ES2619945T3 - Disposición de mezcla de gas - Google Patents

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Abstract

Disposición de mezcla de gas para mezclar un gas de proceso (MF) de una planta de proceso, cuya disposición comprende un conducto (10) de gas para la circulación de dicho gas de proceso, una sección (24) de placas de mezcla dispuesta en el conducto (10) de gas y que comprende al menos una placa de mezcla (42, 44) dispuesta en un ángulo (a+, a-) con respecto a una dirección (C) de flujo principal de dicho gas de proceso que fluye a través del conducto (10) de gas, en donde dicha disposición comprende además una sección (22) de álabes de guía dispuesta aguas arriba de dicha sección (24) de placas de mezcla para cooperar entre ellas en la mezcla del gas de proceso (MF) que fluye a través del conducto (10) de gas, en donde la sección (22) de álabes de guía comprende un primer grupo (26) de álabes de guía (30) dispuestos para dirigir una primera porción (GP1) de flujo de gas en una dirección hacia una primera pared lateral (34) del conducto (10) de gas, y un segundo grupo (28) de álabes de guía (32) dispuestos para dirigir una segunda porción (GP2) de flujo de gas en una dirección hacia una segunda pared lateral (36) del conducto (10) de gas 20, estando dicha segunda pared (36) opuesta a dicha primera pared lateral (34), y en donde los álabes de guía (30) del primer grupo (26) de álabes de guía están dispuestos en una primera fila (38) de álabes de guía que se extiende perpendicular a la dirección (C) de flujo principal y las álabes de guía (32) del segundo grupo (32) de álabes de guía están dispuestos en una segunda fila (40) de álabes de guía que se extienden perpendiculares a la dirección (C) de flujo principal a través del conducto (10) de gas, en donde la primera (38) y segunda (40) filas de álabes de guía están dispuestas en paralelo entre sí, en donde las álabes de guía (30, 32) tienen una forma curvilínea, caracterizada por que cada fila (38, 40) de álabes de guía tiene un álabe exterior dispuesto a próximo a la pared lateral respectiva (34, 36) del conducto de gas en donde un borde recto inferior de cada álabe de guía exterior está dispuesto adyacente a la pared lateral correspondiente de tal manera que el gas de combustión no puede pasar la sección de álabes de guía sin ser dirigido hacia las paredes laterales (34, 36) y por que al menos una placa de mezcla (42, 44) tiene una forma triangular.

Description

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DESCRIPCION
Disposicion de mezcla de gas CAMPO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a una disposicion de mezcla de gas para mezclar un gas de proceso de una central termoelectrica, cuya disposicion comprende un conducto de gas para la circulacion de dicho gas de proceso, una seccion de placas de mezcla dispuesta en el conducto de gas y que comprende al menos una placa de mezcla dispuesta en un angulo con respecto a una direccion de flujo principal de dicho gas de proceso que circula a traves del conducto de gas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En la combustion de un combustible, tal como carbon, petroleo, gas natural, turba, residuos, etc., en una planta de combustion, tal como una central termoelectrica o una planta de incineracion de residuos, se genera un gas de proceso. Para separar oxidos de nitrogeno, normalmente indicados como NOx, de tal gas de proceso, a menudo denominado como un gas de combustion, se utiliza frecuentemente un metodo, en el que un agente reductor, normalmente amomaco o urea, es mezclado con el gas de combustion. El gas de combustion, mezclado con dicho amomaco o urea, es hecho pasar a continuacion a traves de un catalizador en el que el agente reductor reacciona de manera selectiva con el NOx para formar gas de nitrogeno y vapor de agua. Normalmente el catalizador esta instalado en un asf llamado reactor de Reduccion Catalftica Selectiva (reactor de SCR).
En muchos procesos, la concentracion de NOx del gas de combustion no esta distribuida uniformemente sobre la seccion transversal del reactor de SCR. Esto plantea un problema, ya que una relacion estequiometrica entre el NOx y el agente reductor es esencial para alcanzar una buena reduccion del contenido de NOx del gas de combustion y un deslizamiento bajo del agente reductor desde el reactor SCR. Tambien, la temperatura y/o velocidad del gas de proceso puede variar a lo largo de la seccion transversal de un conducto de gas que reenvfa el gas de proceso de una central termoelectrica.
El documento US 8.066.424 describe un dispositivo de mezcla que esta dispuesto en un canal de flujo para mezclar un fluido que circula a traves del canal. La disposicion de mezcla tiene una pluralidad de discos mezcladores dispuestos en filas de discos de mezcla que tienen ejes de fila que discurren a traves de la direccion principal del flujo. El fluido que circula a traves del sistema es mezclado por vortices de borde delantero generados por los discos mezcladores.
El documento WO 2012/023025 describe un sistema de limpieza de gas que comprende una rejilla de inyeccion de amomaco y, aguas abajo de la misma, un rectificador de flujo de gas para desviar y rectificar el flujo de gas.
A partir del documento US 2003/0003029 se conoce un metodo para controlar la emision de NOx en un sistema de SCR y la mezcla de amomaco y gas de combustion aguas arriba del sistema de SCR. Esto es hecho canalizando la entrada del SCR y colocando lenguetas mezcladoras estaticas y/o haces de tubos de enderezamiento de flujo aguas abajo del sistema de inyeccion de amomaco. Ademas, una placa perforada es colocada aguas arriba del sistema de inyeccion de amomaco, en cada canal para mejorar los perfiles de mezcla y velocidad.
El documento EP 0 526 393 describe placas de mezcla y tubenas de suministro que estan dispuestas de tal manera que el amomaco es suministrado aguas abajo de las placas de mezcla.
El documento EP 1 681 090 describe elementos de mezcla es estaticos dispuestos en diferentes configuraciones en un canal de flujo. Los elementos de mezcla estan dispuestos en filas y forman un angulo de desde 10 grados a 45 grados con la direccion de flujo principal. Los elementos de mezcla tienen diferentes orientaciones y la proyeccion de los elementos de mezcla en la direccion de flujo principal asciende desde el 5 por ciento al 50 por ciento de la seccion transversal del canal. Aunque la mezcla del gas de proceso es conseguida hasta cierto punto por la disposicion descrita en el documento US 8.066.424, se desea una mezcla mas eficiente de gas de proceso de una central termoelectrica.
El documento CN 201949798 U describe una disposicion de placa de mezcla de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
RESUMEN DE LA INVENCION
Un objeto de la presente invencion es proporcionar una disposicion de mezcla de gas robusta y eficiente en espacio. Este objeto es conseguido por medio de una disposicion de mezcla de gas para mezclar un gas de proceso de una planta de proceso de acuerdo con la reivindicacion 1.
Las condiciones de entrada del gas de proceso que entra en el conducto de gas de la disposicion de mezcla pueden variar a lo largo de la seccion transversal del mismo con respecto, por ejemplo, a la concentracion de NOx, temperatura o velocidad. La seccion de alabes de grna sirve principalmente para aliviar tales variaciones. La seccion de placas de mezcla sirve principalmente para, de una manera local, mezclar mas el gas de proceso para igualar las variaciones. La seccion de alabes de grna y la seccion de placas de mezcla cooperan asf para mezclar el gas de proceso que fluye a
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traves del conducto de gas, homogeneizando por ello el gas de proceso 30 de una manera eficiente. La combinacion de la seccion de alabes de grna y la seccion de placas de mezcla habilita una disposicion de mezcla de gas muy eficiente en espacio ya que puede conseguirse una mezcla suficiente aunque se utilice una distancia relativamente corta. Especialmente, cuando hay disponible una distancia corta para la mezcla esto es ventajoso. Mediante esta combinacion se consigue asf una disposicion de mezcla de gas muy compacta y eficiente. Ademas, el diseno robusto de la disposicion de mezcla habilita el manejo de distintas condiciones de entrada con respecto al gas de proceso, tal como concentracion de NOx, variacion de temperatura y velocidad sin la necesidad de un ajuste de precision que consume tiempo. La disposicion de mezcla de gas puede ser utilizada para homogeneizar el gas de proceso en diferentes tipos de centrales termoelectricas.
La disposicion de mezcla de gas puede ser utilizada junto con una disposicion para suministrar un agente reductor en una central termoelectrica que tiene un reactor de SCR. Por ejemplo la disposicion de mezcla de gas puede ser utilizada junto con un sistema de inyeccion de amonio. La instalacion de tal sistema de inyeccion de amonio puede ser costosa y su ajuste de precision para conseguir una mezcla del gas de proceso suficiente antes de que entre en un SCR puede consumir tiempo en consecuencia. Ademas, tal sistema puede ser sensible a cambios de condiciones de entrada con respecto al gas de proceso. El uso de una disposicion de mezcla de gas de acuerdo con la presente descripcion junto con una disposicion para 15 suministrar un agente reductor elimina, o al menos reduce, la necesidad de ajustar con precision las boquillas del sistema de inyeccion de amonio ya que se consigue una mezcla suficiente por la propia disposicion de mezcla de gas. La disposicion de mezcla de gas habilita asf el acondicionamiento eficiente del gas de proceso que resulta en menos huella y costes.
Preferiblemente, la seccion de alabes de grna comprende al menos otro grupo de alabes de grna dispuestos para dirigir una tercera porcion del flujo de gas en una direccion hacia una cualquiera de la primera y la segunda pared lateral del conducto de gas.
De acuerdo con una realizacion la seccion de alabes de grna comprende un tercer grupo de alabes de grna dispuestos para dirigir una tercera porcion del gas de proceso en una direccion hacia la primera pared lateral y un cuarto grupo de alabes de grna dispuestos para dirigir una cuarta porcion del gas de proceso en una direccion hacia la segunda pared lateral.
La disposicion de mezcla de gas puede comprender al menos otra seccion de alabes de grna dispuestos aguas abajo de la primera seccion de alabes de grna con el fin de mejorar aun mas la mezcla del gas de proceso.
En una realizacion al menos dicha otra seccion de alabes de grna comprende un primer grupo de alabes de grna dispuestos para dirigir una porcion del gas de proceso en una direccion hacia una tercera pared lateral del conducto de gas, y un segundo grupo de alabes de grna dispuestos para dirigir una porcion del gas de proceso en una direccion hacia una tercera pared lateral del conducto de gas, estando dicha cuarta pared lateral opuesta a dicha tercera pared lateral.
En una realizacion los grupos de los alabes de grna proximos entre sf se solapan parcialmente con respecto a la direccion de flujo principal a traves del conducto de gas.
Preferiblemente, la distancia entre la seccion de alabes de grna y la seccion de placas de mezcla medida a lo largo de la direccion de flujo principal del conducto de gas es menor de 15 m con el fin de conseguir una disposicion de mezcla de gas compacta aun eficiente.
De acuerdo con una realizacion la distancia entre la seccion de alabes de grna y la seccion de placas de mezcla medida a lo largo de la direccion de flujo principal del conducto de gas puede ser menor de 10 m, tfpicamente de entre 0,2 m y 10 m.
Preferiblemente, la seccion de placas de mezcla comprende una pluralidad de placas de mezcla dispuestas en el conducto de gas a lo largo de su seccion transversal como se ha visto con respecto a la direccion de flujo principal a traves de dicho conducto de gas. Esto mejorara ademas la mezcla del gas de proceso que fluye a traves del conducto de gas.
En una realizacion una pluralidad de placas de mezcla estan dispuestas en una primera fila de placas de mezcla y unas placas de mezcla contiguas en dicha fila de placas de mezcla estan dispuestas alternativamente en un angulo positivo y en un angulo negativo con respecto a la direccion de flujo principal a traves del conducto de gas. Esto tiene la ventaja de que los vortices generados por cada placa de mezcla interactuan de una manera eficiente para formar una zona de mezcla aguas abajo de las placas de mezcla.
En una realizacion la seccion de placas de mezcla comprende ademas una segunda fila de placas de mezcla, estando la primera y la segunda filas de placas de mezcla dispuestas simetricamente con respecto a la seccion transversal del conducto de gas.
Preferiblemente, una superficie mayor de al menos una placa de mezcla representa un area proyectada sobre la seccion transversal del conducto de gas segun se mira en su direccion de flujo que representa el 30 - 50%, mas preferido el 35 - 45 % y mas preferido el 38 - 42% del area en seccion transversal del conducto de gas.
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BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La invencion sera descrita a continuacion con mas detalle con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La fig. 1 es una vista en seccion transversal lateral esquematica de una central termoelectrica de carbon.
La fig. 2 es una vista en seccion transversal lateral en perspectiva esquematica que ilustra una disposicion de mezcla de gas de acuerdo con una realizacion de la presente descripcion.
La fig. 3 es una vista en seccion transversal lateral esquematica de la disposicion de mezcla de gas en la fig. 2.
La fig. 4 es una vista en seccion transversal lateral en perspectiva esquematica que ilustra una disposicion de mezcla de gas de acuerdo con una segunda realizacion de la presente descripcion 5.
La fig. 5 es una vista en seccion transversal lateral esquematica que ilustra una disposicion de mezcla de gas de acuerdo con una tercera realizacion de la presente descripcion.
DESCRIPCION DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
La fig. 1 es una ilustracion en vista lateral esquematica de una central termoelectrica 1. La central termoelectrica 1 comprende una caldera 2 de combustion de carbon. En la caldera 2 de combustion de carbon el carbon se quema en la presencia de aire, generando por ello un flujo de un gas de proceso en la forma de un gas de combustion que deja la caldera 2 de combustion de carbon a traves de un conducto 4. A traves del conducto 4 el gas de combustion pasa a un sistema 6 de inyeccion de amomaco. En el sistema 6 de inyeccion de amomaco, se anade NH3 al gas de combustion y se mezcla a fondo con el gas de combustion. El amomaco gaseoso de suministrado al sistema 6 de inyeccion de amomaco desde un sistema 8 de suministro de amomaco. El gas de combustion deja el sistema 6 de inyeccion de amomaco a traves de un conducto 10 y pasa a una disposicion 20 de mezcla de gas como se ha descrito con mas detalle a continuacion. Despues de pasar 20 la disposicion 20 de mezcla el gas de combustion circula a una entrada de reactor 12 de reduccion catalftica selectiva (SCR). El reactor 12 de SCR comprende una o mas capas consecutivas 14 del catalizador 14a de SCR ubicado dentro del reactor 12 de SCR. Este catalizador 14a de SCR comprende un componente 14b activo de manera catalftica, tal como pentoxido de vanadio o trioxido de wolframio, aplicado a un material portador de ceramica 25 de modo que comprenda, por ejemplo, una estructura en panal o una estructura de placa. En el reactor 12 de SCR los oxidos de nitrogeno, NOx, en el gas de combustion reaccionan con el amomaco inyectado por medio del sistema 6 de inyeccion de amomaco para formar gas nitrogeno, N2. El gas de combustion deja a continuacion el reactor 12 de SCR a traves de un conducto 16 y es emitido a la atmosfera mediante una chimenea 18. Se apreciara que la central termoelectrica 1 puede comprender ademas dispositivos de limpieza de gas, tales como eliminadores de partfculas, tales como precipitadores electrostaticos, y tales como depuradores humedos. Por razones de mantenimiento de claridad de ilustracion en los dibujos, tales dispositivos adicionales de limpieza de gas no se han mostrado en la fig. 1. Tfpicamente, la concentracion de NOx del gas de combustion que fluye desde la caldera es de 35 no distribuido uniformemente sobre la seccion transversal del conducto 10. Tambien la temperatura y/o velocidad del gas de combustion puede variar sobre la seccion transversal del conducto 4. A tal fin, la central termoelectrica 1 comprende la disposicion 20 de mezcla de gas.
Con referencia a las figs. 2 y 3, se describira adicionalmente la disposicion 20 de mezcla. La fig. 2 es una vista en seccion transversal lateral en perspectiva esquematica del conducto que ilustra una disposicion 20 de mezcla de gas de acuerdo con una realizacion de la presente descripcion. La fig. 3 muestra una vista en seccion transversal lateral esquematica de la disposicion 20 de mezcla de gas. La disposicion 20 de mezcla de gas comprende una porcion 10a del conducto 10 de gas, una seccion 22 del alabe de grna 10 y una seccion 24 de placa de mezcla que esta dispuesta aguas abajo de la seccion 22 del alabe de grna segun se ve con respecto a una direccion C de flujo principal del gas de combustion que fluye a traves del conducto 10 de gas. El flujo principal de gas esta ilustrado por la flecha MF en la fig. 2. La seccion 22 del alabe de grna sirve principalmente para dirigir el gas desde un lado a un lado opuesto del conducto 10 de gas con el fin de, de una manera global, igualar variaciones, tales como, por ejemplo, concentracion de NOx, variacion de temperatura o velocidad a lo largo de la seccion transversal del conducto 10 de gas de combustion que entra en la disposicion 20 de mezcla de gas. La seccion 24 de la placa de mezcla sirve principalmente para, de una manera local, igualar las variaciones del gas de combustion reenviado a traves de la porcion 10a del conducto de gas. La seccion 22 del alabe de grna coopera asf con la seccion 24 de la placa de mezcla para mezclar el gas de combustion reenviado a traves del conducto 10. La combinacion de la seccion 22 del alabe de grna y de la seccion 24 de la placa de mezcla da como resultado una disposicion 20 de mezcla de gas muy eficiente. Sin la disposicion 20 de mezcla de gas se habna requerido una distancia significativamente mas larga medida en la direccion de flujo principal para conseguir un grado suficiente de mezcla del gas de combustion.
La seccion 22 del alabe de grna comprende un primer grupo 26 y un segundo grupo 32 de alabes de grna. El numero de alabes de grna, su geometna y ubicacion en cada grupo de alabes de grna depende de diferentes factores, tales como por ejemplo el tipo de planta de proceso y requisitos con respecto a la composicion qmmica, temperatura y velocidad del gas de proceso que deja la disposicion 20 de mezcla de gas. En esta realizacion cada uno del primer grupo 30 y del segundo grupo 32 de alabes de grna comprende 4 alabes de grna 30, 32. Los alabes de grna 30 del primer grupo de
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alabes de gma 30 estan dispuestos para dirigir una primera porcion de flujo GP1 de flujo de gas en una direccion hacia una primera pared lateral 34 del conducto 10a de gas, como se ha ilustrado esquematicamente por la flecha A en las figs. 2 y 3. Las alabes de gma 32 del segundo grupo de alabes de gma 32 estan dispuestos para dirigir una segunda porcion GP2 de flujo de gas en una direccion hacia una segunda pared lateral 36, que esta opuesta a la primera pared lateral 34, como se ha ilustrado esquematicamente por la flecha B en las figs. 2 y 3. Las alabes de gma 30 del primer grupo 30 de alabes de gma estan dispuestos en una primera fila 38 de alabes de gma que se extiende sobre una primera porcion de la seccion transversal de la porcion 10a de conducto de gas como se ha visto en la direccion C de flujo principal del mismo. Los alabes de gma 32 del segundo grupo de alabes de gma 32 estan dispuestos en una segunda fila 40 de alabes de gma que se extiende sobre una segunda porcion de la seccion transversal de la porcion de conducto 10a de gas como se ha visto en la direccion C de flujo principal del mismo. Cada alabe de gma 30, 32 de la primera 38 y de la segunda 40 filas de alabes de gma esta dispuesto asf a lo largo de un eje de fila respectivo que se extiende esencialmente a traves de la direccion C de flujo principal. La primera 38 y segunda 40 filas de alabes de gma estan dispuestas una a continuacion de otra al mismo nivel de la porcion 10a de conducto de gas como se ha visto en la direccion C de flujo principal. Por lo tanto, la primera 38 y segunda 40 filas del alabe de gma estan dispuestas en paralelo entre sr La longitud de cada fila de alabes de gma es mayor que la mitad de la longitud en seccion transversal del conducto 10 de gas, como se ha ilustrado mejor en la fig. 3. Las filas 38, 40 de alabes de gma se solapan asf entre sf segun se ve sobre la seccion transversal del conducto 10 de gas. La primera 38 y segunda 40 filas de alabes de gma juntas forman un par de filas de alabes de gma.
La porcion 10a de conducto de gas tiene en este caso una seccion transversal rectangular. Cada alabe de gma 30, 32 esta dispuesto con un primer y un segundo borde recto del mismo paralelo a cada una de la primera 34 y segunda 36 paredes laterales. Cada fila 38, 40 de alabes de gma tiene un alabe de gma exterior dispuesto cerca de una pared lateral 34, 36 respectiva del conducto de gas, como se ha ilustrado mejor en la fig. 3. Un borde recto inferior de cada alabe de gma exterior esta dispuesto adyacente a una pared lateral correspondiente, con el fin de evitar que el gas de combustion pase a la seccion 22 de alabe de gma sin ser dirigido hacia una pared lateral 34, 36. La primera fila 38 de alabes de gma tiene asf un alabe de gma exterior 30 dispuesto adyacente a la segunda pared lateral 36 y la segunda fila 40 de alabes de gma tiene un alabe de gma exterior 32 dispuesto adyacente a la primera pared lateral 34, como se ha ilustrado mejor en la fig. 3.
Con el fin de dirigir el gas de combustion de una manera suave y para evitar grandes cafdas de presion en el conducto 10 de gas cada alabe de gma 30, 32 tiene una forma curvilmea, como se ha ilustrado mejor en la fig. 3. Cada uno de los alabes de gma 30, 32 puede por ejemplo ser curvilmeo con un radio de curvatura constante. Cada uno de los alabes de gma 30, 32 esta dispuesto con su convexidad mirando hacia una pared lateral, es decir la segunda pared lateral 36 y la primera pared lateral 34, respectivamente.
La seccion 24 de placas de mezcla comprende cuatro placas de mezcla triangulares estaticas 42, 44 dispuestas en una fila 43 sobre la seccion transversal completa del conducto 10a de gas como se ha visto en la direccion C de flujo principal. Cada placa de mezcla 42, 44 esta dispuesta en un angulo de ataque a+, a- con respecto a la direccion C de flujo principal a traves del conducto 10, como se ha ilustrado en la fig. 3. Por tanto, cada placa de mezcla 42, 44 esta dispuesta con su superficie mayor que forma un angulo con respecto a la direccion C de flujo principal. Las placas de mezcla contiguas 42, 44 de la fila de las placas de mezcla estan dispuestas alternativamente en un angulo positivo a+ y en un angulo negativo a- con respecto a la direccion C de flujo principal a traves del conducto 10 de gas, como se ilustrado en la fig. 3.
Preferiblemente, las placas de mezcla 42, que estan dispuestas en un angulo positivo a+, forman un angulo con respecto a un eje paralelo a la direccion C de flujo principal a traves del conducto 10 correspondiente con un angulo del orden de entre 20 y 50 grados y las placas de mezcla 44, que estan dispuestas en un angulo negativo a-, forman un angulo con respecto a un eje paralelo a la direccion C de flujo principal correspondiente a un angulo del orden de entre -25 y -50 grados.
Las placas de mezcla contiguas 42, 44 estan dispuestas con sus superficies mayores que forman un angulo p entre ellas correspondiente a dos veces el valor cuantitativo del angulo a+, a- que las placas de mezcla respectivas 42, 44 forman con respecto a la direccion C de flujo principal a traves del conducto 10 de gas.
Cada placa de mezcla genera vortices V1, V2 en el borde delantero de las mismas. En la fig. 2 los vortices V1, V2 generados por dos de las placas de mezcla se han ilustrado esquematicamente. La rotacion de estos vortices provoca componentes de flujo normal a la direccion C de flujo principal que mezclan de manera local porciones del gas de combustion que fluye a traves del conducto 10. En esta realizacion cada placa de mezcla 42, 44 tiene una geometna que representa una geometna generalmente triangular que genera esencialmente dos vortices mayores V1, V2 que emergen a lo largo de los bordes opuestos laterales de la placa de mezcla, como se ha ilustrado esquematicamente en la fig. 2. Sin embargo, se ha apreciado que las placas de mezcla pueden tener una geometna que representa otra geometna, tal como por ejemplo una geometna rectangular, circular, elfptica, o de parabola.
Los dos vortices V1, V2 formados asf a lo largo de los bordes laterales de cada placa de mezcla 42, 44 giraran en direcciones opuestas hacia el eje central longitudinal de la placa de mezcla 42, 44 respectiva y tienen un diametro que aumenta gradualmente cuando aumenta la distancia desde la placa de mezcla aguas abajo de la misma.
5
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20
25
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35
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45
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55
60
La seccion 24 de la placa de mezcla esta dispuesta aguas abajo de la seccion 22 del alabe de gma y coopera con la seccion 22 del alabe de gma para mezclar el gas de combustion reenviado a traves del conducto 10 de gas. La distancia L 1 entre la seccion 22 del alabe de gma y la seccion 24 de la placa de mezcla medida en la direccion C de flujo principal depende de diferentes parametros, tales como el area en seccion transversal del conducto 10a de gas, la geometna y orientacion de las alabes de gma 30, 32 15 etc. Por tanto, la distancia L 1 entre la seccion 22 del alabe de gma y la seccion 24 de la placa de mezcla puede ser optimizada para una cierta aplicacion. Preferiblemente, la distancia mas corta entre una extremidad superior de seccion 22 del alabe de gma y una extremidad inferior de la seccion 24 de la placa de mezcla medida a lo largo de la direccion de flujo principal del conducto de gas es menor de 15 m. De acuerdo con una realizacion, la distancia mas corta L 1 entre la seccion 22 del alabe de gma y la seccion 24 de la placa de mezcla medida a lo largo de la direccion de flujo principal del conducto 10a de gas, como se ilustrado en la fig. 3, puede ser menor de 10 m, tfpicamente entre 0,2 m y 10 m. Como se ha indicado en la fig. 3 la distancia L 1 es medida entre una extremidad superior de la seccion 22 del alabe de gma y una extremidad inferior de la seccion 24 de la placa de mezcla. Combinando un dispositivo 22 de direccionamiento de flujo que comprende alabes de gma 30, 32 y vortices que genera el dispositivo 24 de mezcla que comprende las placas de mezcla 42, 44 una mezcla compacta aun eficiente con respecto a las variaciones relativas a la temperatura, composicion qmmica y velocidad del gas de proceso es conseguida como sera descrito a continuacion.
Con referencia ahora a las figs. 1-3, se describira la funcion de la disposicion 20 de mezcla de gas. Una corriente de gas de combustion generada en la caldera 2 de la central termoelectrica fluye desde la caldera 2 hacia el reactor 12 de SCR mientras que pasa la disposicion 20 de mezcla de gas. Tfpicamente, la concentracion de NOx y/o la temperatura del gas de combustion reenviada desde la caldera 2 no son distribuidas de manera uniforme sobre la seccion transversal del conducto 4. Tambien la temperatura y/o la velocidad del gas de combustion pueden variar sobre la seccion transversal del conducto 4. A traves del conducto 4, el gas de combustion fluye al sistema 6 de inyeccion de amomaco.
En el sistema 6 de inyeccion de amomaco, se anade amomaco gaseoso, NH3, al gas de combustion. El gas de combustion entra a continuacion en el conducto 10. Una primera porcion GP1 de flujo de gas, como se ha visto con respecto a la seccion transversal del conducto de gas, es sometida a un cambio de direccion de flujo por el primer grupo de los alabes de gma 30, como se ha ilustrado esquematicamente por la flecha A en las figs. 2 y 3. La primera porcion GP1 de flujo de gas es dirigida en una direccion hacia la primera pared lateral 34. Una segunda porcion GP2 de flujo de gas del gas de combustion, como se ha visto con respecto a la seccion transversal del conducto de gas, es sometida a un cambio de direccion de flujo por el segundo grupo de alabes de gma 32, como se ilustrado esquematicamente por la flecha B en las figs. 2 y 3. La segunda porcion GP2 de flujo de gas es dirigida en una direccion hacia la segunda pared lateral 36. Por ello, se consigue, una mezcla global, como se ha visto sobre la seccion transversal del conducto 10a de gas, de la primera GP1 y segunda GP2 porciones de flujo de gas, que pasan a traves de la seccion 22 del alabe de gma. El gas de combustion que pasa la seccion 22 del alabe de gma es dirigido de una manera muy suave ya que cada alabe de gma 30, 32 es curvilmeo con un radio de curvatura. Ademas, la orientacion de los alabes de gma 30, 32 es adaptada para minimizar las perturbaciones del flujo mientras que dirige gas hada una pared lateral respectiva del conducto 10 de gas. El gas de combustion mezclado es a continuacion sometido a una mezcla adicional provocada por los vortices V1, V2 generados por las placas de mezcla 40, 42. Poco despues de la seccion 24 de la placa de mezcla, como se ha visto en la direccion C de flujo principal, el gas de combustion esta suficientemente mezclado. El direccionamiento del gas de combustion por la paleta gma 30, 32 de la seccion 24 del alabe de gma en combinacion con la turbulencia provocada por las placas de mezcla 40, 42 de la seccion 24 de la placa de mezcla ha mostrado dar como resultado una mezcla muy eficiente del gas de combustion sobre la seccion transversal del conducto 10 de gas. La concentracion de NOx en el gas de combustion, asf como el perfil de temperatura, por la disposicion de mezcla de gas de la invencion, han probado tener una distribucion sorprendentemente uniforme sobre el area de la seccion transversal 30 de la entrada del reactor de SCR. Mediante esta combinacion se consigue una disposicion de mezcla de gas muy compacta y eficiente.
A continuacion se describira una disposicion 120 de mezcla de acuerdo con una segunda realizacion de la presente descripcion con referencia a la fig. 4. Muchas caractensticas descritas en la primera realizacion estan presentes tambien en la segunda realizacion con numeros de referencia similares que identifican caractensticas similares o las mismas caractensticas. Habiendo mencionado esto, la descripcion se enfocara sobre la explicacion de las diferentes caractensticas de la segunda realizacion.
En la segunda realizacion la seccion 122 del alabe de gma comprende, ademas de una primera 138 y una segunda 141 filas de alabes de gma, un tercer grupo de alabes de gma dispuestos en una tercera fila 139 de alabes de gma y un cuarto grupo de alabes de gma dispuestos en una cuarta fila 141 de alabes de gma. La tercera 139 y la cuarta 141 filas de alabes de gma juntas forman un segundo par de filas de alabes de gma. Los alabes de gma de la tercera fila 139 de alabes de gma estan dispuestos para dirigir una porcion GP3 de gas de combustion en una direccion hacia la primera pared lateral 134 y los alabes de gma de la cuarta fila 141 de alabes de gma estan dispuestos para dirigir una porcion GP4 de gas de combustion en una direccion hacia la primera pared lateral 136. En esta realizacion la seccion 124 de la placa de mezcla comprende una primera 143 y una segunda 145 filas de placas de mezcla 142, 144. La primera 143 y la segunda 145 filas de placas de mezcla estan dispuestas en paralelo entre sf con respecto a la direccion de flujo principal a traves del conducto 110a de gas.
A continuacion se describira una disposicion de mezcla de acuerdo con una tercera realizacion con referencia a la fig. 5.
5
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40
Muchas caractensticas descritas en la primera y segunda realizaciones estan presentes tambien en la tercera realizacion con numeros de referencia similares que identifican caractensticas similares o las mismas caractensticas. Habiendo mencionado esto, la descripcion se focalizara en la explicacion de las diferentes caractensticas de la segunda realizacion.
En la tercera realizacion la disposicion de mezcla de gas comprende cuatro secciones 122, 122', 122'', 123 de alabes de gma y tres secciones 124, 124', 125 de placas de mezcla. Una primera seccion 122 de alabe de gma comprende un primer grupo de alabes de gma dispuestos para dirigir el gas de combustion hacia una primera pared lateral y un segundo grupo 30 de alabes de gma dispuestos para dirigir el gas de proceso hacia una segunda pared lateral. Una segunda seccion 122' de alabes de gma, que tiene el mismo numero de alabes de gma y configuracion que la primera seccion 122 de alabes de gma esta dispuesta aguas abajo de la primera seccion 122 de alabes de gma. Una seccion 124 de placas de mezcla esta dispuesta aguas abajo de la segunda seccion 122' de alabes de gma. Una tercera seccion 122'' de alabes de gma, que tiene tambien el mismo numero de alabes de gma y configuracion que la primera seccion 122 de alabes de gma, esta dispuesta aguas abajo de la seccion 124 de placas de mezcla. Una cuarta seccion 123 de alabes de gma esta dispuesta aguas abajo de la tercera seccion 122'' de alabes de gma. La cuarta seccion 123 de alabes de gma difiere de la primera 122, de la segunda 122' y de la tercera 122'' secciones de alabes de gma en que un primer y segundo grupos de alabes de gma de las mismas estan dispuestos para dirigir el haz hacia una tercera y una cuarta pared lateral, respectivamente, como se ha ilustrado en la vista en perspectiva de la tercera 122'' y la cuarta 123 de las secciones de alabes de gma en la fig. 5. Una segunda seccion 124' de placas de mezcla esta dispuesta aguas abajo de la cuarta seccion 123 de alabes de gma. Una tercera seccion 125 de placas de mezcla esta dispuesta aguas abajo de la segunda seccion 124' de placas de mezcla. La tercera seccion 125 de placas de mezcla difiere de la primera 124 y de la segunda 124' secciones de placas de mezcla en que cada una de las placas de mezcla de las mismas esta dispuesta en un angulo negativo con la direccion de flujo principal a traves de la porcion del conducto de gas. Las diferentes configuraciones de la seccion de alabes de gma descritas anteriormente sirven como ejemplos de como puede ser disenada una seccion de alabes de gma. Se ha apreciado que el numero de alabes de gma, su forma y la posicion de cada alabe de gma pueden ser optimizadas de tal manera que se consiga un nivel suficiente de mezcla mientras se minimizan las cafdas de presion. De manera similar las diferentes configuraciones de la seccion de placas de mezcla descritas anteriormente sirven como ejemplos de como puede ser disenada la seccion de placas de mezcla.
Se apreciara que distintas variantes de las realizaciones descritas anteriormente son posibles dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Anteriormente se ha descrito que la porcion10a del conducto de gas de la disposicion 20 de mezcla de gas tiene una seccion transversal rectangular. Se apreciara que puede ser posible utilizar otras secciones transversales, tales como secciones transversales circulares o elfpticas, en una disposicion de mezcla de gas de acuerdo con la presente descripcion. Tambien, la seccion transversal del conducto de gas puede variar como se ha visto a lo largo de la direccion de flujo principal a traves del conducto 10a de gas.
Se ha descrito anteriormente, con referencia a la fig. 1, que la presente invencion puede ser utilizada para mezclar gas de proceso generado en una caldera de combustion de carbon. Se apreciara que la invencion es util tambien para mezclar otros tipos de gases de proceso, incluyendo gases de proceso generados en calderas de combustion de petroleo, plantas de incineracion, incluyendo plantas de incineracion de residuos, hornos de cemento, altos hornos y plantas metalurgicas incluyendo cintas de sinterizacion etc.

Claims (9)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Disposicion de mezcla de gas para mezclar un gas de proceso (MF) de una planta de proceso, cuya disposicion comprende un conducto (10) de gas para la circulacion de dicho gas de proceso, una seccion (24) de placas de mezcla dispuesta en el conducto (10) de gas y que comprende al menos una placa de mezcla (42, 44) dispuesta en un angulo (a+, a-) con respecto a una direccion (C) de flujo principal de dicho gas de proceso que fluye a traves del conducto (10) de gas, en donde dicha disposicion comprende ademas una seccion (22) de alabes de grna dispuesta aguas arriba de dicha seccion (24) de placas de mezcla para cooperar entre ellas en la mezcla del gas de proceso (MF) que fluye a traves del conducto (10) de gas, en donde la seccion (22) de alabes de grna comprende un primer grupo (26) de alabes de grna (30) dispuestos para dirigir una primera porcion (GP1) de flujo de gas en una direccion hacia una primera pared lateral (34) del conducto (10) de gas, y un segundo grupo (28) de alabes de grna (32) dispuestos para dirigir una segunda porcion (GP2) de flujo de gas en una direccion hacia una segunda pared lateral (36) del conducto (10) de gas 20, estando dicha segunda pared (36) opuesta a dicha primera pared lateral (34), y en donde los alabes de grna (30) del primer grupo (26) de alabes de grna estan dispuestos en una primera fila (38) de alabes de grna que se extiende perpendicular a la direccion (C) de flujo principal y las alabes de grna (32) del segundo grupo (32) de alabes de grna estan dispuestos en una segunda fila (40) de alabes de grna que se extienden perpendiculares a la direccion (C) de flujo principal a traves del conducto (10) de gas, en donde la primera (38) y segunda (40) filas de alabes de grna estan dispuestas en paralelo entre sf, en donde las alabes de grna (30, 32) tienen una forma curvilmea, caracterizada por que cada fila (38, 40) de alabes de grna tiene un alabe exterior dispuesto a proximo a la pared lateral respectiva (34, 36) del conducto de gas en donde un borde recto inferior de cada alabe de grna exterior esta dispuesto adyacente a la pared lateral correspondiente de tal manera que el gas de combustion no puede pasar la seccion de alabes de grna sin ser dirigido hacia las paredes laterales (34, 36) y por que al menos una placa de mezcla (42, 44) tiene una forma triangular.
  2. 2. Disposicion de mezcla de gas segun la reivindicacion 1, en donde la seccion (122) de alabes de grna comprende al menos otro grupo de alabes de grna (139) dispuestos para dirigir una tercera porcion (GP3) de flujo de gas en una direccion bien hacia la primera (134) y la segunda (136) paredes laterales del conducto (10) de gas.
  3. 3. Disposicion de mezcla de gas segun la reivindicacion 1 o 2, que comprende al menos otra seccion (122', 122'', 123) de alabes de grna dispuesta aguas abajo de la primera seccion (122) de alabes de grna.
  4. 4. Disposicion de mezcla de gas segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde grupos (26, 28) de alabes de grna (30, 32) dispuestos proximos entre sf se solapan parcialmente con respecto al eje longitudinal de dicho conducto (10) de gas a traves del conducto (10) de gas.
  5. 5. Disposicion de mezcla de gas segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la distancia (L 1) entre la seccion (24) de placas de mezcla y la seccion (22) de alabes de grna medida a lo largo del eje longitudinal de dicho conducto (10) de gas del conducto (10) de gas es menor de 15 m.
  6. 6. Disposicion de mezcla de gas segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la seccion (24) de placas de mezcla comprende una pluralidad de placas de mezcla (42, 44) dispuestas en el conducto (10a) de gas sobre su seccion transversal como se ha visto con respecto al eje longitudinal de dicho conducto (10) de gas a traves del conducto (10) de gas.
  7. 7. Disposicion de mezcla de gas segun la reivindicacion 6, en donde dicha pluralidad de placas de mezcla (42, 44) estan dispuestas en una primera fila (43) de placas de mezcla y las placas de mezcla proximas (42, 44) de dicha fila (43) de placas de mezcla estan dispuestas alternativamente en un angulo positivo (a+) y en un angulo negativo a- con respecto al eje longitudinal de dicho conducto (10) de gas a traves del conducto (10) de gas.
  8. 8. Disposicion de mezcla de gas segun la reivindicacion 7, en donde la seccion (124) de placas de mezcla comprende ademas una segunda fila (145) de placas de mezcla, estando dispuestas la primera (143) y la segunda (145) filas de placas de mezcla simetricamente con respecto a la seccion transversal del conducto (10) de gas.
  9. 9. La disposicion segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde una superficie mayor de al menos una placa de mezcla en angulo (42, 44) representa un area proyectada sobre la seccion transversal del conducto (10) de gas como se ha visto en la direccion del eje longitudinal de dicho conducto (10) de gas que representa el 30-50%, mas preferido el 35-45% y mas preferido el 38-42% del area en seccion transversal del conducto (10) de gas.
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