ES2328906T3 - Caldera de lecho fluidizado circulante. - Google Patents

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Abstract

Una caldera de lecho fluidizado circulante constituida por: un horno (2) que quema un combustible que está fluidizado junto con un material de lecho, un colector ciclónico (3) de polvo en el que se introduce gas de combustión generado por una combustión en el horno y que está dispuesto para atrapar partículas; una caja estanca (41) en la que se introducen las partículas atrapadas por el colector ciclónico (3) de polvo, y un intercambiador (5) de calor externo que está dispuesto en la caja estanca (4); un bucle (13) de separación que separa los componentes corrosivos de dichas partículas, de forma que no se introduzcan los componentes corrosivos en dicho intercambiador (5) de calor externo en dicha caja estanca (4), comprendiendo dicho bucle (13) de separación un recorrido (14) de conducto que tiene una entrada a través de la que dichos componentes corrosivos, que se originan en la combustión de dichas partículas, y el aire son transportados a dicho horno (2), un conducto (12) que conecta una porción superior del intercambiador (5) de calor externo con el horno (2) y a través del cual se hacen regresar las partículas y el aire a dicho horno (2), en la que dicha caja estanca (4) está dividida en una pluralidad de compartimentos, uno de los cuales está ubicado lo más corriente abajo posible y contiene dicho intercambiador (5) de calor externo, e incluye, corriente arriba de dichos compartimentos lo más corriente abajo, al menos dos compartimentos, recibiendo el compartimento más corriente arriba de los dos compartimentos las partículas del colector de polvo y un compartimento intermedio que está conectado a los compartimentos que contienen dicho intercambiador (5) de calor externo en una porción superior; caracterizada porque dicho compartimento intermedio está alineado debajo de la entrada al recorrido (14) del conducto del bucle (13) de separación; y en la que dicho recorrido (14) del conducto del bucle (13) de separación está conectado al horno (2) en una porción por encima de la porción del horno (2) en la que está conectado el conducto (12).

Description

Caldera de lecho fluidizado circulante.
La presente invención versa acerca de una caldera de lecho fluidizado circulante para quemar desechos o combustibles sólidos que contienen componentes corrosivos como el cloro, por introducción de los desechos o los combustibles sólidos juntos en un lecho fluidizado circulante en un horno.
La Fig. 5 muestra una construcción de una caldera convencional de lecho fluidizado circulante. En general, la caldera de lecho fluidizado circulante comprende un horno 2, un colector ciclónico 3 de polvo al que fluyen gases de combustión generados por la combustión en el horno 2 y que atrapa partículas contenidas en los gases de combustión, una caja estanca 4 en la que fluyen las partículas atrapadas por el colector ciclónico 3 de polvo y un intercambiador 6 de calor externo que lleva a cabo un intercambio de calor entre las partículas circulantes y los tubos en el lecho en el intercambiador 6 de calor.
El horno 2 comprende una pared 2a del horno enfriada por agua y está dispuesta una boquilla 7 de distribución de aire que introduce aire fluidizante A en el horno 2 de forma que se crea una condición fluidizante en el horno 2 en una parte inferior del horno 2. El colector ciclónico 3 de polvo está conectado a una parte superior del horno 2. Una parte superior del colector ciclónico 3 de polvo está conectada con la zona 8 de recuperación de calor en la que fluyen gases de combustión generados por la combustión en el horno 2, y una parte inferior del colector ciclónico 3 de polvo está conectada con la caja estanca 4 a la que fluyen las partículas atrapadas.
En la zona 8 de recuperación de calor están contenidos un recalentador y un economizador, etc.
Hay dispuesta una caja 10 de aire en una parte inferior de la caja estanca 4, de forma que se aspira aire fluidizante B a través de una placa 9 de distribución de aire. Las partículas en la caja estanca 4 son introducidas en el intercambiador 6 de calor externo y en el tubo 5 en el lecho bajo condiciones fluidizantes.
En el horno de la caldera de lecho fluidizado circulante explicada anteriormente, los materiales 11 de lecho que comprenden ceniza, arena y piedra caliza, etc. están bajo suspensión por la condición fluidizante.
La mayoría de las partículas arrastradas con los gases de combustión escapan el horno 2 y son atrapadas por el colector ciclónico 3 de polvo y son introducidas en la caja estanca 4. Las partículas introducidas de esta manera en la caja estanca 4 están aireadas por el aire fluidizante B e intercambian el calor con los tubos 5 en el lecho del intercambiador 6 de calor externo de forma que son enfriadas. Se hace que las partículas regresen a la parte inferior del horno 2 por medio de un conducto 12 de forma que circulen a través del horno 2.
En la anterior caldera convencional de lecho fluidizado, tiende a producirse corrosión en el área de temperatura elevada de los tubos 5 en el lecho debido al cloro contenido en las partículas.
Esto es debido a que las partículas circulantes contienen combustible sin quemar que contiene cloro y que se quema en la caja estanca 4 junto con el aire fluidizante B. El combustible sin quemar, quemado de esta manera en la caja estanca 4, genera sales fundidas que contienen sulfato y se condensan de forma que se adhieren a un área de temperatura elevada en el intercambiador 6 de calor. Además, se produce una corrosión a temperatura elevada por medio de un gas halógeno corrosivo, por ejemplo, gas de cloro, que se genera durante la anterior combustión en el intercambiador 6 de calor.
Los documentos WO 00/45091 y WO 97/46829 versan acerca de un aparato para disminuir el ataque de componentes perjudiciales de las suspensiones sólidas de partículas en las superficies de transferencia de calor.
Se realizó la presente invención en vista de los anteriores problemas y contribuye a la solución del problema de la corrosión en los tubos en el lecho del intercambiador de calor externo.
La presente invención proporciona una caldera de lecho fluidizado circulante como se expone en la Reivindicación 1.
Conforme a la anterior caldera de lecho fluidizado circulante, se quema el combustible fluidizado junto con el material de lecho, y las partículas que son sopladas hacia arriba con los gases de combustión generados por esta combustión son atrapados en el colector ciclónico de polvo e introducidos en el bucle de separación. El bucle de separación quema las partículas sin quemar contenidas en las partículas combustibles por el aire fluidizante, de forma que se separan los componentes corrosivos con las partículas y se introduce el gas de salida de la caja estanca en el horno a través de un conducto que está dispuesto por encima de la caja estanca antes de ser introducido en el intercambiador de calor externo; por lo tanto, es posible solucionar el problema de la corrosión en el tubo metálico de temperatura elevada debido a las sales fundidas. Debido a que las partículas sin quemar son quemadas de esta manera por el bucle de separación, se minimiza la cantidad de partículas sin quemar que fluyen dentro del intercambiador de calor externo en el que está dispuesto el tubo en el lecho y se extiende la vida útil del tubo en el lecho.
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Debido a que se evacua el gas de salida que contiene componentes corrosivos fuera de la caja estanca y no se introduce en el intercambiador de calor externo, se minimiza la cantidad de gas corrosivo a la que está expuesto el tubo de intercambio de forma que se evita la corrosión en los tubos en el lecho y también se extiende la vida útil de los tubos en el lecho.
Y el gas de salida generado en el bucle de separación se descarga al horno, minimizando la cantidad de gas corrosivo de forma que se evita la corrosión del tubo en el lecho y también se extiende la vida útil del tubo en el lecho.
Debido a que el otro compartimento, que está dispuesto corriente abajo del compartimento, está conectado con el horno, se introducen en el horno los gases de combustión procesados por el bucle de separación.
En la Reivindicación 2 se expone una característica preferente.
La Fig. 1 es una vista esquemática de la primera realización de la caldera de lecho fluidizado de la presente invención.
La Fig. 2 es una vista esquemática de una caldera de lecho fluidizado no conforme a la presente invención.
La Fig. 3 es una vista esquemática de la segunda realización de la caldera de lecho fluidizado de la presente invención.
La Fig. 4 es una vista esquemática de una caldera de lecho fluidizado no conforme a la presente invención.
La Fig. 5 es una vista esquemática de una caldera convencional de lecho fluidizado.
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Más adelante, se explicarán las realizaciones de la presente invención haciendo referencia a las figuras. Sin embargo, la invención no está limitada específicamente a las mismas.
Se explicará la primera realización haciendo referencia a la Fig. 1. La Fig. 1 muestra una vista esquemática de la primera realización, y en la Fig. 1, los componentes que son similares a los componentes de la caldera convencional de lecho fluidizado en la Fig. 5 están indicados por medio de números que se corresponden con los de la Fig. 5.
La caldera 1 de lecho fluidizado de la primera realización comprende un horno 2, un colector ciclónico 3 de polvo en un gas de combustión generado por una combustión en el horno 2 y que atrapa partículas contenidas en el gas de combustión, un bucle de separación en el que se introducen las partículas atrapadas por el colector ciclónico 3 de polvo, y un intercambiador 6 de calor externo que está integrado con el bucle de separación.
El horno 2 comprende la pared 2a del horno enfriada con agua en una parte inferior de la cual hay dispuesta una boquilla 7 de distribución de aire, que introduce aire fluidizante A en el horno 2. El colector ciclónico 3 de polvo está conectado con una parte superior del horno 2 y una parte superior del colector ciclónico 3 de polvo está conectada con una zona 8 de recuperación de calor en la que se genera el gas de combustión por la combustión en el horno 2. Una parte inferior del colector ciclónico 3 de polvo está conectada con un bucle 13 de separación en el que se introducen las partículas atrapadas por el colector ciclónico 3 de polvo. Hay dispuesta una parte de intercambio de calor en la zona 8 de recuperación de calor.
Hay dispuesta una caja 10 de aire que sopla un aire fluidizante B hacia arriba a través de una placa 9 de distribución de aire en una parte inferior del intercambiador 6 de calor externo y del bucle 13 de separación. El intercambiador 6 de calor externo produce un estado fluidizado y lleva a cabo un intercambio de calor entre las partículas y los tubos 5 en el lecho.
Las características de la primera realización son que la caldera de lecho fluidizado comprende el bucle 13 de separación, en el que se introducen principalmente las partículas atrapadas por el colector ciclónico 3 de polvo, y el intercambiador 6 de calor, en el que están dispuestos los tubos 5 en el lecho, las partículas circulantes se queman de forma activa en el bucle 13 de separación y el gas de salida generado por la anterior combustión se introduce en el horno 2 a través de un conducto 14 para un gas corrosivo. Las partículas tratadas por el bucle 13 de separación se introducen en el intercambiador 6 de calor externo de forma que intercambian el calor con los tubos 5 en el lecho y son devueltas a la parte inferior del horno 2.
A continuación, se explicarán las prestaciones de la primera realización.
Los combustibles suministrados por la boquilla 7 de distribución de aire son fluidizados junto con los materiales 11 de lecho como arena, ceniza y piedra caliza por medio del aire fluidizante A que es suministrado por la boquilla de distribución de aire y que se quema de forma que genera vapor para alimentar una turbina de vapor para un generador, etc. (no mostrado en las figuras).
Las partículas que son sopladas hacia arriba por el gas de combustión generado por la combustión en el horno 2 son atrapadas por el colector ciclónico 3 de polvo e introducidas en el bucle 13 de separación. Las partículas introducidas de esta manera en el bucle 13 de separación comienzan a fluir debido al aire fluidizante que es suministrado por la caja 10 de aire.
Los combustibles no quemados contenidos en las partículas se queman en el bucle 13 de separación y generan un gas de salida que contiene sales fundidas y halógenos corrosivos, etc. Se dirige el gas de salida a la parte superior del bucle 13 de separación y se introduce en el horno 2 a través del conducto 14 para el gas de salida.
Se intercambia el calor de las partículas con el tubo 5 en el lecho del intercambiador 6 de calor externo y son devueltas a la parte inferior del horno 2 de forma que circulen.
Debido a que el combustible no quemado en las partículas se quema de esta manera en el bucle 13 de separación y que el combustible no quemado no fluye en el intercambiador 6 de calor en el que están dispuestos los tubos 5 en el lecho, es posible reducir la cantidad de gas de salida que contiene materiales corrosivos y que se introduce en el intercambiador 6 de calor.
Debido a que se evacua el gas de salida generado en el bucle 13 de separación en el horno 2 a través del conducto 14 para gas corrosivo, es posible evitar la corrosión de los tubos 5 en el lecho al reducir la cantidad de gas de salida que fluye dentro del intercambiador 6 de calor.
La Fig. 2 muestra una caldera adicional de lecho fluidizado en la Fig. 2, en la que los componentes que son similares a los componentes de la Fig. 1 están indicados por medio de los mismos números que en la Fig. 1.
La construcción común de la caldera 1 de lecho fluidizado de la disposición de la Fig. 2 es similar a la de la primera realización de la Fig. 1. En esta realización, el intercambiador 6 de calor está conectado a la caja estanca 4 en una parte inferior para introducir así las partículas.
La Fig. 3 muestra una segunda realización de la presente invención. En la Fig. 4, los componentes que son similares a los componentes de la Fig. 1 están indicados por medio de los mismos números que en la Fig. 1.
La construcción común de la caldera 1 de lecho fluidizado de la segunda realización es similar a la de la primera realización en la Fig. 1. El aspecto de la segunda realización es que hay dispuesto un bucle estanco 15, a través del cual regresan las partículas circulantes a la parte inferior del horno 2, en una vía ramificada que se ramifica de la parte inferior del colector ciclónico 3 de polvo.
La caldera 1 de lecho fluidizado de la segunda realización puede controlar la temperatura del horno 2 durante la combustión al ajustar la relación de la cantidad de partículas que pasan a través del bucle estanco 15 y regresan al horno 2 con respecto a otras partículas que recorren el intercambiador 6 de calor externo y regresan al horno 2. Otras acciones de la caldera de lecho fluidizado de la segunda realización son similares a las de la primera realización.
La Fig. 4 muestra una caldera adicional de lecho fluidizado. En la Fig. 4 los componentes que son similares a los componentes de la Fig. 1 están indicados por medio de los mismos números que en la Fig. 1.
La construcción común de la caldera 1 de lecho fluidizado de la Fig. 4 es similar a la de la segunda realización en la Fig. 3. En esta disposición, el intercambiador 6 de calor está conectado con la caja estanca 4 en una parte inferior para introducir las partículas.
La presente invención no está limitada a las anteriores realizaciones, y son posibles variaciones de las mismas. Por ejemplo, se puede disponer un bucle 13 de separación que consta de múltiples compartimentos en una caja estanca 4, además de los bucles 13 de separación de las anteriores realizaciones que constan de un único compartimento.

Claims (2)

1. Una caldera de lecho fluidizado circulante constituida por:
un horno (2) que quema un combustible que está fluidizado junto con un material de lecho,
un colector ciclónico (3) de polvo en el que se introduce gas de combustión generado por una combustión en el horno y que está dispuesto para atrapar partículas;
una caja estanca (41) en la que se introducen las partículas atrapadas por el colector ciclónico (3) de polvo, y
un intercambiador (5) de calor externo que está dispuesto en la caja estanca (4);
un bucle (13) de separación que separa los componentes corrosivos de dichas partículas, de forma que no se introduzcan los componentes corrosivos en dicho intercambiador (5) de calor externo en dicha caja estanca (4), comprendiendo dicho bucle (13) de separación un recorrido (14) de conducto que tiene una entrada a través de la que dichos componentes corrosivos, que se originan en la combustión de dichas partículas, y el aire son transportados a dicho horno (2),
un conducto (12) que conecta una porción superior del intercambiador (5) de calor externo con el horno (2) y a través del cual se hacen regresar las partículas y el aire a dicho horno (2),
en la que dicha caja estanca (4) está dividida en una pluralidad de compartimentos, uno de los cuales está ubicado lo más corriente abajo posible y contiene dicho intercambiador (5) de calor externo, e incluye, corriente arriba de dichos compartimentos lo más corriente abajo, al menos dos compartimentos, recibiendo el compartimento más corriente arriba de los dos compartimentos las partículas del colector de polvo y un compartimento intermedio que está conectado a los compartimentos que contienen dicho intercambiador (5) de calor externo en una porción superior;
caracterizada porque dicho compartimento intermedio está alineado
debajo de la entrada al recorrido (14) del conducto del bucle (13) de separación; y
en la que dicho recorrido (14) del conducto del bucle (13) de separación está conectado al horno (2) en una porción por encima de la porción del horno (2) en la que está conectado el conducto (12).
2. Una caldera de lecho fluidizado circulante conforme a la reivindicación 1, en la que dicho bucle de separación está dispuesto parcialmente en una parte inferior de dicho colector ciclónico de polvo.
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