ES2333502B1 - "aparato para la clasificacion estatica de particulas con elementos de regulacion". - Google Patents

Abstract

Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación que comprende, de un lado dos alabes deflectores regulables (11) y (12), superpuestos sobre los dos últimos deflectores (13) y (14) fijos de la voluta interna (9) del clasificador en el sentido del flujo, para dirigir la corriente aire-partículas hacia la superficie lateral curva (1) y aumentar, cuando están desplegados, la producción de partículas más gruesas que son captadas y rechazadas, retornando al molino para una molienda más fina; y de otro lado, unas paletas separadoras (28) regulables, en la sección de salida de la voluta interna (9), que producen un cambio brusco en la dirección de la corriente aire-partículas al pasar a través de ellas. Las partículas de mayor tamaño chocan con la paletas (28) y alcanzan la zona de rechazo, de donde retornan al molino para una molienda más fina.

Description

Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un aparato clasificador estático, del tipo conocido como "clasificador de corazón", cuya configuración se ha mejorado mediante la incorporación de elementos de regulación de la granulometría que permiten aumentar la finura de las partículas que acceden a él suspendidas en una corriente de aire (u otro fluido de transporte) procedente de un sistema de molienda.

Antecedentes de la invención

Existen numerosos procesos industriales en los que intervienen corrientes de partículas sólidas finamente molidas. En ellos el control de la distribución de tamaños de las mismas es un parámetro especialmente relevante, con incidencia directa en el rendimiento de los procesos, en la calidad del producto final, así como en los niveles de emisiones contaminantes de las instalaciones.

Un claro ejemplo de este tipo de procesos lo encontramos en el sector energético, y en concreto en los grupos termoeléctricos de carbón. En ellos el control de la finura del combustible alimentado a la caldera es clave a la hora de establecer estrategias de combustión encaminadas a la reducción de las emisiones de NO_{x} y de los niveles de inquemados en cenizas. Valores elevados de este último parámetro están asociados a una granulometría del carbón excesivamente gruesa respecto a las condiciones de diseño de la caldera, definidas para un determinado régimen de operación, tipo de combustible y tiempo de residencia de la partícula en la zona de reacción. La alta generación de inquemados, además de suponer una pérdida importante de eficiencia del proceso de combustión, puede condicionar los ingresos asociados a la venta de las cenizas a la industria cementera (si el valor de inquemados supera el 7%), al mismo tiempo que suponer un coste extra asociado a su transporte a vertedero.

En las centrales eléctricas de carbón el combustible es pulverizado en varios molinos y vehiculado neumáticamente a los quemadores por medio de una corriente de aire de transporte. La mezcla aire-carbón procedente del molino se hace pasar por uno o dos clasificadores, en función del diseño del molino, repartiéndose posteriormente entre varios conductos a quemadores. Los clasificadores son separadores inerciales en los que la mezcla aire-carbón se somete a cambios de direcciones que hacen que las partículas más gruesas y con más inercia sean separadas de la corriente, siendo captadas en las paredes y retornadas al molino para una molienda más fina.

Los primeros diseños de clasificadores de sólidos pulverizados correspondían a equipos de clasificación estáticos, con una capacidad de regulación muy limitada o nula. Este tipo de diseño no regulable se debe a su utilización en procesos donde la variabilidad era muy limitada en las características de la alimentación de sólidos pulverizados y en el producto final requerido.

Sin embargo, esta circunstancia ha variado notablemente en determinados procesos, con clasificación de sólidos pulverizados, como los asociados al ejemplo anteriormente citado de centrales termoeléctricas de carbón pulverizado. Estas instalaciones operaban habitualmente a plena carga y con un combustible fijo, al mismo tiempo que imperaban exigencias medioambientales y energéticas muy distintas a las actuales. No obstante, ante la política de liberalización del mercado eléctrico y las nuevas normativas encaminadas a la reducción de emisiones contaminantes, ganan cada vez más fuerza las estrategias que propugnan cambios en los combustibles y condiciones operativas más exigentes, incluyendo escenarios de variaciones de carga. Estas estrategias de operación limitan seriamente la eficiencia de los referidos clasificadores estáticos al carecer de los mecanismos de regulación necesarios para adaptarse al nuevo escenario.

Estas limitaciones de los clasificadores estáticos son asimismo típicas, según se ha indicado anteriormente, de otros procesos industriales que los emplean para obtener una granulometría adecuada del producto sólido pulverizado.

En este marco, se han desarrollado en los últimos años clasificadores dotados de ciertas capacidades de regulación, que permiten adaptar la granulometría del sólido pulverizado (Ej.: carbón) en función de las condiciones de operación impuestas. Aunque, en algunos sistemas de molienda se están comenzando a implantar estos tipos de clasificadores, sustancialmente más complejos y más caros que los tradicionales clasificadores estáticos no regulables, en otros sistemas, habitualmente los de menos vida residual, estas soluciones o mejoras no son aplicadas debido a lo elevado de la inversión necesaria.

En este sentido tienen especial cabida soluciones tecnológicas que, suponiendo un coste relativamente reducido, permitan dotar a los primeros diseños de clasificadores de elementos de regulación para el control de la granulometría del sólido pulverizado.

Dentro de este contexto de clasificadores estáticos se incluyen los denominados clasificadores de corazón, constituidos, por una cámara delimitada por 2 paredes planas y una superficie lateral curva de forma lobulada, y en cuyo interior se disponen dos volutas, que confieren a la mezcla de aire y partículas un movimiento curvo en el clasificador que origina que las partículas más gruesas, con más inercia, abandonen las líneas de corriente del aire y se aproximen a la superficie lateral curva, siendo rechazadas hacia la parte inferior del clasificador, y saliendo la corriente de aire por los conductos de salida del clasificador enriquecida en finos.

Un caso particular de este diseño, aunque con idéntico principio de funcionamiento, son los clasificadores "de medio corazón", constituidos por una única voluta, y siendo, por tanto, equivalentes a la mitad del clasificador de corazón.

En el ámbito de la mejora de los clasificadores estáticos de corazón, Foster Wheeler desarrolló la patente US 4,450,071, consistente en la incorporación de álabes deflectores del flujo, con el fin de reducir las bajas velocidades en ciertas zonas del área de captación de las partículas donde, según los inventores, las partículas finas tienden a aglomerarse formando partículas de tamaño suficiente para ser retornadas al molino. La patente en sí está encaminada a la reducción de los rechazos innecesarios en el clasificador, y por tanto de la ineficiencia asociada al gasto energético por sobremolienda de material. En este sentido, los elementos de regulación contemplados originan la desviación de las líneas de corriente de la periferia, enriquecidas en gruesos, al interior del clasificador, consiguiéndose el efecto deseado de una granulometría más gruesa en el producto final.

Breve descripción de la invención

La presente invención se refiere a la mejora de un tipo de aparato clasificador estático, conocido como "clasificador de corazón", mediante la incorporación de elementos de regulación de la granulometría que permitan aumentar la finura de las partículas que acceden a él suspendidas en una corriente de aire, u otro gas, procedente de un molino.

En un primer nivel la mejora consiste en la introducción de dos álabes deflectores regulables, superpuestos sobre los dos últimos deflectores fijos de cada una de las volutas internas del clasificador en el sentido del flujo. Los álabes deflectores regulables están articulados en un eje próximo al primer extremo de los deflectores fijos, de modo que puedan realizar un movimiento circular que abarca desde su posición de solape con éstos hasta una posición desplegada en dirección a la superficie curva de la voluta externa del clasificador.

La misión de los álabes regulables es la de dirigir la corriente mezcla de aire y partículas hacia la superficie de la voluta externa con el objeto de aumentar, cuando estos álabes están desplegados, la proporción de partículas que son captadas en las proximidades de la referida voluta externa, desde donde las partículas tenderán, en una determinada proporción, a ser rechazadas hacia el sistema de molienda. Esta proporción de partículas captadas es mayor en el caso de las fracciones más gruesas, al tener estas partículas más inercia, por lo que la granulometría resultante de la corriente de salida del clasificador es más fina. El efecto producido es mayor cuanto mayor sea el ángulo de despliegue de los nuevos deflectores propuestos.

Los álabes ocupan toda la profundidad del clasificador por lo que, al desplegarse, limitan la sección de paso de la mezcla al espacio restante entre ellos y la voluta externa. Esto produce una importante aceleración de la corriente que, además de favorecer el rechazo de las partículas más gruesas, hace que, gracias a la acción de las fuerzas centrífugas, se reduzca la reentrada de partículas ya captadas en la región más próxima a las paredes externas del clasificador.

Al objeto de minimizar las pérdidas de carga introducidas por los nuevos álabes, éstos tienen forma curvilínea de manera que, cuando actúan, facilitan que las líneas de corriente del flujo sigan una dirección paralela a la superficie de captación. Igualmente hacen que el aumento de velocidad de la corriente a lo largo del recorrido dentro del clasificador sea progresivo.

En un segundo nivel la mejora contempla una serie de paletas separadoras dispuestas de forma paralela y uniformemente repartidas a lo largo de la línea imaginaria que une los extremos de los deflectores fijos de la voluta interna que delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los conductos de salida. Dichas paletas, que ocupan igualmente toda la profundidad del clasificador, están articuladas en su eje central y conectadas entre sí a través de sus actuadores externos, de tal forma que puedan accionarse de forma simultánea, girando respecto al mencionado eje y manteniendo el paralelismo entre ellas.

El efecto que se persigue es forzar un cambio brusco en la dirección de la corriente mezcla de aire y partículas al pasar a través de las paletas, de manera que las partículas de mayor tamaño abandonen por motivos inerciales la línea de corriente que las transporta. Estas partículas gruesas chocan con las paletas y son arrastradas por otras líneas de corriente con dirección al conducto de salida, de manera que a la zona de rechazos llegan las partículas más gruesas que no pueden experimentar, debido a su mayor masa, una reentrada en la corriente de salida. El grado de giro de estas paletas condicionará la finura final del producto. Cabe destacar que este tipo de paletas presentan una pérdida de carga mínima en el clasificador cuando giran entre -30 y +30 grados respecto a su posición horizontal.

Mediante la combinación de los elementos de regulación descritos se dota al clasificador de medios para regular la granulometría de las partículas pudiendo hacer frente a necesidades de mayor finura afectando mínimamente la capacidad de producción del molino.

Estos elementos de regulación pueden ser automatizados para posibilitar un ajuste de los mismos más eficiente y cómodo.

Breve descripción de los dibujos

Para complementar la descripción y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención se adjunta una serie de figuras con carácter ilustrativo y no limitativo:

La figura 1 muestra una perspectiva de un "clasificador de corazón" en la que se muestran sus principales componentes.

La figura 2 es un corte transversal del aparato clasificador objeto de la presente patente en el que se muestra la forma y posición de los elementos de regulación que incorpora.

En la figura 3 se muestra un esquema del montaje de un álabe deflector regulable en el clasificador, así como de su sistema de accionamiento.

La figura 4 es una perspectiva más detallada del sistema de accionamiento y posicionamiento de un álabe deflector.

En la figura 5 se muestra un esquema del montaje de una paleta separadora en el clasificador.

La figura 6 muestra una perspectiva de un conjunto de paletas separadoras y un posible mecanismo para su accionamiento de forma conjunta.

Descripción de una realización preferida

El clasificador estático conocido como "clasificador de corazón", cuya perspectiva se muestra en la figura 1, consiste básicamente en una cámara delimitada por una superficie lateral curva, o voluta externa (1), con forma de corazón y dos superficies planas una frontal (2) y otra trasera (3) de cierre. El clasificador está conectado por su parte inferior al molino por medio de dos conductos concéntricos uno interior (4) otro exterior (5). El conducto más interior (4) atraviesa el clasificador y está conectado a través de la pared frontal (2) a un conducto de aire de transporte (6). En el espacio anular entre los dos conductos concéntricos (4) y (5) un tornillo sin fin (7) recoge el material fresco sin moler, que accede a través del conducto de alimentación (8) del clasificador, y lo transporta al interior del molino donde es pulverizado. El aire de transporte seca y arrastra las partículas que, por su tamaño, pueden ser sustentadas en la corriente. La mezcla de aire y partículas sale del molino a través del espacio anular entre los dos conductos concéntricos hacia el clasificador. Una vez en el clasificador la corriente asciende por el espacio delimitado por dos volutas simétricas internas (9). Cada voluta está constituida por cinco deflectores fijos. Dichas volutas internas (9) confieren a la mezcla un movimiento circular en la parte superior del clasificador, previo a un giro brusco con dirección a los 2 conductos de salida (10) que se encuentran embridados a la pared trasera (3).

Gracias al movimiento de componente circular, y debido a los efectos centrífugos e inerciales, las partículas más gruesas son captadas en la voluta externa (1) y caen por gravedad hacia el tornillo sin fin (7), siendo retornadas al molino para una molienda más fina.

Existe también un caso particular de este diseño, conocido como "clasificador de medio corazón", en el que el elemento de clasificación está constituido únicamente por la mitad del equipo anteriormente descrito, esto es, posee sólo una voluta interna con un único conducto de salida, adquiriendo globalmente la forma de medio corazón que le da nombre.

Con respecto a este diseño de clasificador, la presente invención propone la instalación de dos álabes deflectores regulables (11) y (12) (ver figura 2) superpuestos sobre los dos últimos deflectores fijos (13) y (14) (en el sentido del flujo) de cada voluta interna (9). Los álabes son placas curvas con una longitud ligeramente inferior a la del deflector fijo correspondiente y cuya anchura es prácticamente la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador. Están articulados por uno de sus extremos en un eje perpendicular a las superficies planas de cierre frontal y trasera del clasificador, de manera que puedan realizar un movimiento pivotante (con centro en las proximidades del primer extremo de cada deflector fijo aguas arriba) desde una posición inicial de apoyo sobre su correspondiente deflector de la voluta, hasta una posición desplegada respecto a éste con un ángulo máximo de 90º.

El álabe regulable superior (11) tienen una curvatura tal que, cuando se encuentra desplegado un ángulo de 20º, presenta una superficie paralela al tramo de voluta externa (1) enfrentado a él. En el caso del álabe inferior (12) la curvatura es tal que, con un ángulo de apertura de 10º, su superficie es igualmente paralela a la voluta externa (11) en el tramo enfrentado a él.

En la figura 3 se muestra un esquema del montaje en el clasificador de uno de estos álabes. Éstos tienen soldado un vástago (15) a lo largo de la línea que constituye su eje de giro. Dicho vástago sobresale respecto al álabe en sus dos extremos. Uno de ellos está apoyado en un casquillo cilíndrico hueco (16) soldado a la pared trasera (3) por su parte interna al clasificador. El otro extremo está mecanizado con un chavetero doble con dos chavetas para conectarlo al vástago de accionamiento exterior (17) que, además de transmitir el giro al álabe, le sirve a éste de apoyo junto con el casquillo cilíndrico (16). A su vez, el vástago de accionamiento (17) está apoyado en otro casquillo cilíndrico (18) soldado a la pared frontal (2) del clasificador por su parte externa. Este casquillo (18) dispone de un sistema de cierre para evitar la fuga de partículas y aire al exterior, consistente en dos prensas (19), un casquillo de bronce (20), que hace de apoyo al vástago de accionamiento (17), y otros dos prensas adicionales (21) de cierre. El conjunto es cerrado por una pieza de apriete (22) roscada que deforma los prensas para que garanticen la estanqueidad del vástago (17), permitiendo, no obstante, el giro de éste alrededor de su eje.

En la figura 4 se ha representado una perspectiva de un sistema de accionamiento manual de los álabes regulables mediante una maneta (23) solidaria al vástago de accionamiento (17). La fijación de éste a una posición determinada se realiza mediante un pasador (24) que conecta la maneta (23) con un dial (25) paralelo al plano de la pared frontal (2) del clasificador. El dial (25) dispone, en un ángulo de 90º, de varios orificios para el pasador (24) que permiten discretizar el arco descrito por el álabe. Los orificios del dial (25) están mecanizados en una pieza soporte (26) que es soldada a la pared frontal (2).

Como elemento de seguridad, con el fin de evitar la posible caída del álabe por un desplazamiento axial del vástago de accionamiento (17) respecto al chavetero, se coloca una brida (27) desmontable sobre dicho vástago que hace de tope con la pieza soporte (26) donde se ha mecanizado el dial (25).

Como alternativa el accionamiento de los álabes puede realizarse de forma automática mediante un actuador neumático de giro dotado de un posicionador electroneumático soportado sobre la misma pieza soporte (26).

Adicionalmente a los álabes deflectores regulables (11) y (12) descritos anteriormente, es objeto de patente la introducción en el clasificador de una serie de paletas separadoras (28), dispuestas de forma paralela y uniformemente repartidas a lo largo de línea imaginaria que une los extremos de los deflectores fijos (14) y (29) de la voluta interna (9) que delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los conductos de salida (10). En la figura 2 se han representado cinco de estas paletas pero su número en cada caso concreto dependerá de las dimensiones del clasificador y de los márgenes de regulación requeridos.

Las paletas (28), son placas planas, articuladas en su eje central, de achura ligeramente inferior a la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) y su longitud entre un 20 y un 25 por ciento superior a la distancia entre los ejes de giro de sucesivas paletas (28). Están sustentadas prácticamente del mismo modo que los álabes deflectores regulables, según se observa en la figura 5, donde el vástago (30) soldado a la paleta (28), el casquillo de apoyo (31) interno al clasificador, el vástago de accionamiento (32), el casquillo de sellado (33) con sus componentes internos, la brida desmontable de tope (34) y la pieza de soporte (35) son elementos comunes en ambos casos.

Las paletas (28) son accionadas de forma simultánea, girando cada una respecto a su eje, y de forma tal que mantengan el paralelismo entre ellas (ver figura 6). Para ello el vástago de accionamiento (32) de todas las paletas dispone de un brazo de palanca (36) (todos del mismo tamaño) solidario a aquel y colocado de forma perpendicular respecto al eje de giro. Los brazos de palanca (36) están conectados entre sí por una barra de transmisión (37) a través de una articulación que les permite el giro. Uno de los brazos de palanca (36), por ejemplo el de la paleta superior, es conectado de forma rígida a una maneta manual (38) que, al accionarse, permite el movimiento de todas las paletas (28).

La fijación de éstas a una posición determinada se realiza con un pasador (39) que conecta la maneta manual (38) con un dial (40) paralelo al plano de la pared frontal (2). Éste está provisto de varios orificios para el pasador (39), colocados en un arco concéntrico con el eje de la paleta superior. Los orificios están uniformemente distribuidos en el dial (40) en un arco de 90º, de manera que se permita regular de forma discreta la posición de las paletas (28) en el interior del clasificador, desde la posición horizontal a la vertical en el sentido de las agujas del reloj las de la voluta (9) izquierda y en sentido contrario las de la derecha.

El movimiento de las paletas (28) puede ser accionado de forma automática. Una forma efectiva de hacerlo consiste en sustituir la maneta manual (38) por un actuador neumático lineal que actúa sobre la barra de transmisión (37) en la dirección longitudinal de ésta. Para permitir el giro de los brazos de palanca (36), y por tanto el de las paletas (28), debe articularse tanto la cogida del actuador a un punto fijo como su unión a la barra de transmisión (37).

Claims (4)

1. Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación, siendo del tipo constituido por una cámara, delimitada por dos paredes planas una frontal (2) y otra trasera (3), y una superficie lateral curva (1) con forma lobulada, disponiendo en su interior de una o dos volutas (9) que confieren a la mezcla de aire y partículas un movimiento curvo en el clasificador que origina que las partículas más gruesas, con más inercia, abandonen las líneas de corriente del aire (u otro fluido de transporte) y sean captadas por la superficie lateral curva (1) y rechazadas hacia la parte inferior del clasificador, saliendo la corriente de aire por los conductos de salida (10) del clasificador enriquecida en finos, caracterizado por el hecho de comprender alguno o ambos de los siguientes elementos de regulación: a) álabes (ej.: (11) y (12)) superpuestos sobre los últimos deflectores en el sentido del flujo que constituyen cada una de las volutas internas (9), disponiendo cada álabe de medios para su soporte y articulación en su extremo situado más aguas arriba de la corriente, de forma que pueda pivotar respecto a un eje perpendicular a las paredes frontal (2) y trasera (3) desde una posición de apoyo en su correspondiente deflector de la voluta interna (9) hasta una posición desplegada hacia la superficie lateral curva (1) o viceversa; y b) una serie de paletas separadoras (28), dispuestas a lo largo de la línea imaginaria que une los extremos de los deflectores fijos (14) y (29) de cada voluta interna (9) que delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los conductos de salida (10), disponiendo cada paleta de medios para su soporte y articulación en un eje que pasa por la línea divisoria de cada una de ellas y que es perpendicular a las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador, de manera que estas paletas (28), puedan girar en diferentes ángulos.

2. Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación, según la reivindicación 1, caracterizado porque los álabes (ej.: (11) y (12)) son placas curvas con una longitud ligeramente inferior a la del deflector correspondiente de la voluta (9) y su anchura prácticamente la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador, siendo las curvaturas de los álabes tales que cuando se encuentran desplegados un ángulo de 20º los superiores y de 10º los inferiores presentan una superficie paralela al tramo de la superficie lateral curva (1) a ellos enfrentada.

3. Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación, según la reivindicación 1, caracterizado porque las paletas separadoras (28) son placas planas de anchura ligeramente inferior a la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) y su longitud entre un 20 y un 25 por ciento superior a la distancia entre los ejes de giro de sucesivas paletas (28).

4. Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación, según las reivindicaciones 1 ó 3, caracterizado porque los medios para el accionamiento de las paletas (28) permiten el giro de éstas de forma simultánea y manteniendo en todo momento el paralelismo entre ellas.