ES2337640A1 - Sistema de combustion para calderas verticales. - Google Patents
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Abstract
Sistema de combustión para calderas verticales. La presente invención se refiere a un sistema de combustión para calderas verticales que permite quemar combustible sólido seco o con diferentes grados de humedad, preferentemente combustible sólido procedente de biomasa. Se caracteriza esencialmente por un fondo móvil rotativo (3), cónico, que permite que la combustión de combustible (1) tenga lugar en espiral a lo largo de varios niveles perfectamente definidos, en cada uno de los cuales se definen zonas de actuación (5, 6, 7, 8 y 9) en las que el combustible está sometido a fases diferentes de combustión.
Description
Sistema de combustión para calderas
verticales.
La presente invención se refiere a un sistema de
combustión para calderas verticales destinado a permitir que la
combustión del combustible tenga lugar de forma espiral, siendo el
combustible es alimentado por medio de un tornillo sin fin o, en
caso de combustible no calibrado, por medio de un impulsor o
transportador, realizándose la eliminación de las cenizas por la
parte central, de manera automática. Se caracteriza esencialmente
por recurrir a un fondo móvil rotativo ligeramente cónico.
No son conocidos por el solicitante sistemas que
aplicados a calderas verticales puedan quemar combustible seco y
húmedo con control de las emisiones, tal como se exige por las
normas internacionales, y con gran rendimiento de la
combustión.
La problemática relacionada con la combustión de
combustible seco y húmedo es particularmente importante en la
combustión de combustibles sólidos que proceden de la biomasa. Como
es sabido, la biomasa, principalmente la biomasa forestal, se
presenta con variados contenidos de humedad, lo que dificulta en
gran medida su combustión. Por otro lado, una combustión de este
tipo resulta en que los residuos de la combustión, especialmente los
volátiles, no obedecen a las normas establecidas.
Desde hace unos 20 años las calderas verticales
han tenido un verdadero éxito. No obstante no presentan un
funcionamiento completamente correcto con combustible seco, por
ejemplo, residuos de madera.
También se presentan otros tipos de problemas
cuando en este tipo de calderas se queman otros combustibles,
relacionados con la alimentación de acceso de aire primario al
hogar, es decir, apenas existe aire primario en la periferia del
hogar, lo que hace que el caudal que pasa por las tuberías de aire
primario sea muy elevado, por lo que, en caso de quemar material en
forma de polvo, se producirá un gran cantidad de arrastre de
material por acción del aire, por lo tanto será material no
quemado.
En el caso de combustión de combustible húmedo
existe además otro problema. El combustible húmedo no tiene tiempo
de secarse dado su paso muy rápido por los tubos de aire primario, y
además es empujado hacia el exterior por el combustible nuevo que
entra, lo que provoca una acumulación de combustible en el horno.
Esta acumulación puede llegar a un metro de altura.
Los intentos de resolver este problema limitan
la altura de combustible acumulado por la utilización de células
colocadas en el horno. No obstante, esta solución no es
satisfactoria ya que, cuando el combustible se inflama, deja de
existir aire en cantidad suficiente para la cantidad de combustible,
de lo que resulta una mala combustión, con CO_{2}, CO y
liberación de humos negros.
En las calderas horizontales estos problemas son
eliminados o minimizados. No obstante, estas calderas son de
construcción substancialmente más onerosa.
Por otro lado, la patente finlandesa FI955946
describe un equipo o equipo suplementario para calderas de
combustible sólido. El equipo está localizado esencialmente en el
interior de la caldera donde, adaptado al espacio del combustible,
puede ser relacionado, por ejemplo, con calderas de combustión en el
fondo, de tipo convencional. Por medio de dicho equipo, el
principio de funcionamiento de la caldera es modificado para
funcionar de acuerdo con un proceso específico de combustión
fluidificada designada como proceso de combustión fluidificada en
"carrusel", de manera que el proceso y las soluciones de
funcionamiento asociadas al mismo están destinados a posibilitar la
utilización de combustible húmedo o combustible de calidad poco
satisfactoria. El equipo comprende un cabezal quemador, es decir,
de quemador en "carrusel", de manera que las piezas y
dispositivos destinados a ser asociados al cabezal quemador de
"carrusel" son los siguientes: un ventilador, una válvula de
distribución de aire, un tornillo sin fin de extracción de cenizas,
un motor de accionamiento para el tornillo sin fin de eliminación
de las cenizas, un dispositivo de rejilla accionado mecánicamente,
un conjunto de engranajes reductores en el espacio de las cenizas,
una parte de prolongación que puede ser relacionada con la cabeza
del quemador, un tubo de combustible que puede ser relacionado con
una parte de prolongación y una parte estructural propia para
formar una cámara de combustión. Este tipo de caldera con el equipo
que propone la mencionada patente no resuelve todos los problemas
anteriormente indicados.
Se da a conocer una caldera de construcción
económica, capaz de conseguir una combustión que cumple con las
normas europeas.
Es indudable que las calderas verticales son las
calderas de construcción más económica. Son capaces de cumplir con
las normas a condición de quemar combustible seco. ¿Cómo hacer para
quemar combustible húmedo? El combustible húmedo que entra en el
horno no tiene tiempo de secarse porque queda recubierto por el
combustible nuevo, lo que provoca un acumulación de combustible en
el horno y una combustión muy desfavorable.
En el caso del combustible húmedo, en caso de
una caldera horizontal, los constructores utilizan una parrilla
móvil, lo que no es posible de montar en una caldera vertical.
La presente invención tiene como objetivo
fundamental el diseño de una caldera vertical que, cumpliendo las
normas establecidas, consigue quemar tanto combustible seco como
combustible húmedo.
Básicamente, el sistema de combustión objeto de
la invención recurre a una combustión en espiral. Para ello, el
sistema está constituido por un fondo rotativo ligeramente cónico,
siendo un fondo dotado de parrilla de hierro fundido o de hormigón
con tubos.
La descripción siguiente se basa en los dibujos
adjuntos que, sin carácter limitativo, representan:
la figura 1, una vista esquemática del fondo
rotativo y del tornillo sin fin de alimentación;
la figura 2 es una vista esquemática y en
sección de la caldera vertical dotada del nuevo sistema de
combustión;
las figuras 3 y 4 muestran en sección una
caldera de combustión vertical respectivamente en alzado principal
y lateral.
Tal como se puede observar en las figuras
adjuntas, la combustión del combustible tiene lugar en espiral. El
combustible (1) es alimentado por medio de un tornillo sin fin (2)
o, en caso de que se trate de combustible no calibrado, por medio
de un impulsor o transportador (no representado), realizándose la
eliminación de las cenizas por la parte central, de modo
automático. Se caracteriza esencialmente por utilizar un fondo móvil
rotativo (3), ligeramente cónico. La rotación constante del fondo
móvil (3), unida al hecho de tener una configuración cónica, con un
ángulo de unos 15º, permitirá establecer sobre su superficie varios
niveles perfectamente definidos. El combustible (1), que entra en
el hogar (4) alimentado por el tornillo sin fin (2), recorrerá cada
uno de los niveles definiendo zonas de actuación distintas teniendo
en cuenta el proceso a que está sometido en cada una de ellas.
A lo largo de la superficie del fondo móvil (3)
quedan establecidas por lo tanto zonas bien definidas. De esta
manera, el combustible introducido por el tornillo sin fin (2)
recorre, en la primera vuelta que realiza en el fondo móvil (3),
una zona de presecado (5). El combustible eventualmente húmedo en
contacto con la parrilla del fondo móvil, que es la zona más
caliente del horno (4), seca rápidamente.
Después de una vuelta completa en el fondo móvil
(3) dentro del horno (4) y por el paso delante de la alimentación,
este combustible es empujado hacia el centro hacia un nivel superior
por el combustible nuevo que entra (1), y realiza una nueva vuelta
en el hogar. Recorre en este caso una vuelta en la llamada zona de
precombustión (6).
Nuevamente, al pasar por delante de la
alimentación, el combustible (1) es empujado hacia el interior,
hacia un nivel inmediatamente superior y realiza una nueva vuelta,
recorriendo la llamada zona de combustión (7).
Al pasar nuevamente por delante de la
alimentación del tornillo sin fin, el combustible de la zona de
combustión pasa, al ser empujado por el combustible del nivel
inferior, al nivel superior más cerca del centro, entrando en una
zona de enfriamiento (8).
Por último, el producto de la combustión, es
decir, las cenizas, es empujado hacia el orificio central (9),
donde es evacuado hacia el exterior con intermedio de un tornillo
sin fin (10). La eliminación de las cenizas tiene lugar, por lo
tanto, de manera automática.
Como es evidente, cuanto más se aproxima el
combustible al centro, más pequeñas se hacen las vueltas o anillos
circulares sucesivos, lo que no constituye problema alguno puesto
que el combustible se va quemando y disminuye de volumen.
La evacuación de las cenizas se hace por la
parte central (orificio central -9-), cayendo sobre un husillo sin
fin (10) que las transporta hacia el exterior, lo cual, tal como se
verá a continuación, también recupera el polvo del depurador.
El tornillo sin fin de alimentación (2) está
montado con una inclinación de 15º, de igual manera que el fondo
rotativo (3). Esta inclinación del tornillo sin fin (2) es necesaria
para evitar los retornos de llama del hogar (4).
Por su parte, el fondo rotativo (3) se encuentra
dispuesto sobre rodillos (11), teniendo lugar la transmisión de
movimiento a dicho fondo (3) por medio de corriente eléctrica y un
moto-reductor en el exterior de la caldera.
El fondo rotativo móvil (3), generalmente de
hormigón, está dotado de rejillas por donde pasa el aire primario
para la combustión.
Para que la combustión tenga lugar con elevado
rendimiento es necesario que el aire primario introducido por las
rejillas (12) sea lo más caliente posible. Para ello, es normal
proceder a la recuperación del aire del depurador de polvo
enviándolo luego al horno (4).
En las figuras 3 y 4 se ha representado una
caldera vertical dotada con un sistema de combustión objeto de la
invención. Tal como se puede observar, la caldera representada
genéricamente con el numeral (20) está constituida esencialmente
por el horno (4) equipado con un fondo móvil (3), un depurador (21)
y la chimenea (22). Tal como se ha indicado, el aire (19), que es
recuperado caliente del depurador (21), es introducido nuevamente
en el horno (4). La alimentación del combustible (1) se hace por el
tornillo sin fin (2). De acuerdo también con lo indicado, un
tornillo sin fin (10) retira tanto las cenizas que caen por el
orificio central (9), como el material en polvo del depurador
(21).
Claims (13)
1. Sistema de combustión para calderas
verticales, caracterizado por un fondo móvil rotativo (3),
cónico, que permite que la combustión del combustible (1) tenga
lugar en espiral a lo largo de varios niveles bien definidos, de
manera que cada uno define zonas de actuación (5, 6, 7, 8 y 9) en
las que el combustible es sometido a fases diferentes de
combustión.
2. Sistema de combustión para calderas
verticales, según la reivindicación anterior, caracterizado
porque la alimentación del combustible (1) tiene lugar con
intermedio de un tornillo sin fin (2) o, en caso de que se trate de
combustible no calibrado, por medio de un impulsor.
3. Sistema de combustión para calderas
verticales, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por la rotación constante del fondo móvil (3),
asociado al hecho de que éste tiene configuración cónica con un
ángulo de 15º, permitiendo establecer a lo largo de su superficie
varios niveles perfectamente definidos, niveles a los que el
combustible, durante el proceso de combustión, es sometido
sucesivamente a empuje por el combustible (1) del nivel
inmediatamente inferior siempre que, durante la rotación, pasa por
delante de la boca de alimentación del husillo sin fin (2).
4. Sistema de combustión para calderas
verticales, según la reivindicación 1, caracterizado porque
el fondo móvil (3) está dotado de una rejilla (12) de hierro
fundido o de hormigón dotada de tubos para el paso de aire
primario.
5. Sistema de combustión para calderas
verticales, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por la rotación en espiral del combustible (1)
a lo largo del fondo rotativo cónico (3), en el sentido de fuera
hacia adentro, garantizando sucesivamente la formación de zonas de
presecado (5), precombustión (6), combustión (7), enfriamiento (8)
y retirada de las cenizas (9).
6. Sistema de combustión para calderas
verticales, según la reivindicación 3, caracterizado por una
zona de eliminación de cenizas o combustible (1) ya quemado en
forma de cenizas, siendo empujado hacia un orificio central (9),
donde las cenizas son evacuadas hacia el exterior con intermedio de
un husillo sin fin (10).
7. Sistema de combustión para calderas
verticales, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el combustible (1), en el caso de
encontrarse húmedo, al entrar en el horno directamente en contacto
con el lecho del fondo rotativo, que es la zona más caliente del
horno, se seca a medida que avanza a lo largo de la zona de
presecado.
8. Sistema de combustión para calderas
verticales, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque cuanto más se aproxima el combustible
al centro, más pequeñas resultan las coronas circulares o vueltas,
siendo compensada esta disminución por el hecho de que el
combustible se va quemando y disminuyendo de volumen.
9. Sistema de combustión para calderas
verticales, según la reivindicación 5, caracterizado por un
tornillo sin fin de eliminación de las cenizas que pueda recuperar
también el polvo en suspensión procedente del depurador de la
caldera.
10. Sistema de combustión para calderas
verticales, según la reivindicación 3, caracterizado por
estar especialmente adaptado para la combustión de combustible seco
o húmedo, preferentemente de biomasa.
11. Sistema de combustión para calderas
verticales, según la reivindicación 1, caracterizado porque
el tornillo sin fin de alimentación presenta una inclinación de
15º, para evitar los retornos de llama.
12. Sistema de combustión para calderas
verticales, según la reivindicación 1, caracterizado porque
cuanto más caliente es el aire primario a introducir en el horno,
más rápido y eficaz será el secado del combustible, siendo el aire
primario preferentemente recuperado del depurador de polvo en
suspensión de la caldera.
13. Sistema de combustión para calderas
verticales, según la reivindicación 1, caracterizado porque
el fondo rotativo está dispuesto sobre rodillos y la transmisión de
movimiento a dicho fondo tiene lugar por medio de un conjunto
moto-reductor en el exterior de la caldera.
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- 2006-10-12 PT PT103585A patent/PT103585B/pt not_active IP Right Cessation
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2007
- 2007-02-21 FR FR0701230A patent/FR2907197A1/fr active Pending
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