ES2320165T3 - Dispositivo y procedimiento asociado para la deteccion del flujo termico especifico en una pared de membrana con el fin de optimizar el funcionamiento de una caldera. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la exposición y el control de un flujo térmico referido a una zona de superficies de transmisión de calor en zonas de pared de centrales de ciclo combinado, compuestas de calderas con cámara de combustión, tiros de radiación y convección y con paredes de membrana, consistiendo las superficies de transmisión de calor en tubos (3) para el medio a calentar y de nervios (4) soldados a los tubos (3) para formar una pared de membrana (2) continua, hecha de un material base con contenido en hierro, caracterizado porque las paredes de membrana de la cámara de combustión y de los tiros de radiación están equipadas con varios sensores que se componen de al menos dos puntos de contacto (7, 8) para la medida de la tensión diferencial según el método de medida por termoelemento y con un indicador (9) para la conversión de las tensiones diferenciales medidas en unidades de flujo térmico, porque cada uno de los puntos de contacto (7, 8) se apoya sobre el material base de hierro unido de modo continuo y se conecta con el indicador a un conductor correspondiente del mismo material de filamento térmico, colocándose uno de los conductores en el centro del nervio y el otro conductor en el vértice del próximo tubo o tubo adyacente y conectándolo con el indicador y porque se determina el flujo térmico "online" a partir de los datos de medida obtenidos durante el funcionamiento de la central de ciclo combinado a través de la tensión diferencial.

Description

Dispositivo y procedimiento asociado para la detección del flujo térmico específico en una pared de membrana con el fin de optimizar el funcionamiento de una caldera.

La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la exposición y el control de un flujo térmico con respecto a una zona superficial de transmisión de calor según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 5.

De la WO-A2-2004/036116 y US-A-6485174 se conocen sensores de flujo térmico de pared de membrana, cada uno con dos puntos de medida, para conocer la diferencia de temperatura. En cada punto de medida se encuentra un termoelemento de tipo estructural tradicional, cada uno compuesto por un par de termoelementos. Los errores que se producen durante el cálculo del flujo térmico debidos a las diferentes temperaturas medidas pueden conducir a un error total importante en el cálculo del flujo térmico, en particular cuando las diferencias entre las temperaturas son pequeñas.

De la US 4779994 se conoce un sistema de flujo térmico que opera con termoelementos tradicionales. Se necesitan aquí, además, capas de aislamiento y protección eléctricas que aumentan el peligro de errores en la medida y, en particular, no pueden utilizarse en el diseño de calderas generadoras de vapor debido al alto rango de las temperaturas de operación.

En los generadores de vapor, la energía de los gases de combustión se transmite al agua o al vapor, en un rango de alta temperatura, esencialmente, por la radiación de las llamas y del gas y en un rango de temperaturas bajo, básicamente por convección. El diseño de las superficies de transmisión térmica tiene en cuenta las leyes físicas. En el rango de altas temperaturas son usuales tiros de salida de gases sin componentes interiores - los llamados "tiros de vacío" o "de radiación". En rangos de temperaturas de fumígenos inferiores, los tiros de las calderas se equipan con tubos que aseguran una buena transmisión térmica convectiva desde el fumígeno al medio a calentar. Las paredes que alojan el fumígeno de todos los tiros de caldera en la mayoría de los casos se forman con paredes de membrana. Estas paredes de membrana se componen de tubos (3) soldados entre sí por medio de nervios (4). Éstos forman un sellado estanco para los fumígenos y en general se refrigeran por agua que hierve en los tubos.

Por razones técnicas materiales y de procedimiento es necesario reducir el flujo térmico sobre las paredes de membrana en áreas parciales de los tiros de radiación. Esto se consigue mediante materiales distribuidores refractarios, es decir materiales seleccionados según sus resistencias químicas y térmicas y que se fijan en las paredes de membrana de diversas formas y maneras.

Los fumígenos son enfriados desde la temperatura de combustión adiabática en los tiros de radiación hasta la temperatura de entrada adecuada en la zona convectiva. La temperatura de entrada adecuada del fumígeno en la zona convectiva depende de las características del combustible utilizado y de las temperaturas del vapor proyectadas. En las
plantas de combustión de residuos, con frecuencia esta temperatura adecuada del fumígeno oscila entre 500ºC y 600ºC.

Los subproductos de la combustión, tanto si se trata de cloro, azufre, metales pesados, metales alcalinos, metales alcalinotérreos u otros minerales, se generan en compuestos en forma de gas y vapor según las temperaturas de combustión; tales compuestos, tanto en la fase gas como también durante el enfriamiento en la fase condensada, atacan los materiales de la caldera utilizados mediante diferentes mecanismos de corrosión. Además, el polvo inerte también se fija sobre estos compuestos condensados formando incrustaciones. Estas incrustaciones obstaculizan la transmisión del calor desde el fumígeno a las superficies de calentamiento, tanto en los tiros de radiación como también en los tiros convectivos. En los tiros convectivos además se ve obstaculizada la salida libre de los fumígenos.

Cuando se diseñan las superficies de calentamiento se intenta que los fumígenos se enfríen en los tiros de radiación, de modo que la condensación de los compuestos gaseosos o en forma de vapor por delante de la entrada del tiro convectivo en gran medida se ha completado, reduciéndose la agresividad de los componentes gaseosos. Especialmente al principio del ciclo, en caso de superficies de calentamiento no revestidas, y, si es el caso con carga parcial, la temperatura del fumígeno por delante de la entrada del tiro convectivo debe ser todavía tal que quede asegurado un suficiente sobrecalentamiento del vapor

Además, se han de minimizar las superficies de calentamiento, y con ello los costes de fabricación, mediante de una diferencia de temperatura y una transmisión de calor entre el fumígeno y el medio a calentar con el mayor efecto posible. Los métodos de cálculo disponibles permiten, en principio, este diseño.

Objetivo de la invención

Las características de los combustibles procedentes de diversas fuentes y, por tanto, el comportamiento de los fumígenos desgraciadamente no siempre pueden predecirse con exactitud. Es necesario evitar un exceso de las temperaturas pretendidas del fumígeno por delante de la entrada en el tiro de radiación convectivo debido a los importantes revestimientos existentes sobre las superficies de calentamiento. Con un caudal del fumígeno conocido y de una composición determinada se puede determinar la disminución del contenido térmico de los fumígenos mediante una medida de la temperatura de los mismos. En cuanto a la superficie de calentamiento, se puede calcular así, hasta ahora, el flujo térmico específico medio hacia las correspondientes superficies de calentamiento.

En base a este conocimiento desgraciadamente no se puede saber. a través de una medida de la temperatura del fumígeno, en qué zonas de los tiros de radiación las incrustaciones u otros factores de influencia obstaculizan la transmisión de calor hasta tal punto que es necesario limpiar la instalación con un procedimiento de limpieza "on-line" (en línea) o detenerla para la limpieza. Especialmente en la limpieza "on-line" es una ventaja conocer la zona incrustada mediante un procedimiento de medida. Además de las incrustaciones, es necesario tener en cuenta la mampostería refractaria (11). Esta mampostería refractaria de protección (11) tiene una vida de servicio de entre uno y cinco años. La mampostería refractaria se aplica sobre la pared de membrana mediante moldeo por proyección con adición de agua para finalmente fraguar. También se conocen masas compactadas manualmente. El espesor de capa de tales masas aplicadas oscila en el rango de 25 mm a 30 mm. Los tipos de mamposterías refractarias arriba mencionados se están sustituyendo por baldosas de sencillo montaje basadas en SiC (carburo de silicio), que se fijan sobre la pared de membrana con un mortero especial, opcionalmente ventiladas por detrás o rellenadas por detrás. Cuando se rebasa su vida útil, la mampostería refractaria puede desprenderse repentinamente en grandes segmentos o formar fisuras de escape del fumígeno entre sí y la pared de membrana. Ambas cosas representan una desventaja para el procedimiento y, en un futuro, podrán detectarse previamente según la invención. En la fisura se producen fuertes corrosiones de la pared de membrana y el flujo térmico se ve obstaculizado por la resistencia térmica adicional de la fisura para con el fumígeno. Al perderse la mampostería, el flujo térmico es mayor de lo proyectado y los fumígenos agresivos tienen contacto directo con los materiales metálicos.

Además de los mecanismos aquí descritos, existen zonas en las calderas en las que, para su diseño, es necesario conocer la magnitud del flujo térmico en tales determinadas zonas, por ejemplo para cumplir las condiciones mínimas de combustión en plantas de incineración de residuos. En este contexto de las plantas incineradoras de residuos, han de mencionarse, en particular, la zona de alimentación de los residuos sobre la parrilla y la correspondiente zona de encendido. En ellas normalmente se puede observar una fuerte llama. Sin embargo, no se puede saber si, debido a la falta de oxígeno o a una concentración óptima de oxígeno, por detrás o dentro de la llama actúa la misma radiación térmica, una radiación superior o inferior sobre las paredes de la caldera.

El flujo térmico puede determinarse, en principio, mediante un costoso procedimiento a través de la pared de membrana de medidas puntuales de la diferencia de temperatura en una capa de resistencia térmica conocida. La firma Clyde Bergemann comercializa un aparato de este tipo bajo el nombre Smart Flux ^{TM} Sensor CBW01.

Debido a que en este procedimiento el flujo térmico ha de medirse sobre las paredes de membrana desde el lado del gas y, por tanto, del lado con carga agresiva, esta medida, en principio sencilla, ha de resistir considerables tensiones. Por un lado, es necesario elegir los aislamientos eléctricos de manera que sean operativos a las temperaturas existentes. Por otro lado, es necesario proteger todo el conjunto contra las cargas corrosivas y mecánicas durante el funcionamiento y las revisiones. De entre las cargas se cuenta la renovación de la mampostería refractaria. Normalmente, la mampostería refractaria gastada se elimina con martillos neumáticos y/o con un chorro de arena. Otra dificultad sería la colocación del conjunto descrito. Puesto que la pared de membrana tiene una forma comparativamente compleja a través de la cual no penetra el flujo térmico, forzosamente en la pared de forma perpendicular a la superficie, y debido a que la superficie acodada es aproximadamente 1,4 veces mayor que la superficie proyectada, es muy difícil calcular una posición representativa para la medida del flujo térmico.

Por tanto, el objetivo de la presente invención consiste en evitar las desventajas descritas y proporcionar un dispositivo y un procedimiento de detección de un flujo térmico correspondiente referido a una zona de superficies de intercambio de calor en áreas de la pared de centrales de ciclo combinado, que trabaje incluso con rangos de medida pequeños, de hasta 10º, con una gran precisión, inferior a un 1%, y que se puede utilizar, en particular, también en paredes de membrana con un perfil comparativamente complejo.

Este objetivo se alcanza según la invención con las características indicadas en las reivindicaciones 1, 5 y 6.

A continuación se explica la invención más en detalle con ayuda de varios ejemplos de realización.

El cálculo de la temperatura local según el método de los elementos finitos teniendo en cuenta las características del material de la pared de membrana, la distancia entre tubos, el material de mampostería refractaria y su espesor de capa permite la evaluación de las condiciones existentes posteriormente con una combustión óptima. Se explica la invención a continuación en una construcción sencilla y de amplia difusión de una pared de membrana con una mampostería refractaria segmentada. Al calcular las temperaturas en las paredes de membrana según el método de los elementos finitos se observó que la temperatura en el nervio es mayor que en el tubo (figura 1) debido al flujo térmico y a las resistencias térmicas. Estudios más exactos han demostrado que existe una relación proporcional entre la diferencia de temperatura en el centro del nervio hasta el vértice del tubo más alejado del fumígeno y el flujo térmico específico (figura 2). Con una pérdida muy pequeña de calor debido al aislamiento (5), la temperatura del vértice del tubo más alejado del fumígeno es aproximadamente igual a la del agua hirviendo.

La Figura 1 muestra una representación tridimensional de las temperaturas del material en una sección de una pared de membrana típica según el corte AA y BB de la Figura 5. Los cálculos según el método de los elementos finitos se realizaron para una pared de membrana con una división (la distancia de los tubos) de 100 mm, una carga térmica de 50 kW/m^{2} y con una temperatura de agua hirviendo de 300ºC. Adicionalmente se ha tenido en cuenta para el cálculo que la pared de membrana está protegida por una mampostería refractaria (masa SiC90) de alta conductividad térmica con una altura de 30 mm por encima del vértice de los tubos. Por la diferente capacidad de conductividad térmica de los distintos componentes, mampostería refractaria, acero y agua, la transmisión de calor del tubo al agua y los diferentes flujos térmicos, se pueden reconocer bien las temperaturas del material en el contorno.

En la representación tridimensional se han indicado, además, los puntos de medida 7 y 8, al igual que la línea de intersección CC de la Figura 5.

El diagrama de la Figura 2 muestra el desarrollo de la temperatura en la línea de corte CC de las Figuras 1 y 5, que transcurre por el lado del nervio (4) alejado del fumígeno paralelamente al nervio (4) hasta dentro del agua hirviendo (13). El destacado perfil simétrico de la temperatura se produce debido a que el calor que llega al nervio (4) se escapa en la dirección de los tubos (3). La temperatura máxima se encuentra en el centro del nervio. Los desarrollos de temperatura confirmados por experimentos se tomaron de cálculos según el "método de los elementos finitos" de acuerdo con la Figura 1. En la Figura 2 se representan, además, los resultados del cálculo para una variación de parámetros. Para la variación de parámetros se varió la división de 100 mm a 75 mm y el flujo térmico de 50 kW/m^{2} a 10 kW/m^{2}. La diferencia de temperatura desde el centro del lado del nervio alejado del fumígeno hasta el agua hirviendo desciende linealmente de 324ºC - 300ºC = 24ºC a 304,8ºC - 300ºC = 48ºC en un factor 5, esto con una reducción del flujo térmico de 50 kW/m^{2} a 10 kW/m^{2}. Mediante la determinación (por cálculo) de estas relaciones proporcionales es posible averiguar el flujo térmico específico de modo continuo (ecuaciones 1 - 4), mediante la medida continua de las temperaturas diferenciales.

La Figura 2 muestra al mismo tiempo que la temperatura máxima en el lado del nervio alejado del fumígeno desciende claramente de 304,8ºC a 301,2ºC a medida que disminuye la división de 100 mm a 75 mm. Esto se puede explicar debido a que sobre el nervio más corto impacta menos calor y la resistencia térmica es menor con el nervio más corto. Al determinar el factor de proporcionalidad, por tanto, ha de tenerse especialmente en cuenta la división de la pared de membrana.

Con ayuda de este procedimiento según la invención es posible determinar el flujo térmico desde el lado exterior protegido de la pared de membrana prácticamente en cualquier punto de la pared de membrana a través de la determinación de la diferencia de temperaturas y la relación proporcional arriba mencionada. Es posible obtener datos importantes para el diseño de la caldera en lo que se refiere al estado de la mampostería refractaria y de las incrustaciones. Así, se puede tomar una decisión sobre las zonas de las calderas en las que se ha de realizar una limpieza "on-line". Se pueden obtener datos sobre qué particularidades se presentan durante la combustión de residuos específicos y cuáles son los ajustes que conducen a que las incrustaciones sobre las superficies de calentamiento sean menores. Este procedimiento según la invención permite, con estas informaciones, un mejor control de la caldera.

Esta diferencia de temperaturas arriba descrita, que, con temperaturas del material (temperaturas del agua hirviente) entre 250ºC y 300ºC, con frecuencia puede ser de algunos pocos grados hasta aproximadamente 100ºC, puede determinarse en principio con dos termoelementos o con medidas de la temperatura de resistencia.

Un termoelemento es un componente fabricado en dos metales diferentes que se sirve del efecto "Seebeck" para generar una tensión. Ésta se puede aprovechar, por ejemplo, para medir la temperatura. El efecto "Seebeck" indica que dos metales que se unen entre sí producen una tensión termoeléctrica en sus capas límite. Esta tensión depende de la temperatura y oscila en el rango de algunos pocos microvoltios. Con ayuda de la llamada "serie de tensión termoeléctrica" (véase DIN EN 60584) se puede llegar a conclusiones en cuanto a la temperatura en el punto de medida. Cada metal tiene un coeficiente termoeléctrico que, en la mayoría de los casos, se indica en relación al platino. Una ecuación simple basta por completo para la práctica.

U_{th 1} = (k_{Fe} - k_{CuNi}) \cdot T_{med. 1}

(ecuación 1)

A continuación se parte de un termoelemento del tipo J. El filamento del par termoeléctrico es de hierro puro (99,95% Fe) comercial, que normalmente contiene cantidades importantes de impurezas de carbono, cromo, cobre, manganeso, níquel, fósforo, silicio y azufre. El filamento negativo del par termoeléctrico es de una aleación de cobre-níquel, a menudo denominada constantán. Ambos filamentos, que normalmente se conducen aislados eléctricamente en tubos protectores o casquillos protectores hacia el punto a medir, forman el termoelemento.

U_{th1} = (k_{Fe} - k_{CuNi}) \cdot T_{med. 1}

(ecuación 1)

U_{th2} = (k_{Fe} - k_{CuNi}) \cdot T_{med. 2}

(ecuación 2)

U_{th2-1} = (k_{Fe} - k_{CuNi}) \cdot (T_{med. 2} - T_{med. 1})

(ecuación 3)

Las ecuaciones 1 a 3 describen la formación de la tensión térmica de los puntos de medida a las temperaturas 1 y 2, representando k_{CuNi} y k_{Fe} los coeficientes termoeléctricos de la aleación CuNi y Fe y T_{med. 1} y T_{med. 2} la temperatura en los correspondientes puntos de medida.

Por tanto, para calcular el flujo térmico específico sobre una pared de membrana se necesita la temperatura diferencial de dos puntos de medida representativos (ecuación 4).

(ecuación 4)T_{med. 1} - T_{med. 2} [^{o}C] = \Delta T [^{o}C] = \sim \Delta U [V] = \sim q [W/m_{2}]

Durante la ejecución práctica de dos medidas y la obtención de la diferencia de los resultados se puede producir una duplicación del error de medición debido a los errores admisibles según DIN para la medición prevista. La norma ASTM E230-87 en la edición de 1992 del anuario de ASTM indica las tolerancias de la serie de valores básicos para termopares de tipo J (hierro, constantán) con \pm 2,2ºC ó \pm 0,75% (es aplicable en cada caso el mayor de los dos valores) entre 0ºC y 750ºC. Los termopares del tipo J también pueden suministrarse con tolerancias especiales de \pm 1,1ºC ó \pm 0,4%. Los posibles errores a 300ºC con \pm 1,1ºC ó \pm 1,2ºC de los diferentes termoelementos son considerables incluso con una gran precisión. Si se comparan las temperaturas de dos puntos de medida obteniendo la diferencia, ha de contarse con desviaciones de hasta 2,2ºC. No se pueden excluir en el punto de medida de la pared de membrana otros errores debidos a la fijación de los termoelementos en tubos de protección o en manguitos con aislamiento eléctrico.

En las Figuras 3 y 4 se compara el procedimiento de medida conocido y el procedimiento según la invención. En la Figura 3 se representa el procedimiento usual de medida. En la Figura 4 se muestra cómo se utiliza según la invención el material base como parte del termoelemento. Para el caso de que el material base no corresponda al hierro de tipo J, es posible determinar el efecto termoeléctrico k_{Fe} mediante medidas comparativas.

(k_{Fe} ha de medirse, eventualmente, también con la medida de la temperatura diferencial).

Por tanto y según la invención se propone elegir el material base de tubos (3) y nervios (4) de la pared de membrana arriba (2) mencionada, fabricada en acero de baja aleación, como material base positivo común para los dos termoelementos y conectar con el material base para ambos termoelementos, en cada caso, solamente un filamento de constantán 10a y 10b en aquellos puntos en los que se pretende determinar la diferencia de temperatura. Este procedimiento se puede realizar de modo especialmente sencillo, ya que los dos filamentos de constantán negativos (10a, 10b) pueden soldarse directamente al material base sin tener en cuenta un aislamiento eléctrico frente al material base.

Con la medida usual de diferencias con dos mediciones de temperatura en un rango correspondiente de medición de 0ºC a 300ºC se puede producir, en el caso más desfavorable, un error de medición de 2,2ºC. Con esta medida de la diferencia a través de dos mediciones de temperaturas con termoelementos separados y un rango de medida de 0ºC-10ºC podría resultar, bajo circunstancias desfavorables, un error de medida del 22%.

Con la misma precisión del 0,4% y un rango de medición de la medida de diferencias según la invención de 0 - 10ºC, para la medida de diferencias según la invención resulta un error de solamente 0,04ºC. A esto hay que añadir que con la medida de diferencias según la invención se ahorra un 50% del material de filamento del par termoeléctrico y un convertidor de medidas.

Mediante la medición de diferencias según la invención en un rango de medida adaptado a la máxima temperatura diferencial y, por tanto al flujo térmico máximo, se puede alcanza una precisión de medida de aproximadamente un 0,4%. Si por razones de seguridad el rango de medida se dimensiona al doble del valor de la temperatura diferencial esperada, el error de medida esperado todavía queda por debajo del 1%. Cuando se para la planta es posible calibrar el punto cero, ya que entonces la tensión termoeléctrica es igual a 0. Eligiendo el material base como parte de la medida de diferencias según la invención se evitan todos los errores que normalmente pueden producirse por pérdidas de calor en los elementos de fijación.

Limpiando la pared de membrana antes de poner en marcha la planta es posible determinar la reducción del flujo térmico por la formación de incrustaciones con estados operativos comparables. Si, además, se eliminan las incrustaciones durante el funcionamiento de la planta mediante la limpieza "on-line", es posible optimizar el funcionamiento de la combustión con la medida del flujo térmico.

La localización de los puntos de contacto se selecciona según estimaciones teóricas con relación a los flujos térmicos esperados y a las zonas expuestas de la mampostería refractaria. Una reducción lenta y continua de la temperatura diferencial y, por tanto del flujo térmico, después de la limpieza durante paradas o la limpieza "on-line" señalan la formación de incrustaciones. Cualquier desviación brusca con un aumento del flujo térmico indica una pérdida de mampostería refractaria. La caída del flujo térmico con estados operativos comparables después de una limpieza de las incrustaciones indica el desprendimiento y la formación de grietas de y en la mampostería refractaria.

La funcionalidad de la mampostería refractaria puede controlarse en las zonas críticas mediante puntos de medida dispuestos verticalmente. En este contexto, es importante el cierre superior de la mampostería en la dirección de la corriente del fumígeno. Por los puntos de contacto antes y después del cierre de la masa compactada se puede reconocer en gran medida, independientemente de los estados operativos, si existen cambios en la mampostería.

El procedimiento descrito y los dispositivos propuestos son adecuados, en principio, para todos los tipos de parrilla, lecho fluidizado, quemador de pulverización y calderas de combustión alternativa.

En la Figura 6 se representa una caldera de combustión típica con una cámara de combustión (31), un primer tiro de radiación (32), un segundo tiro de radiación (33) y un tercer tiro de radiación (34), al igual que un tiro convectivo (35). La cámara de combustión (31) está delimitada, en principio, por el distribuidor (36), la cubierta de encendido (37), la cubierta de combustión total (38), las paredes laterales de la cámara de combustión (39) y la parrilla (41 a-e). La alimentación de combustible se realiza a través de la alimentación de residuos (40) y el distribuidor (36). La combustión se produce sobre la parrilla (41 a-e), subdividida en este ejemplo en 5 zonas de parrilla que pueden operarse individualmente o en conjunto. La escoria quemada cae desde la parrilla (41) en el pozo de caída de escoria (42) hasta el desescorificador. El aire primario (43 a-e) es conducido por separado a través de las zonas de parrilla (41 a-e). El aire secundario (44 a-d) se utiliza para la mezcla y la combustión completa segura de los gases por delante de la entrada en el primer tiro de radiación (32). En las plantas modernas se inyecta el aire secundario en el lado frontal y el lado de combustión se completa en 2 niveles. Por encima de la inyección del aire secundario (44 a-d) se instalan el quemador de arranque y el quemador de apoyo (24).

Las paredes del primer tiro de radiación pueden estar revestidas con una mampostería refractaria (45) para el mantenimiento de las condiciones mínimas de combustión y para la protección de las superficies de calentamiento contra la corrosión en la zona inferior.

Las paredes de membrana (29) sobre la mampostería refractaria (45) en el primer tiro de radiación (32) y en parte en el segundo tiro de radiación (33) pueden protegerse contra la corrosión soldando una aleación a base de níquel (47). Después, normalmente no son necesarias otras medidas de protección contra la corrosión en la parte inferior del segundo tiro (33) y del tercer tiro (34) con las temperaturas normales de ebullición del agua, de 240ºC a 320ºC, y con menores temperaturas del fumígeno.

Normalmente, los fumígenos se enfrían desde la entrada (48) en el primer tiro (32) de 1.000ºC - 1.300ºC hasta abandonar el tercer tiro (34) a 450ºC - 650ºC y entran en el tiro convectivo (35) con estas temperaturas. En el tiro convectivo (35) se enfrían los fumígenos en un evaporador de protección (49), en sobrecalentadores (20), evaporadores (21) y economizadores (22) hasta 180ºC - 230ºC y abandonan la caldera a través del canal de escape de gases (23).

En la zona (46) de la Figura 6 se forman ahora en las incrustaciones nuevas dioxinas y furanos por vía catalítica (síntesis De Novo).

En las Figuras 6 a-d se refleja la colocación de la instalación de medida del flujo térmico según la invención y el proceder según la invención.

Figura 6: contorno de la caldera con equipamiento completo de los sensores de flujo térmico que se utilizan para averiguar las temperaturas diferenciales y los perfiles de temperatura mencionados en las reivindicaciones 4, 10, 11 y 12.

Figura 6a: sector de la Figura 6, medidas de flujo térmico para determinar la posición del combustible por delante del distribuidor sobre la zona de parrilla 31, según la reivindicación 6.

Figura 6b: sector de la Figura 6, medidas del flujo térmico para determinar la posición del fuego en el sistema de combustión, según la reivindicación 5.

Figura 6c: sector de la Figura 6, medidas del flujo térmico para determinar la posición del fuego en la zona de combustión completa, según la reivindicación 8.

Figura 6d: sector de la Figura 6, medidas del flujo térmico para determinar el estado de la mampostería refractaria, según la reivindicación 9.

Los siguientes ejemplos de realización de la invención se basan en una instalación de incineración típica para residuos según la Figura 6. Para una mejor vista general en cuanto a la variedad de posibilidades de regulación, en la Tabla 1 se muestran las magnitudes de ajuste a modificar y su influencia en base a las características de la invención obtenidas según las reivindicaciones 3 a 12.

1

2

Sobre la regulación:

La regulación esencial es la regulación del rendimiento de combustión, la cual tiene diferentes objetivos. Legalmente se exige una combustión completa segura de la escoria y de los fumígenos con temperaturas mínimas y tiempos de permanencia mínimos. Adicionalmente aparece un intenso esfuerzo al configurar el funcionamiento de la planta de la forma más uniforme posible a pesar de las diferentes composiciones del combustible, pudiendo este objetivo ir en contra de los requisitos legales arriba mencionados. Expresado de modo más sencillo, la decisión consiste en elegir entre una vaporización específica estable o un rendimiento de combustión estable. Con una vaporización específica estable, es el vapor, la variable de control esencial, quien regula el rendimiento de combustión a través de la regulación de la capacidad de combustión. Puesto que la información del caudal de vaporización específica llega con un claro retardo a la regulación del rendimiento de combustión frente a la capacidad real de combustión, se obtienen más informaciones del funcionamiento. Hasta ahora preferentemente se han utilizado medidas de la temperatura de cubierta y el contenido de oxígeno en el fumígeno en la zona del economizador. En el futuro se podrán aprovechar ventajosamente las informaciones de las medidas del flujo térmico.

Como ya se ha explicado al principio, con la regulación alternativa del oxígeno se mantiene constante la disminución de oxígeno (producto del intercambio de oxígeno y del caudal de aire alimentado) y, por tanto, el rendimiento químico de combustión con el mismo caudal de aire.

Lo importante para llevar a cabo el procedimiento según la invención es que exista la suficiente cantidad de residuos combustibles sobre la parrilla para que, en caso necesario, aumente rápidamente la potencia térmica avivándolos. Con la medida del flujo térmico a lo largo de la parrilla (reivindicación 5) se pueden reconocer las zonas de aquella en las que todavía queda combustible. En la Tabla 1 se observa que prácticamente se pueden utilizar todas las magnitudes de ajuste para llevar la capa de combustión sobre la parrilla al rango de temperaturas adecuado. Como resultado de la comparación de las temperaturas puede ser necesario modificar el rendimiento (vapor o residuos). Cuando se alimenta demasiado poco combustible, el regulador puede reconocerlo en las medidas del flujo térmico instaladas en la zona del distribuidor (reivindicación 6). Entonces habría de aumentar en primer lugar la capacidad de dosificación o, alternativamente, reducir la potencia de combustión. Sin embargo, también se pueden tomar las otras medidas mencionadas en la Tabla 1. Si se introduce, por ejemplo, menos aire y aire más frío en esta zona de la parrilla, los residuos se queman menos rápidamente en este punto.

Cuando la liberación de calor en el extremo de la parrilla es demasiado grande, en la zona de combustión completa se detecta esta situación con las medidas del flujo térmico mencionadas en la reivindicación 8. En este caso se puede considerar para la regulación cualquier medida, desde la reducción de la potencia hasta el aumento del precalentamiento del aire. La decisión afecta el programa de regulación según las especificaciones de la condición de optimización.

Lista de referencias de las figuras 1-5

1

Cámara de combustión

2

Pared de membrana

3

Tubo

4

Nervio

5

Aislamiento

6

Flujo térmico específico desde la cámara de combustión (1)

7

Punto de contacto centro del nervio

8

Punto de contacto en el vértice del tubo alejado del fumígeno

9

Tensión termoeléctrica

10

a y b filamento de constantán

11

Mampostería refractaria

12

Pérdida de calor específica por el aislamiento (5)

13

Agua hirviendo

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Descripción de la figura 6

(31)

Cámara de combustión

(32)

Primer tiro de radiación

(33)

Segundo tiro de radiación

(34)

Tercer tiro de radiación

(35)

Tiro convectivo

(36)

Distribuidor

(37)

Cubierta de encendido

(38)

Cubierta de combustión completa

(39)

Paredes laterales de la cámara de combustión

(40)

Alimentación de residuos

(41a-e)

Parrilla de combustión zonas 1 - 5

(42)

Pozo de caída de escoria

(43)

Aire primario zonas 1-5

(44)

Aire secundario lado frontal inferior (a), superior (c)

(44)

Aire secundario lado de combustión completa inferior (b), superior (d)

(45)

Mampostería refractaria en el primer tiro

(46)

Zona para la Novo Síntesis

(47)

Soldadura de aplicación austenítica

(48)

Entrada en el primer tiro

(49)

Evaporador de protección

(20)

Sobrecalentador

(21)

Evaporador

(22)

Economizador

(23)

Canal de gas de escape

(24)

Quemador de arranque y apoyo

(25)

Temperatura de cielo de caldera

*

Medida del flujo térmico

Claims (6)

1. Procedimiento para la exposición y el control de un flujo térmico referido a una zona de superficies de transmisión de calor en zonas de pared de centrales de ciclo combinado, compuestas de calderas con cámara de combustión, tiros de radiación y convección y con paredes de membrana, consistiendo las superficies de transmisión de calor en tubos (3) para el medio a calentar y de nervios (4) soldados a los tubos (3) para formar una pared de membrana (2) continua, hecha de un material base con contenido en hierro, caracterizado porque

las paredes de membrana de la cámara de combustión y de los tiros de radiación están equipadas con varios sensores que se componen de al menos dos puntos de contacto (7, 8) para la medida de la tensión diferencial según el método de medida por termoelemento y con un indicador (9) para la conversión de las tensiones diferenciales medidas en unidades de flujo térmico,

porque cada uno de los puntos de contacto (7, 8) se apoya sobre el material base de hierro unido de modo continuo y se conecta con el indicador a un conductor correspondiente del mismo material de filamento térmico, colocándose uno de los conductores en el centro del nervio y el otro conductor en el vértice del próximo tubo o tubo adyacente y conectándolo con el indicador y

porque se determina el flujo térmico "online" a partir de los datos de medida obtenidos durante el funcionamiento de la central de ciclo combinado a través de la tensión diferencial.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se determina de modo continuo el flujo térmico durante el funcionamiento de la central de ciclo combinado y con ello se averigua un perfil de flujo térmico.

3. Procedimiento para la regulación del rendimiento de combustión en centrales de ciclo combinado utilizando un procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el perfil del flujo térmico averiguado durante la operación se compara con un perfil para la liberación uniforme de calor y con ello se determina la posición del fuego en el sistema de combustión y el tipo y la magnitud para la distribución del combustible sobre la parrilla o el lecho de combustible.

4. Procedimiento para la determinación de un estado crítico de las incrustaciones en las superficies de calentamiento de la cámara de combustión formadas por las paredes de membrana o en los tiros de radiación de una central de ciclo combinado mediante la medida de la temperatura diferencial, caracterizado porque en la zona crítica de formación de incrustaciones se instala un elemento de diferencia térmica según la reivindicación 2 en el lado de la pared de membrana alejado del fumígeno, soldándose uno de los puntos de medida con el punto de contacto (7) en el centro del nervio y el otro punto de medida en el vértice del tubo alejado del fumígeno con el punto de contacto (8), y porque en base a la medida continua de la temperatura diferencial se detecta un cambio crítico de estado de las incrustaciones en la pared de membrana cuando no se alcanza una temperatura diferencial predeterminada en la pared de membrana.

5. Sistema de medida del flujo térmico para una superficie transmisora de calor de una pared de membrana, en especial de una superficie de transmisión de calor postconectada a la cámara de combustión de una central de ciclo combinado, en el que la superficie de transmisión de calor se compone de tubos (3) para el medio a calentar y de nervios (4) soldados a los tubos (3) para formar la pared de membrana (2) continua hecha de un material base de hierro, componiéndose el sistema de medida del flujo térmico de como mínimo dos puntos de contacto (7, 8) para medir tensiones diferenciales según el método de medida de elemento térmico y de un indicador (9) para la conversión de la tensión diferencial medida en unidades de flujo térmico, caracterizado porque el sistema de medida del flujo térmico se puede colocar como elemento de diferencia térmica sobre el material base con los puntos de contacto (7, 8) en el lado opuesto al fumígeno de la pared de membrana, porque cada punto de contacto está unido al indicador (9) mediante un conductor (10a ó 10b) del mismo material que el filamento térmico, estando dispuesto un conductor en el centro del nervio (4) y el otro conductor en el vértice del tubo más próximo o adyacente (3).

6. Sistema para llevar a cabo una regulación del rendimiento de combustión en centrales de ciclo combinado con varias superficies de transmisión de calor postconectadas a una cámara de combustión compuestas por tubos para el medio a calentar y de nervios soldados a los tubos para formar una pared de membrana continua, caracterizado porque el sistema se compone de una sección de la pared de membrana provista de sistemas de medida del flujo térmico según la reivindicación 5, estando colocado uno de los conductores (10a) en el centro del nervio (7) y el otro conductor (10b) en el vértice del tubo calentador (3) más próximo o adyacente.