ES2529475B1 - Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua - Google Patents

Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua Download PDF

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Abstract

Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua.#Equipo de recuperación de energía de purgas con sales disueltas y lodos en suspensión de calderas de vapor de agua. Comprende al menos un primer depósito (1) de almacenamiento de agua y un segundo depósito (2) de configuración tronco-cónica de eliminación de sales y lodos. El primer depósito (1) está conectado a un intercambiador de calor dispuesto en el segundo depósito (2). Parte del agua de las purgas se evapora al entrar en el segundo depósito (2) y el resto del agua permite calentar el agua que pasa por el interior del intercambiador (5) y que se dirige al primer depósito (1). Los lodos se eliminan por una salida de lodos (6) del segundo depósito (2). Toda la gestión y la toma de datos se hace de forma automática, sin intervención humana salvo para el mantenimiento preventivo.

Description

imagen1
EQUIPO DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA DE PURGAS DE CALDERAS DE VAPOR DE AGUA
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca en el campo técnico de la recuperación de energía. Más concretamente se describe un equipo para la recuperación de energía en forma temperatura de los fluidos provenientes de las purgas de las sales y purgas de los lodos de las calderas de vapor de agua.
La clave del equipo propuesto es recuperar la energía calorífica que contienen las purgas de las calderas de vapor de agua y con ella producir agua caliente a un costo mínimo. Esta agua caliente producida puede ser utilizable para la alimentación a las mismas calderas de vapor o para cualquier otro uso como puede ser agua caliente sanitaria, agua para limpieza o como fluido energético para calentar cualquier proceso productivo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Del estado de la técnica se conocen instalaciones de recuperación de energía que llevan a cabo la recuperación de forma aislada e independiente y que aprovechan solamente parte de la energía de las purgas.
Las instalaciones actuales solo comprenden un tanque de revaporizado donde se aprovecha el revaporizado y/o intercambiadores de placas para obtener energía de las purgas de las sales
Generalmente las purgas de las calderas se vierten directamente desaprovechándose toda la energía térmica que tienen. En algunos casos se emplean las instalaciones descritas con tanques de revaporizado o con intercambiadores de placas. En ningún caso esas instalaciones permiten recuperar la energía de las purgas con lodos cuya energía siempre se pierde.
imagen2
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua descrito permite realizar una recuperación de energía de las purgas de una o más calderas de vapor de agua con sales disueltas y lodos en suspensión mediante una recuperación directa por revaporizado de las purgas y una recuperación indirecta por transmisión térmica en un intercambiador de calor.
Como se ha descrito anteriormente no se conocen del estado de la técnica sistemas que permitan realizar una recuperación de energía de las purgas de lodos que se generan como resultado del funcionamiento de las calderas de vapor de agua por lo que la presente invención supone una gran mejora que conlleva además un ahorro muy importante de energía en el funcionamiento de las calderas.
El equipo comprende un primer depósito de acumulación de agua al que se transmite la energía recuperada en forma de revaporizado y en forma de calentamiento indirecto y un segundo depósito que recibe los fluidos que provienen de las purgas de sales y lodos de los que se extrae toda la energía posible.
El segundo depósito tiene una configuración tronco-cónica especialmente diseñada para permitir la precipitación de los lodos por decantación y por fuerza centrífuga. Con esta forma se permite que en los procesos de limpieza y eliminación de lodos la salida del agua del segundo depósito se realice de forma brusca y se eliminen todos los elementos decantados.(la forma cónica está en la parte inferior del depósito con el vértice en el extremo inferior del depósito) hace que se vayan acumulando ahí. De esta forma y utilizando el mismo principio que en las calderas de vapor, cada cierto tiempo, y cuando la temperatura del agua que contiene el segundo depósito ha disminuido a valores que no permiten extraer más energía, una válvula automática situada en la salida de dicho segundo depósito se abre de forma brusca, provocando turbulencias en la parte baja del segundo depósito, y arrastrando los lodos allí decantados, tirándolos directamente a la red de desagüe.
En el interior del segundo depósito se encuentra un intercambiador de calor por el que circula agua del primer depósito, que es bombeada desde el primer depósito y dirigida posteriormente a éste.
imagen3
En el segundo depósito se producen dos reacciones importantes. Una de ellas se produce cuando el agua residuo de la caldera (o calderas en caso de que se emplee el equipo en una instalación con varias calderas de vapor de agua) que está a una elevada temperatura y a una elevada presión entra en el interior de dicho segundo depósito. En este momento, como el segundo depósito está a una presión muy próxima a la atmosférica, una gran cantidad de agua de residuo se evapora, tomando la energía necesaria para el cambio de fase de líquido a gas de el propio agua del interior del segundo depósito. Este vapor se envía al primer depósito, mezclándose con el agua contenida en dicho depósito, a través de un distribuidor de vapor. Así se produce una primera parte de la recuperación energética también denominada revaporizado.
Por otra parte el agua contenida en el primer depósito se recircula a través de unos conductos para enviarla al intercambiador (que está dispuesto en el interior del segundo depósito pero con los extremos en el exterior de dicho segundo depósito para poder hacer la conexión con los conductos que entran y salen del primer depósito). Este agua que circula por el interior del intercambiador se calienta con el agua que contiene el segundo depósito (agua residuo de la caldera a alta temperatura) hasta que ya no queda más calor que ceder, es decir, hasta que la temperatura del agua del interior del segundo depósito ya es inferior a un valor predeterminado. Así se produce la segunda parte de la recuperación energética.
En el estado de la técnica el agua residuo de la caldera se tiraba directamente debido a que las sales contenidas en el agua de purgas se depositan en los intercambiadores térmicos haciendo un efecto aislante en los mismos, disminuyendo su rendimiento de forma sustancial, apareciendo puntos fríos que provocan poros, fugas y roturas.
Así pues algunas instalaciones del estado de la técnica sí se realizaba la primera forma de recuperación energética descrita, es decir, la recuperación por revaporizado, solamente para las purgas de sales pero en ninguna instalación del estado de la técnica se realiza una recuperación energética mayor como la de la recuperación por intercambio de calor entre el agua del primer depósito y la del segundo depósito, incluyendo también las purgas de lodos.
imagen4
Cuando se detecta que dicha temperatura del agua del interior del segundo depósito ya es menor que el valor de temperatura predeterminado el contenido del segundo depósito se vacía a través de la salida de lodos.
El equipo de recuperación de energía integra elementos destinados a su limpieza interior, pues es de vital importancia mantener una limpieza total en el intercambiador térmico. Comprende un sistema de limpieza del interior del segundo depósito que comprende una bola de limpieza que está dispuesta en el interior del segundo depósito y que es idéntica a la utilizada en las cisternas de transporte de leche y otros líquidos alimentarios, que a través de una toma de agua sanitaria y automáticamente procede a la limpieza. La limpieza que se hace es del intercambiador por fuera y de las paredes internas del segundo depósito. El equipo comprende un sistema de control, que a través de un autómata programable que cuando detecta que el contenido en sales y la producción de purgas son elevados ordena la limpieza
Así pues el sistema de control que es un autómata programable permite gestionar todo el equipo. Este autómata programable que realiza los cálculos matemáticos necesarios para la apertura y cierre de válvulas de limpieza, válvulas de vaciado, y puesta en marcha de la bomba de recirculación en función de datos de concentraciones de sales y en función de datos aportados por las sondas de temperatura y nivel que también forman parte del equipo.
El control manual y la visualización se hacen a través de un software de visualización de datos integrado en el autómata y en una pantalla táctil.
Tanto los depósitos como las canalizaciones hidráulicas están aislados con manta de lana de roca, para evitar perdidas de calor por transmisión a la atmosfera.
Todos los componentes, salvo el primer depósito deben colocarse bajo un carenado que los proteja de golpes y evite contactos con puntos calientes.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
imagen5
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.-Muestra una vista de los elementos del equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A continuación se describe con ayuda de la figura 1 un ejemplo de realización de la presente invención.
El equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua que se propone permite aprovechar el residuo de agua caliente de las purgas de las calderas de vapor de la instalación en la que se coloca. Estos residuos, como se ha descrito anteriormente, comprenden agua muy caliente (superior a 120ºC) con sales disueltas y lodos en suspensión por lo que es necesario un sistema específicamente desarrollado para tratar esta agua que sale de la caldera.
Como se aprecia en la figura 1, el equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua comprende al menos un primer depósito (1) para almacenamiento de agua y un segundo depósito (2) de aprovechamiento energético de las purgas de sales y los lodos del agua residuo de la caldera de vapor de agua.
El primer depósito (1) de almacenamiento de agua sin presión comprende al menos un conducto de salida (8) y un conducto de entrada (9) destinados a la recirculación del agua a través de un intercambiador (5) dispuesto en el interior del segundo depósito (2). En el conducto de salida (8) hay intercalado un sistema de bombeo (16) configurado para permitir la circulación del agua a través del conducto de salida (8), del conducto de entrada (9) y del intercambiador de calor (5). El primer depósito (1) comprende también un conducto de entrada vapor (10) destinado al paso de revaporizado (el vapor que se obtiene cuando las purgas cambian de fase y pasan a vapor en el segundo depósito (2)).
imagen6
Asimismo comprende una conducción para la entrada de agua fría (11) (que si se va a utilizar para la alimentación de las calderas de vapor debe ser agua tratada), una salida de agua ya calentada (12) para el uso a que se destine, una válvula de vaciado (13), y una salida al exterior dotada de válvula de rotura de vacío (14).
El segundo depósito (2) tiene una configuración tronco-cónica especialmente diseñada para permitir la eliminación de los lodos que van depositándose en el fondo de este segundo depósito (2) por decantación. La zona inferior del depósito es de la que tiene la forma cónica, siendo el vértice del cono el extremo inferior del depósito. Así pues los lodos que se depositan en las paredes de esta parte cónica del segundo depósito (2) van arrastrándose debido a la inclinación de las paredes y almacenándose en el vértice de la parte cónica. En este segundo depósito (2) es donde se recibe el agua de residuo de al menos una caldera de vapor de agua.
Las calderas de vapor de agua disponen de una salida para el agua residuo que tiene sales disueltas y una salida de agua residuo con lodos suspendidos. Estas dos salidas se juntan en una entrada (3) del segundo depósito (3) que está destinada a conectarse a dichas salidas de agua de residuo con sales y lodos de al menos una caldera de vapor de agua.
Las purgas de las calderas de vapor que envían agua con sales disueltas al segundo depósito (2) se producen de forma esporádica ya que se realizan cuando se detecta que la salinidad del agua de la caldera es demasiado elevada. Las purgas que envían agua con lodos suspendidos sí que se realizan en intervalos de tiempo determinados.
En el segundo depósito (2) se encuentra también un intercambiador (5) que está alojado en su interior. Dicho intercambiador (5) está conectado al conducto de salida (8) y al conducto de entrada (9) del primer depósito (1) para permitir el paso del agua del primer depósito (1) a su través.
Asimismo el segundo depósito (2) comprende una salida de lodos (6) dispuesta en la parte inferior, y una salida de vapor (7) dispuesta en la parte superior que está conectada al conducto de vapor (10) del primer depósito.
imagen7
El equipo de recuperación de energía comprende también un sistema de bombeo conectado al conducto de salida (8) que está configurado para permitir la circulación del agua a través de dichos conductos y del intercambiador de calor (5). Esto permite enviar agua desde el primer depósito (1) de su parte inferior que es la mas fría hasta el intercambiador (5) y que se caliente al pasar por él y retorne al primer depósito (1).
Como se ha descrito previamente el segundo depósito (2) permite hacer dos recuperaciones energéticas de los residuos de las calderas de vapor de agua. La primera de ellas está asociada al paso de parte del agua de residuo de estado líquido a estado gaseoso. De este cambio de fase se obtiene un vapor de agua que pasa por diferencia de presión al primer depósito (1). La segunda de ellas está asociada al calentamiento del agua que pasa por el interior del intercambiador (5) (que es agua del primer depósito (1)) y que se calienta porque el agua residuo que hay contenida en el segundo depósito (2) cede su calor.
El sistema de bombeo comienza el movimiento del agua del primer depósito (1) hacia el intercambiador (5) cuando se detecta que la temperatura del interior del primer depósito baja por debajo de un determinado valor predeterminado.
Asimismo el equipo de recuperación de energía comprende un sistema de control (17) configurado para gestionar la apertura y cierre de unas válvulas automáticas colocadas en los conductos del primer depósito (1) y las entradas y salidas del segundo depósito (2). En un ejemplo de realización dicho sistema de control (17) es un PLC. Para facilitar el manejo del sistema de control (17) éste puede comprender una pantalla táctil (18) u otros dispositivos de visualización y gestión de datos y operaciones.
El equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua comprende también un sensor de nivel (15) y al menos un sensor de temperatura (4). Ambos están dispuestos en el exterior conectados al segundo depósito (2).
El sensor de nivel (11) está conectado al sistema de control (autómata programable) configurado para enviar una señal de nivel de agua a dicho sistema de control (17) para abrir o cerrar la entrada (3) y la salida de lodos (6) del segundo depósito (2) si el agua supera o queda por debajo de unos valores de nivel de agua predeterminados.
imagen8
El sensor de temperatura (4) está configurado para medir la temperatura del agua del interior del segundo depósito (2) y está conectado al sistema de control (17) configurado
5 para enviar una señal de nivel de temperatura a dicho sistema de control (17) para abrir la salida de lodos (6) del segundo depósito (2) cuando la temperatura del agua en el interior del segundo depósito (2) es menor a un valor de temperatura predeterminado.
Adicionalmente el equipo comprende un sistema de limpieza del segundo depósito (2)
10 que dispone de una bola de limpieza (19) en el interior de dicho segundo depósito (2), conectada a una tubería con válvula automática destinada a la entrada de agua limpia en el segundo depósito (2).

Claims (12)

  1. imagen1
    REIVINDICACIONES
    1.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor de agua que está
    caracterizado por que comprende: -un primer depósito (1) de almacenamiento de agua a presión con al menos un conducto de salida (8) y un conducto de entrada (9) destinados al paso de agua y un conducto de entrada vapor (10) destinado al paso de vapor, -un segundo depósito (2) de recuperación de energía de purgas de sales y lodos, que tiene una configuración tronco-cónica y que está destinado a recibir el agua residuo de al menos una caldera de vapor de agua y que comprende al menos:
    -una entrada (3) destinada a conectarse a las salidas de agua de residuo con sales y lodos de al menos una caldera de vapor de agua, -un intercambiador (5) alojado en su interior que está conectado al conducto de salida (8) y al conducto de entrada (9) del primer depósito (1) para permitir el paso del agua del primer depósito (1) a su través, -una salida de lodos (6) dispuesta en la parte inferior, y -una salida de vapor (7) dispuesta en la parte superior que está conectada al conducto de vapor (10) del primer depósito,
    -un sistema de bombeo (16) intercalado en el conducto de salida (8) configurado para permitir la circulación del agua a través del conducto de salida (8), del intercambiador de calor (5) y del conducto de entrada (9), -un sistema de limpieza del interior del segundo depósito (2).
  2. 2.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende un sistema de control (17)configurado para gestionar la apertura y cierre de los conductos del primer depósito (1) y las entradas y salidas del segundo depósito (2).
  3. 3.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende en el interior del segundo depósito (2) un sensor de nivel (11) configurado para detectar el nivel de agua contenida en dicho segundo depósito (2).
  4. 4.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la
    10
    imagen2
    reivindicación 3 caracterizado por que el sensor de nivel (15) está conectado al sistema de control (17) configurado para enviar una señal de nivel de agua a dicho sistema de control (17) para abrir o cerrar la entrada (3) y la salida de lodos (6) del segundo depósito
    (2) si el agua supera o queda por debajo de unos valores de nivel de agua predeterminados.
  5. 5.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende un sensor de temperatura (4) conectado al interior del segundo depósito (2) configurado para medir la temperatura del agua del interior del segundo depósito (2).
  6. 6.-Equipo de recuperación de energía de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende un sensor de temperatura (4) conectado al interior del primer depósito (1) configurado para medir la temperatura del agua del interior del primer depósito (1).
  7. 7.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 5 caracterizado por que el sensor de temperatura (4) está conectado al sistema de control (17) configurado para enviar una señal de nivel de temperatura a dicho sistema de control (17) para abrir la salida de lodos (6) del segundo depósito (2) cuando la temperatura del agua en el interior del segundo depósito (2) es menor a un valor de temperatura predeterminado.
  8. 8.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que el primer depósito (1) comprende una conducción para la entrada de agua fría (11) configurada para permitir el llenado del primer depósito (1).
  9. 9.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que el primer depósito (1) comprende una salida de agua ya calentada (12).
  10. 10.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que el primer depósito (1) comprende una válvula de
    11
    imagen3
    vaciado (13).
  11. 11.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que el primer depósito comprende una salida con 5 válvula de rotura de vacío (14).
  12. 12.-Equipo de recuperación de energía de purgas de calderas de vapor según la reivindicación 1 caracterizado por que el sistema de limpieza del segundo depósito (2) comprende una bola de limpieza (19) dispuesta en el interior de dicho segundo depósito
    10 (2), conectada a una tubería con válvula automática destinada a la entrada de agua limpia en el segundo depósito (2).
    12
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