así
sucesivamente.
De acuerdo con una realización ventajosa, cada
serpentín de dicho haz de tubos, con relación a un plano
perpendicular a dicha dirección predominante Z y por lo tanto
sustancialmente paralela a dicho plano A de base, se extiende a su
vez a lo largo de una curva que forma una serie de ángulos entrantes
y salientes alternativamente, o siguiendo una curva que forma una
serie de arcos cóncavos y convexos alternantes.
En otras palabras, con relación a la dirección
paralela de dicha dirección X o Y, cada tubo del serpentín del haz
de tubos está a tresbolillo con relación al tubo adyacente
consecutivo, de modo que cada tubo sólo se solapa parcialmente con
el tubo adyacente consecutivo.
Ventajosamente, colocando a tresbolillo tubos
adyacentes consecutivos en una medida no menor que el diámetro de
los propios tubos, se deduce que, con relación a la dirección X o Y,
dos tubos adyacentes consecutivos no se solapan.
Con referencia a las figuras
1-29 y por lo tanto a las tres posibles
realizaciones ilustradas explícitamente, dicho haz 8 de tubos está
estructuralmente conectado de forma ventajosa a un tanque 26 de
recogida del aparado 6 de intercambio de calor.
Dicho tanque 26 de recogida está situado en el
extremo superior 12 del haz 8 de tubos y, de acuerdo con una posible
realización, está hecho de acuerdo con una estructura con forma de
caja, sustancialmente hueca, de una manera tal como para encerrar y
rodear dicho extremo superior 12 del aparato 6 de intercambio de
calor.
El tanque 26 de recogida comprende una cubierta
28 que constituye una superficie lateral del tanque, una tapa 30 y
una base 32, que cierran los extremos opuestos de la cubierta.
Dicha tapa 30 y dicha base 32 están fijadas a la
cubierta 28, con el fin de constituir una estructura cerrada con
forma de caja y se extienden sustancialmente a lo largo de planos
paralelos al plano A de base y perpendiculares a la dirección
predominante Z del haz de tubos.
De acuerdo con una realización, el tanque 26 de
recogida, en las superficies interiores de la cubierta 28, de la
tapa 30 y la base 32, es decir, las superficies orientadas al
volumen interior encerrado del tanque, comprende medios de
aislamiento y preferiblemente paneles 33 de material aislante, por
ejemplo de material cerámico.
De acuerdo con una posible realización, la tapa
30 comprende al menos un travesaño 34 y una trampilla 36 de
inspección para inspeccionar el aparato 6 de intercambio.
Dicha base 32 del tanque 26 de recogida está
cruzada por el haz de tubos y por lo tanto tiene la configuración de
una placa perforada, es decir, tiene agujeros con un diámetro no
menor que el diámetro externo de los tubos del haz de tubos y tal
como para no permitir la fuga de gas dentro del tanque.
Dicho travesaño 34 está adaptado ventajosamente
para soportar el haz 8 de tubos.
De acuerdo con una realización, los medios 9 de
conexión conectan el extremo superior 12 del haz 8 de tubos a dicho
travesaño 34.
De acuerdo con una realización preferida, dichos
medios 9 de conexión comprenden ventajosamente unos ganchos 44
adaptados para proporcionar un enlace al menos en una dirección
vertical, es decir, paralela a dicha dirección predominante Z, para
dicho haz 8 de tubos.
Ventajosamente, dichos ganchos 44 crean una
conexión entre dicho travesaño 34 y los colectores 14 de
distribución del aparato de intercambio.
Preferiblemente, dichos ganchos 44 comprenden un
anillo cerrado alrededor de dicho travesaño 34.
De acuerdo con una realización preferida, dichos
ganchos 44 realizan una conexión entre el travesaño 34 y los
colectores 14 de distribución del haz 8 de tubos.
Por lo tanto, el haz 8 de tubos está fijado al
aparato 6 de intercambio de calor exclusivamente en una extremidad,
es decir, con la excepción de dicho extremo, el haz no está fijado a
ningún otro elemento estructural, es decir, el peso del propio haz
descansa totalmente en los sistemas de suspensión que están
presentes en un extremo superior 12 del haz 8 de tubos.
En otras palabras, el haz de tubos está ligado
en un extremo de una manera tal como para permanecer suspendido, es
decir, manteniendo una dirección sustancialmente paralela a la
dirección predominante Z.
De acuerdo con realizaciones adicionales, es
posible proporcionar ganchos en un cierto número de partes soldadas
entre sí o conectadas por medios roscados de conexión, es posible
proporcionar elementos salientes con relación a dicho travesaño y
en los que se cuelgan los haces de tubos.
Lo que es más, es posible proporcionar medios de
conexión que se extienden a lo largo de una dirección perpendicular
a dicha dirección predominante Z, tales como por ejemplo estanterías
que sobresalen desde el interior de dicho tanque y en las que se
cuelga dicho haz de tubos.
Ventajosamente, dentro de dicho tanque 26 de
recogida, la unidad 26 de intercambio de calor también comprende
medios 51 de sacudida, descritos mejor posteriormente, adaptados
para sacudir el haz 8 de tubos con el fin de realizar operaciones
de limpieza en el mismo.
Ventajosamente, el aparato 6 de intercambio
comprende medios 46 de enganche, situados en el extremo del haz 8 de
tubos conectado operativamente a los medios 9 de conexión.
De acuerdo con una realización preferida, dichos
ganchos 46 comprenden al menos un perno 47 de anilla, adaptado para
realizar un enganche con instrumentos adecuados de izamiento con el
fin de permitir la manipulación del haz 8 de tubos.
La unidad 4 de intercambio de calor comprende
los medios 10 de contención adecuados para recibir los medios 6 de
intercambio en ellos de modo que al menos una porción del haz 8 de
tubos está rodeada externamente por el segundo fluido.
Dichos medios 10 de contención se extienden
preferiblemente a lo largo de la dirección predominante Z del haz 8
de tubos como para rodear y encerrar el propio haz.
Dicho aparato 6 de intercambio de calor se hace
descansar en dichos medios 10 de contención. Por el término
descansar se entiende que los medios 6 de intercambio descansan en
una porción de los medios de contención cargándola con su peso y
que, por lo tanto, están soportados por la misma, sin enlaces
adicionales.
Con el fin de garantizar un sellado de fluido
entre los medios 6 de intercambio y los medios 10 de contención de
modo que los gases no se escapen al ambiente fuera de la unidad 4 de
intercambio en una interfaz entre el aparato 6 de intercambio y los
medios 10 de contención, se interpone un bastidor 52, que es parte
del tanque 26.
De acuerdo con una realización preferida, dicho
bastidor 52 rodea perimetralmente la base 32 del tanque 26 de
recogida.
Preferiblemente, el bastidor 52 tiene una
sección con forma de "C", de modo que la distancia entre los
dos extremos de la "C" no es menor que una altura de un borde
exterior 54 de la base 32 tomada a lo largo de una dirección
paralela a la dirección predominante Z.
Ventajosamente, dicho bastidor es adecuado para
estar encajado alrededor del borde exterior 54 de la base 32; en
otras palabras, se proporciona un acoplamiento de forma entre la
sección con forma de C y el borde exterior de la base 32.
De acuerdo con una posible realización, una
placa 56 de aislamiento, preferiblemente de material cerámico, se
coloca sobre dicha base 32 con el fin de descansar en dicha base 32
dentro del tanque 26 de recogida.
Dicho aparato 6 de intercambio está recibido al
menos en parte en los medios 10 de contención.
Ventajosamente, los medios 10 de contención
comprenden una envoltura 48 que rodea el haz de tubos y que realiza
el transporte de los humos hacia el haz 8 de tubos, de acuerdo con
una dirección sustancialmente perpendicular a la dirección
predominante Z del haz 8 de tubos, por ejemplo indicada por la
flecha F' en la figura 2.
Ventajosamente, dicha envoltura 48 termina en un
extremo con un collar 50 que se extiende a lo largo del perímetro
del extremo de la envoltura.
Preferiblemente, dicho collar 50 se extiende a
lo largo de un perímetro que sigue y contiene parcialmente el borde
exterior 54 de la base del tanque de recogida.
Debido al hecho de que el borde exterior 54 de
la base 32 está comprendido al menos parcialmente dentro del área
delimitada por el collar 50, se hace un enlace en la dirección
predominante Z entre el aparato de intercambio y los medios de
contención.
En otras palabras, el aparato 6 de intercambio
se hace descansar en el collar 50 de los medios 10 de
contención.
De acuerdo con una realización, ventajosamente,
unas juntas (no ilustradas), preferiblemente de fibra cerámica,
están interpuestas entre el collar 50 y la base 32 con el fin de
garantizar una junta de fluido.
De acuerdo con una realización adicional, el
collar 50 recibe el bastidor 52 de la base 32 con ajuste
estanco.
De acuerdo con una realización, ventajosamente,
dicho bastidor 52 se puede enfriar, creando un conducto hidráulico
dentro de él y conectando dicho conducto a un circuito de
enfriamiento.
De acuerdo con una posible realización,
ventajosamente, dicho aparato 6 de intercambio también comprende un
sistema de limpieza de haz de tubos.
Preferiblemente dicho sistema de limpieza es un
sistema de sacudida, que limpia las superficies de los tubos de los
haces de tubos por medio de percusión directa o indirecta del propio
haz de tubos.
Ventajosamente dicho sistema de limpieza está
montado cerca de dicho extremo superior 12 del haz 8 de tubos,
preferiblemente dentro de dicho tanque 26 de recogida, si está
proporcionado.
En particular, posicionando el sistema de
limpieza dentro del tanque de recogida, en un área no rodeada por
gases de combustión corrosivos o calientes, la duración y la
fiabilidad del sistema se prolongan.
Ventajosamente, el sistema de limpieza comprende
algunas barras que están soldadas o en cualquier caso hechas
integrales con los elementos del haz de tubos.
Lo que es más, dichas barras están hechas
integrales o conectadas entre sí. Una batería de sacudidores está
adaptada para sacudir dichas barras con el fin de hacer que los
elementos del haz de tubos vibren.
Las unidades de intercambio de calor descritas
se usan en cualquier tipo de planta de recuperación parcial o total;
en otras palabras, son aparatos de intercambio de calor o
intercambiadores de calor o transformadores de calor, adaptados para
usar el contenido térmico residual de un fluido que es descargado
desde cualquier tipo de planta.
Ventajosamente, se usan en plantas de
incineración de desechos, en las que los humos producidos por la
incineradora constituyen el fluido "caliente", en otras
palabras, el segundo fluido que tiene un contenido térmico residual
que está destinado a ser recuperado, transfiriéndolo al primer
fluido a una temperatura inferior, conocida como refrigerante.
Los gases quemados que se originan de la
incineración de los desechos son ricos en polvos contaminantes o
tóxicos y, por lo tanto, con el fin de ser liberados en la
atmósfera, se deben purificar.
Normalmente los filtros de purificación son
incapaces de filtrar tales gases a alta temperatura, ya que, a tales
temperaturas, las sustancias tóxicas contenidas en los gases son
extremadamente corrosivas hasta el punto de que deterioran
rápidamente los filtros.
En este tipo de plantas, las unidades descritas
son particularmente ventajosas.
De hecho, realmente, en tales plantas de
incineración los humos producidos tras la incineración de desechos
están dirigidos a lo largo de una ruta de humos predeterminada, a
través de los medios de contención, por ejemplo con sistemas de
canalización aislados adecuadamente con el fin de limitar la pérdida
de calor.
Ventajosamente, las unidades de intercambio de
calor divulgadas en la presente invención están dispuestas a lo
largo de dicha trayectoria.
Preferiblemente, los sistemas de dirección se
desarrollan en una dirección horizontal, es decir, paralela al plano
de base o basamento de la planta, mientras que las unidades de
intercambio se desarrollan de acuerdo con una dirección vertical,
es decir, perpendicular a la dirección horizontal con respecto al
plano de base de la planta.
Tales unidades permiten por lo tanto el
intercambio de calor entre los humos de combustión y un refrigerante
que fluye, bajo circulación natural o artificial, dentro de los
haces de tubos.
Ventajosamente, el primer fluido o refrigerante
usado está constituido por agua en diversos estados físicos y, en
particular, en forma de vapor saturado, vapor calentado o agua,
dependiendo de si son unidades 4' de vaporizador, unidades 4'' de
sobrecalentador o unidades 4''' de economizador.
El primer fluido que circula dentro del haz de
tubos, tras el intercambio de calor aumenta de temperatura y puede
por lo tanto estar dirigido a una amplia variedad de usos, por
ejemplo como fluido de motor en plantas de turbinas de vapor o con
el fin de alimentar una unidad de calentamiento.
Se apreciará en la descripción anterior que las
unidades de intercambio de calor de acuerdo con la invención hacen
posible superar los inconvenientes encontrados en unidades de
intercambio del estado de la técnica.
Inhabitualmente, las unidades de intercambio de
calor descritas pueden ser extraídas con operaciones muy sencillas y
la operación de extracción no requiere ningún corte destructivo de
una lámina de metal y partes presurizadas en general, sino
simplemente la retirada de conexiones roscadas en el embridamiento
que conecta la unidad con los fluidos de intercambio de calor.
El hecho de que no se realizan cortes
destructivos implica ventajas económicas adicionales, así como una
reducción considerable en tiempos de detención técnica de la planta,
ya que las partes presurizadas remplazadas o soldadas pueden ser
sometidas a nuevos comprobaciones y ensayos.
Una ventaja adicional se refiere a operaciones
de limpieza, ya que es posible usar sistemas de sacudida del estado
de la técnica con un efecto técnico que no se puede obtener en
unidades de intercambio de calor del tipo previo.
De hecho, realmente, en las unidades conocidas
de intercambio el haz de tubos está enlazado a la estructura de la
unidad de manera rígida, por lo que, si es sometido a martilleo, los
tubos del haz vibran ligeramente y la cantidad de suciedad
pulverulenta retirada es muy pobre. Se debería considerar también
que la suciedad pulverulenta contiene a menudo residuos que pueden
hacerla pegajosa o viscosa y la misma tiende por lo tanto a pegarse
a las superficies exteriores de los tubos del haz. La acción de
martilleo debe por lo tanto ser enérgica y causar oscilaciones
amplias de tubo, con el fin de permitir una limpieza adecuada.
El haz de tubos divulgado, gracias a los
sistemas de enlace descritos, tiene una elasticidad considerable en
funcionamiento, sin requerir la desconexión de la unidad de
intercambio.
Al mismo tiempo, con el fin de garantizar la
elasticidad del haz de tubos, impidiendo de este modo que se quede
excesivamente deformado por el esfuerzo térmico causado por el
contacto con gases templados, es particularmente ventajosa la
disposición de los tubos que, con relación a un plano perpendicular
a la dirección preferente del haz, discurren de acuerdo con una
curva que forma ángulos entrantes y salientes alternantes.
Esta configuración, aunque garantiza una alta
flexibilidad en el haz de tubos y por lo tanto una limpieza rápida y
eficiente del mismo por medio de sistemas de sacudida, es capaz de
garantizar el posicionamiento relativo correcto entre los tubos del
haz mientras que la unidad de intercambio está en funcionamiento,
con el fin de no dificultar el intercambio correcto de calor entre
los tubos y un fluido exterior.
De hecho, realmente, si los tubos del haz son
excesivamente frágiles, existe un peligro de que bajo esfuerzos
térmicos los tubos puedan quedarse excesivamente deformados y perder
su alineación correcta con relación al flujo de gases templados,
con la consecuente reducción en la superficie de intercambio de
calor entre los fluidos.
Por lo tanto, el haz de tubos descrito garantiza
una alta eficiencia de la unidad en todas las condiciones de
funcionamiento y permite la retirada precisa y rápida de la suciedad
pulverulenta que la cubre, garantizando de este modo la máxima
eficiencia de limpieza.
El posicionamiento del sistema de sacudidor en
un área no rodeada por gases templados y corrosivos permite una
mayor duración de los propios sistemas de sacudidor.
Una ventaja adicional es que los medios de
conexión entre el haz de tubos y la unidad de intercambio de calor
no entran en contacto con el flujo de gases corrosivos templados.
Por lo tanto, por una parte, tales medios de conexión no están
sometidos a ninguna acción corrosiva que pueda comprometer su
duración y, por otra parte, no constituyen a su vez un receptáculo
de suciedad pulverulenta que, como en las unidades del estado de la
técnica, tiende inevitablemente a caer en los tubos, contribuyendo
de este modo al ensuciamiento del haz.
\newpage
Obviamente, los expertos en la técnica, con el
fin de satisfacer necesidades específicas y contingentes, pueden
producir un número de alteraciones y variantes en las unidades de
intercambio de calor descritas anteriormente.
Por ejemplo, se puede proporcionar un haz de
tubos que está colgado en la estructura de la unidad de intercambio
de calor también en una realización que no estipula el uso del
tanque de recogida.
Lo que es más, el haz de tubos puede estar
enlazado a la unidad de intercambio incluso sin medios de separación
entre el área rodeada por los humos templados y el área en la que se
sitúan los medios de sacudida.
Obviamente, son posibles variantes y
alteraciones adicionales en las unidades de intercambio de calor
descritas, todas las cuales permanecen dentro del alcance de la
invención como se define en las siguientes reivindicaciones.
Claims (13)
1. Una unidad (4', 4'', 4''') de intercambio de
calor, adecuada para realizar intercambio de calor entre unos
fluidos primero y segundo a diferentes temperaturas, que comprende
un aparato (6) de intercambio provisto de un haz (8) de tubos,
atravesado internamente por dicho primer fluido, que contiene medios
(10) de contención de dicho segundo fluido, adecuados para alojar
dicho aparato (6) de intercambio de tal manera que al menos una
porción de dicho haz (8) de tubos está rodeada externamente por
dicho segundo fluido, comprendiendo dicho aparato (6) de intercambio
medios (9) de conexión estructuralmente separados de dichos medios
(10) de contención y a los que está conectado operativamente un
extremo de dicho haz (8) de tubos, comprendiendo dicho aparato (6)
de intercambio un tanque (26) de recogida dispuesto en el extremo
del haz (8) de tubos conectado operativamente a los medios (9) de
conexión, comprendiendo el tanque (26) de recogida una estructura
con forma de caja que es estanca a los fluidos con relación a dicho
segundo fluido, y encerrando el tanque (26) de recogida dichos
medios (9) de conexión;
caracterizada porque:
la unidad de intercambio de calor comprende
medios (52, 54) de separación interpuestos entre los medios (9) de
conexión del haz (8) de tubos y los medios (10) de contención con el
fin de garantizar una junta de fluido entre dichos medios (9) de
conexión y los medios (10) de contención,
los medios (52, 54) de separación comprenden un
bastidor (52) de separación fijado integralmente al tanque (26) de
recogida,
el aparato de intercambio descansa en una
porción de dichos medios (10) de contención cargándola con su peso y
está soportado por lo tanto por la misma, sin enlaces
adicionales.
2. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con la reivindicación 1, en la que dichos medios (9) de conexión se
extienden en una dirección que es sustancialmente paralela a dicho
haz (8) de tubos.
3. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con la reivindicación 1, en la que dichos medios (9) de conexión se
extienden en una dirección que es sustancialmente perpendicular a
dicho haz (8) de tubos.
4. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones previas, en la que dicho haz
(8) de tubos comprende al menos una abertura (16) de entrada del
primer fluido en el haz (8) de tubos y al menos una abertura (20)
de salida del primer fluido desde el haz de tubos, estando
dispuestas dicha abertura (16) de entrada y dicha abertura (20) de
salida en correspondencia con dichos medios (9) de conexión.
5. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones previas, en la que dicho
aparato (6) de intercambio comprende medios (51) de sacudida de
dicho haz (8) de tubos, estando dispuestos dichos medios (51) de
sacudida en dichos medios (9) de conexión.
6. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones previas, en la que dichos
medios (52, 54) de separación comprenden una placa (54) de
separación al menos parcialmente cruzada por dicho haz (8) de
tubos.
7. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con la reivindicación 6, en la que dicha placa (54) de separación
está solidamente fijada a dicho tanque (26) de recogida.
8. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con la reivindicación 1, en la que dicho bastidor (52) de separación
está adaptado para ser conectado a un circuito de enfriamiento.
9. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones previas, en la que dicho
aparato (6) de intercambio comprende medios (46) de enganche,
adaptados para permitir la manipulación de dicho aparato (6) de
intercambio, estando dispuestos dichos medios (46) de enganche en el
extremo del haz (8) de tubos conectado operativamente a los medios
(9) de conexión.
10. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con la reivindicación 9, en la que dichos medios (46) de enganche
comprenden al menos un perno (47) de anilla.
11. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones previas, en la que dicho haz
(8) de tubos se extiende como un serpentín a lo largo de una
dirección predominante Z.
12. La unidad de intercambio de calor de acuerdo
con la reivindicación 11, en la que, con relación a un plano
perpendicular a dicha dirección predominante Z, dicho haz (8) de
tubos se extiende al menos en parte a lo largo de una línea
discontinua que forma una serie de ángulos entrantes y salientes
alternos.
13. Una planta de producción de vapor que
comprende una unidad (4', 4'', 4''') de intercambio de calor de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas.
Applications Claiming Priority (2)
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