ES2619947T3

ES2619947T3 - Intercambiador de lecho móvil que comprende una placa de orificios para controlar el flujo de sólidos

Info

Publication number: ES2619947T3
Application number: ES11781930.0T
Authority: ES
Inventors: Glen D. Jukkola; Bard C. Teigen
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: EP2633254B1; US20120111535A1; RS55792B1; EP2633254A1; HRP20170434T1; WO2012058523A1; CN103270382A; PL2633254T3; CN103270382B; US9557115B2; HUE031234T2

Abstract

Un intercambiador de calor (200) de lecho móvil, que comprende: un recinto (202) que tiene paredes laterales (204), un techo (206) y un suelo (208); un haz de tubos (220) dispuesto dentro del recinto; siendo el haz de tubos operativo para transportar un fluido de refrigeración; en donde los espacios entre los tubos del haz de tubos son operativos para permitir el transporte de sólidos y/o cenizas calientes; una placa de orificios (302) dispuesta aguas abajo del haz de tubos y aguas arriba de suelo del intercambiador de calor de lecho móvil; caracterizado por que la placa de orificios comprende una pluralidad de placas (304, 306, 308); teniendo cada placa orificios previstos en ella; siendo los orificios operativos para permitir el flujo de los sólidos y/o las cenizas calientes desde el intercambiador de calor de lecho móvil; siendo la placa de orificios operativa para distribuir uniformemente el flujo de sólidos y/o cenizas calientes, cada placa tiene menos orificios de mayor diámetro que la placa anterior, el área en sección transversal total de los orificios en las placas sucesivas es generalmente igual entre sí.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Intercambiador de lecho movil que comprende una placa de orificios para controlar el flujo de solidos REFERENCIA CRUZADA A APLICACIONES RELACIONADAS

Esta descripcion reivindica la prioridad de la Solicitud Provisional de los E.E.U.U, n° 61/407.694, presentada el 28 de octubre, de 2010, la Solicitud Provisional de los E.E.U.U, n° 61/407.706, presentada el 28 de Octubre, de 2010 y la Solicitud Provisional de los E.E.U.U, n° 61/407.741, presentada el 28 de Octubre, de 2010.

DECLARACION SOBRE INVESTIGACION O APOYO PATROCINADO POR EL GOBIERNO FEDERAL

El Gobierno de los Estados Unidos tiene derechos en esta invencion de conformidad con una cesion que tiene el numero de contrato DE-FC26-OINT41223 del Departamento de Energfa/Laboratorio de Tecnologfa de Energfa Nacional de los E.E.U.U, (NEFTL).

CAMPO TECNICO

Esta descripcion se refiere a una placa de orificios para controlar el flujo de solidos. Esta descripcion se refiere a una placa de orificios para controlar el flujo de solidos en un intercambiador de calor de lecho movil. Esta descripcion tambien se refiere a metodos para utilizar la placa de orificios y a artfculos que contienen la placa de orificios.

ANTECEDENTES

En algunos procesos termicos (por ejemplo, procesos implicados en la generacion de energfa) o procesos de fabricacion (por ejemplo, procesos implicados en la produccion de metales o plasticos) es deseable mover continuamente solidos. Por ejemplo, en la generacion de energfa, es deseable transferir calor desde solidos y/o cenizas calientes a un medio de refrigeracion en un intercambiador de calor. Con el fin de hacer esto, se transportan los solidos calientes a un intercambiador de calor de lecho movil donde intercambian su calor con un medio de refrigeracion que comprende agua, vapor o aceite. En el intercambiador de calor de lecho movil es deseable mover y descargar los solidos de manera uniforme de modo que las temperaturas sean uniformes a traves del intercambiador de calor de lecho movil.

Si no se mueven y se descargan de manera uniforme los solidos y/o las cenizas calientes en el intercambiador de calor de lecho movil, se pueden encontrar entonces diferencias de temperatura grandes a traves del intercambiador de calor y estas diferencias de temperatura grandes conducen a ineficiencias en el intercambiador de calor o a un fallo de componente. La mala distribucion del flujo de solidos puede conducir a un rendimiento pobre de transferencia de calor, una utilizacion ineficaz de la superfine, condiciones que sobrepasan la temperatura y/o esfuerzo de tension permisibles, y posiblemente desequilibrios de la temperatura del vapor. El documento Us 4 479 353 describe un intercambiador de calor de lecho movil de acuerdo con la parte de pre-caracterizacion de la reivindicacion 1.

Es por lo tanto deseable desarrollar un sistema de control de flujo para los procesos que implican el flujo de solidos de modo que se pueden transferir los solidos sin ninguna mala distribucion o desequilibrios que conducen a un proceso ineficaz.

RESUMEN

Se ha descrito en el presente documento una placa de orificios que comprende una o mas placas que tienen orificios previstos en ellas; siendo los orificios operativos para permitir el flujo de solidos desde un intercambiador de calor de lecho movil a un sistema de control de flujo de solidos; donde la placa de orificios esta aguas abajo de un haz de tubos del intercambiador de calor de lecho movil y aguas arriba del sistema de control de flujo de solidos.

Tambien se ha descrito en este documento un intercambiador de calor de lecho movil que comprende un recinto que tiene paredes laterales, un techo y un suelo, un haz de tubos dispuesto dentro del recinto; siendo el haz de tubos operativo para transportar un fluido de refrigeracion; en donde los espacios entre los tubos del haz de tubos estan operativos para permitir el transporte de solidos calientes y/o cenizas; una placa de orificios dispuesta aguas abajo del haz de tubos y del suelo del intercambiador de calor de lecho movil; comprendiendo la placa de orificios una o mas placas que tienen orificios previstos en ellas; siendo los orificios operativos para permitir el flujo de solidos desde el intercambiador de calor de lecho movil a un sistema de control de flujo de solidos; donde el sistema de control de flujo de solidos esta ubicado aguas abajo del intercambiador de calor de lecho movil.

Tambien se ha descrito en este documento un metodo que comprende descargar solidos desde un intercambiador de calor de lecho movil a un sistema de control de flujo de solidos a traves de una placa de orificios, comprendiendo la placa de orificios una o mas placas que tienen orificios o tolvas dispuestos en ella; en donde los orificios o las tolvas son operativas para permitir el flujo de solidos desde el intercambiador de calor de lecho movil a un sistema de control de flujo de solidos; donde el sistema de control de flujo de solidos esta ubicado aguas abajo del intercambiador de calor de lecho movil; y formando una pila de solidos junto a un orificio o una tolva en al menos una placa de orificios; en donde la pila de solidos sirve para guiar solidos adicionales descargados desde el intercambiador de calor de lecho movil a otro orificio o a otra tolva.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La fig. 1 representa el sistema de control de flujo de solidos para un intercambiador de calor de lecho movil que comprende una pluralidad de valvulas de control de flujo de solidos;

La fig. 2 es una representacion ampliada de la valvula de control de solidos que muestra la direccion de flujo de solidos y/o cenizas calientes;

La fig. 3 es una representacion de una placa de orificios;

La fig. 4 representa la disposicion de los orificios en las placas sucesivas con respecto a las aberturas en el suelo del intercambiador de calor de lecho movil;

La fig. 5 muestra solo la disposicion de los orificios en las placas sucesivas respectivamente entre sf;

La fig. 6 es una representacion de una placa de orificios que comprende una pluralidad de placas cada una de las cuales comprende una pluralidad de tolvas con orificios;

La fig. 7 es una fotograffa de un modelo de rebanada de un intercambiador de calor de lecho movil que no tiene una placa de orificios; y

La fig. 8 es una fotograffa de un modelo de rebanada de un intercambiador de calor de lecho movil que tiene una placa de orificios.

DESCRIPCON DETALLADA

Se ha descrito en este documento un intercambiador de calor de lecho movil y un sistema de control de flujo de solidos que controla el flujo de solidos de alta temperatura (tambien conocido como cenizas de alta temperatura) cuando abandonan el intercambiador de calor de lecho movil y son transportados a una camara de combustion, un reactor o una tolva de recepcion. El intercambiador de calor de lecho movil comprende una placa de orificios. La placa de orificios tambien se puede utilizar en otros dispositivos de transferencia de solidos donde se han de transportar los solidos. En una realizacion, la placa de orificios tambien se puede utilizar en otros dispositivos de transferencia de solidos donde se han de transportar solidos de forma irregular. Por ejemplo, se puede utilizar en el sistema de entrega para operaciones de fundicion, donde se transportan minerales metalicos (por ejemplo, bauxitas, ferritas, y similares) a un horno para fundicion.

El sistema de control de flujo de solidos controla el flujo de solidos de alta temperatura cuando abandonan el intercambiador de calor de lecho movil, lo que a su vez conduce a controlar el flujo de solidos dentro del intercambiador de calor de lecho movil. Los solidos son solidos y/o cenizas calientes del intercambiador de calor de lecho movil. La placa de orificios esta dispuesta entre los haces de tubos del intercambiador de calor de lecho movil y un sistema de valvula de control de flujo de solidos. El sistema de valvula de flujo de solidos no tiene ventajosamente partes moviles, lo que minimiza el mantenimiento y mejora la fiabilidad. Utiliza solo una presion de aire de hasta aproximadamente 28 kPa (4 libras por pulgada cuadrada) para facilitar el transporte de solidos de nuevo a una camara de combustion o tolva de recepcion. La carencia de partes moviles en el sistema de control de flujo de solidos hace que todo el sistema sea facil de construir y de mantener.

Las figs. 1 y 2 representan el sistema 100 de control de flujo de solidos para un intercambiador de calor 200 de lecho movil que comprende una pluralidad de valvulas 102, 104. Cada valvula 102, 104 comprende una tubena vertical 112, una zapata 126, y un alojamiento 116. Como se ha representado por las flechas en la fig. 2, los solidos y/o las cenizas calientes procedentes del intercambiador de calor 200 de lecho movil se desplazan desde el intercambiador de calor de lecho movil a traves de la valvula 102 a un conducto de transporte 120 a una camara de combustion (no mostrada). Con referencia a la fig. 2, los solidos y/o las cenizas calientes se desplazan desde el intercambiador de calor 200 de lecho movil a traves de la tubena vertical 112, la zapata 126 y el alojamiento 116 antes de entrar en el conducto de transporte 120 desde el que se transportan a la camara de combustion 976 o a un reactor (no mostrado) o una tolva de transporte (no mostrada).

El sistema 100 de control de flujo de solidos esta dispuesto aguas abajo del intercambiador de calor 200 de lecho movil y en comunicacion operativa con el. El sistema 100 de control de flujo de solidos esta ubicado generalmente aguas arriba de la camara de combustion 976 o del reactor o de la tolva. En una realizacion, el sistema 100 de control de flujo de solidos esta dispuesto directamente por debajo del intercambiador de calor 200 de lecho movil y contacta una abertura 210 en el suelo o el intercambiador de calor de lecho movil. Como se ha mostrado en la fig. 1, el intercambiador de calor 200 de lecho movil comprende un recinto 202 que contiene un numero de tubos. Los tubos se denominan haces de tubos 220 de intercambiador de calor. El recinto 202 esta formado por paredes verticales 204 del intercambiador de calor de lecho movil, un techo 206 que contacta las paredes verticales y un suelo 208 que tambien contacta las paredes verticales 204. El intercambiador de calor de lecho movil recibe solidos y/o cenizas calientes procedentes del cierre hermetico de bucle de ciclon de caldera de lecho fluido o de la camara de combustion.

Los tubos (del haz de tubos 220) en el intercambiador de calor 200 de lecho movil estan dispuestos en uno o mas haces

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

de tubos, teniendo cada uno una multiplicidad de tubos y disposiciones. El medio de refrigeracion es generalmente agua, refrigerante termico, o vapor. El medio de calentamiento o de refrigeracion fluye a traves de los tubos. El medio de refrigeracion y el flujo de producto (por ejemplo, solidos y/o cenizas calientes) ocurren de forma transversal, paralela, o a contracorriente entre sL Los refrigeradores trabajan de acuerdo con el principio de lecho movil, es decir, los solidos y/o las cenizas calientes forman una columna de producto que fluye continuamente hacia abajo entre las tubenas de refrigeracion. El calor se transfiere desde los solidos y/o las cenizas calientes a traves de las paredes del tubo al medio de refrigeracion.

La placa de orificios 302 esta dispuesta cercana al suelo 208 del intercambiador de calor de lecho movil entre el sistema 100 de control de flujo de solidos y los haces de tubos del intercambiador de calor de lecho movil 220. En una realizacion, la placa de orificios 302 se encuentra aguas abajo de un haz de tubos (no mostrado) del intercambiador de calor de lecho movil y aguas arriba del sistema 100 de control de flujo de solidos. Aunque la placa de orificios 302 esta representada por lmeas continuas en las figs. 1 y 2, cada placa de orificios comprende una pluralidad de orificios. La disposicion de estos orificios dentro de cada una de las placas y la disposicion de las placas de orificios se describiran en detalle a continuacion.

La placa de orificios 302 regula la distribucion de solidos y/o cenizas calientes en el intercambiador de calor de lecho movil cuando fluyen aguas abajo hacia el suelo 208 del intercambiador de calor 200 de lecho movil y hacia el sistema 100 de valvula de control de flujo de solidos.

La placa de orificios 302 esta dispuesta a traves de todo el area en seccion transversal del intercambiador de calor 200 de lecho movil y en una realizacion, puede ser paralela al suelo 208 del intercambiador de calor 200. En otra realizacion, la placa de orificios 302 puede no ser paralela al suelo 208 del intercambiador de calor 200. La placa de orificios 302 comprende una o mas placas cada una de las cuales contacta las paredes laterales del intercambiador de calor 200 de lecho movil. En una realizacion ejemplar, la placa de orificios 302 es paralela al suelo 208 del intercambiador de calor 200.

Como se ha mostrado en la fig. 3, la placa de orificios 302 comprende una pluralidad de placas cada una de las cuales tiene una pluralidad de agujeros a traves de los cuales los solidos descargados desde el haz de tubos del intercambiador de calor de lecho movil se pueden desplazar uniformemente a las valvulas de control de cenizas por debajo del intercambiador de calor de lecho movil y desde el intercambiador de calor de lecho a la camara de combustion. En una realizacion, la placa de orificios comprende una pluralidad de placas, cada placa de la cuales tiene menos agujeros de mayor diametro que los de la placa anterior. El area en seccion transversal total de los orificios (es decir, la suma del area en seccion transversal de los orificios) en las placas sucesivas es generalmente igual entre sf.

La fig. 3 representa una realizacion de la placa de orificios 302. La placa de orificios 302 comprende una pluralidad de placas 304, 306, 308 y asf sucesivamente. Aunque la placa de orificios 302 en la fig. 3 comprende 3 placas, puede comprender de 1 a aproximadamente 10 placas, y de manera espedfica de aproximadamente 2 a aproximadamente 6 placas. En una realizacion ejemplar, la placa de orificios comprende aproximadamente 2 placas.

En la fig. 3, la placa de orificios 302 comprende tres placas 304, 306, y 308, donde la placa 304 esta dispuesta por debajo de la placa 306, que esta dispuesta por debajo de la placa 308. Cada placa comprende una lamina de metal que tiene orificios previstos en ella. Los orificios permiten que los solidos pasen a su traves. En una realizacion ejemplar, los orificios permiten que los solidos y/o las cenizas calientes pasen desde el intercambiador de calor de lecho movil a una valvula de control de flujo de cenizas.

La placa 304 se denomina en este documento como la primera placa o la placa mas baja. La placa 306 se denomina como la segunda placa o la segunda placa mas baja, mientras la placa 308 se denomina como la tercera placa de la tercera placa mas baja. Cada placa sucesiva de abajo hacia arriba contiene un mayor numero de orificios. La placa 304 tiene menos orificios que la placa 306, que tiene menos orificios que la placa 308. En una realizacion, la placa mas baja 304 tiene generalmente el mismo numero de orificios que el numero de valvulas 102, 104. Por ejemplo, si la placa mas baja 304 tiene 4 orificios, entonces el numero de valvulas en el sistema de control de flujo tambien sera 4. En otras palabras, en esta realizacion, el numero de orificios en la placa mas abaja 304 es el mismo que el numero de aberturas 210 en el suelo 208 del intercambiador de calor 200 de lecho movil. Cada valvula de control de flujo puede ser considerada como la final en una serie de placa que constituyen la placa de orificios 302, con el numero de valvulas igualando el numero de orificios en la placa mas baja. El suelo 208 del intercambiador de calor 200 de lecho movil no se considera una parte de la placa de orificios 302.

En otra realizacion, la primera placa o la placa mas baja 304 tiene un mayor numero de orificios que el numero de aberturas 210 en el suelo 208 del intercambiador de calor 200 de lecho movil. Aqrn tambien, el suelo 208 del intercambiador de calor 200 de lecho movil no se considera una parte de la placa de orificios 302.

En una realizacion, cada placa sucesiva (de abajo a arriba) en la placa de orificios contiene un numero creciente de orificios que esta dictado por los terminos de una secuencia geometrica. En otras palabras, cada placa sucesiva contendra un numero de orificios dictado por la secuencia geometrica como sigue:

a, ar, ar2, ar3, ar4,..............., donde “a” es el factor de escala y “r” es la proporcion comun.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

En una realizacion, si la placa mas baja contiene 2 orificios, entonces la segunda placa mas baja contendra 4 orificios, mientras la tercera placa mas baja contendra 8 orificios. En este caso, “a” es igual a 1 y “r” es igual a 2. En otra realizacion, si la placa mas baja contiene 4 orificios, entonces la segunda placa mas baja contendra 16 orificios, mientras la tercera placa mas baja contendra 64 orificios. En este caso, “a” es igual a 1, y “r” es igual a 4. Aunque la realizacion ya mencionada ensena que el numero de orificios se puede aumentar de acuerdo con una secuencia geometrica desde la placa mas baja a la placa mas alta, se pueden utilizar otras secuencias mientras que el numero de orificios aumenta desde la placa mas baja a la placa mas alta.

El diametro de cada orificio es al menos 3 veces el tamano del desecho o residuo maximo, espedficamente al menos 4 veces el tamano del desecho maximo, y mas espedficamente al menos 5 veces el tamano del desecho maximo que puede causar bloqueo en los orificios o en las zapatas 126 respectivas que estan dispuestas aguas abajo de los orificios. En una realizacion, el diametro es de aproximadamente 3 centimetros a aproximadamente 16 centimetros. En otra realizacion, el diametro es de aproximadamente 6 centimetros a aproximadamente 8 centimetros. En una realizacion, la separacion entre orificios vecinos en la placa mas baja 304 esta determinada por el tamano de orificio y el angulo de reposo de las cenizas o solidos. En otra realizacion, la separacion entre orificios vecinos en la placa mas baja 304 es de aproximadamente 8 a aproximadamente 20 centfmetros.

Las figs. 4 y 5 representan una disposicion de los orificios en las placas sucesivas 304 y 306 entre sf. La fig. 4 representa una vista lateral de la placa de orificios 302, mientras la fig. 5 representa una vista superior de la placa de orificios. La fig. 4 y la fig. 5 no son representaciones entre sf En otras palabras, la fig. 4 no es una vista lateral de la fig. 5 y viceversa.

La fig. 4 representa una disposicion de los orificios en las placas sucesivas 304 y 306 con respecto a las aberturas 210 en el suelo 208 del intercambiador de calor 200 de lecho movil. La fig. 5 muestra solo la disposicion de los orificios en las placas sucesivas 304 y 306 entre sf. Como se puede ver a partir de la vista lateral en la fig. 4, la placa mas baja 304 tiene menos orificios que la segunda placa mas baja 306. El area total de los orificios en la placa mas baja 304 es sin embargo aproximadamente igual al area total de los orificios en la segunda placa mas baja 306. Se pueden ver que los orificios en la placa mas baja son coaxiales con las aberturas 210 en el suelo 208 del intercambiador de calor de lecho movil, que son a su vez coaxiales con la tubena vertical 112 de la zapata 126.

En la fig. 4 se puede ver que el area en seccion transversal de los orificios individuales en la placa mas baja 304 es mayor que el area en seccion transversal de los orificios individuales en la segunda placa mas baja 306. Hay sin embargo mas orificios en la placas que estan previstos mas alejados del suelo 208 del intercambiador de calor de lecho movil que aquellos previstos mas cerca del suelo 208. Como resultado, habra mas orificios en la segunda placa mas baja 306 cuando se compara con la placa mas baja 304. El area total de los orificios en la placa mas baja 304 es por lo tanto mayor que o aproximadamente igual al area total de los orificios en la segunda placa mas baja 306. El area total de los orificios en la placa 304 puede ser menor que el area de los orificios en la placa 306, pero esto restringina el flujo de partmulas a traves del intercambiador de calor.

A partir de la fig. 4 tambien se puede ver que el centro de cada orificio en la placa mas baja 304 es coaxial con una lmea vertical que representa el centro geometrico (el centro de gravedad o el centro de rotacion) de una pluralidad de orificios en la segunda placa mas baja 306. La fig. 5 representa esta caractenstica mas claramente. La fig. 5 representa una vista superior tomada desde arriba de la segunda placa mas baja 306 hacia la placa mas baja 304. La fig. 5 representa una parte de la segunda placa mas baja 306 que se superpone con una parte de la placa mas baja 304.

En la fig. 5, la placa mas baja 304 tiene 4 orificios (B1, B2, B3 y B4) (representados por lmeas discontinuas), mientras la segunda placa mas baja 306 tiene 16 orificios (representados por lmeas continuas). Cuatro de estos orificios A1, A2, A3 y A4 de la segunda placa mas baja 306 descargan los solidos y/o las cenizas calientes al orificio B1 de la placa mas baja 304. Cada orificio de la placa mas baja 304 tiene un centro que es coaxial con el centro geometrico de los 4 orificios que se encuentra en la segunda placa mas baja 306 proximo a ese orificio particular. En resumen, cada orificio de la placa mas baja 304 (por ejemplo, B1) tiene un centro que es coaxial con el centro geometrico de la pluralidad de orificios (por ejemplo, A1, A2, A3 y A4) que se encuentra en la segunda placa mas baja 306 proximo a ese orificio particular (por ejemplo, B1). Tambien cabe destacar que aunque los orificios A1, A2, A3 y A4 se encuentran en los vertices de un cuadrado, tambien se pueden elegir otras ubicaciones para los orificios. Por ejemplo, los orificios pueden encontrarse a lo largo del penmetro de un drculo o a lo largo de los vertices (o el penmetro) de un polfgono (por ejemplo, un pentagono, un hexagono, o similar). Se puede elegir otras geometnas irregulares para ubicar los orificios. Tambien cabe destacar que aunque los orificios en una placa pueden encontrarse a lo largo de los vertices de un primer tipo de geometna (por ejemplo, un cuadrado), los orificios en otra placa pueden encontrarse a lo largo de los vertices o del penmetro de un segundo tipo de geometna (por ejemplo, un pentagono o un drculo). Generalmente, todo el flujo procedente de un orificio en una placa superior (segunda placa mas baja 306) fluye hacia un orificio en una placa mas baja (por ejemplo, la placa mas baja 304). En la fig. 5, aunque hay 4 orificios en la placa 306 por orificio en la placa 304, esta proporcion se puede variar de 2:1 a 20:1 si se desea.

Los orificios individuales en las placas o en las tolvas, que se detallan a continuacion pueden tener una variedad de geometnas en seccion transversal tal como cuadrada, circular, rectangular, pentagonal o hexagonal. Tambien se pueden utilizar otras geometnas irregulares. En una realizacion ejemplar, la geometna en seccion transversal puede ser circular.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Con referencia una vez mas a la fig. 4, se puede ver que cuando los solidos y/o las cenizas calientes se descargan desde el intercambiador de calor 200 de lecho movil hacia el suelo 208 se desplazan a traves de los orificios en la segunda placa mas baja 306 hacia la placa mas baja 304. El angulo de reposo (0) de la pila determina las dimensiones del cono de solidos y/o cenizas calientes que fluyen que se apilan sobre cada una de las placas de orificios y sobre el suelo 208 del intercambiador de calor de lecho movil. Cuando los solidos y/o las cenizas calientes se desplazan a traves de los orificios de la segunda placa mas baja 306, forman una pila de materia sobre la placa mas baja 304. La pila de materia tiene un angulo de reposo (0) que esta determinado por las caractensticas de los solidos y/o las cenizas calientes en la pila. Despues de que se forma la pila, los solidos y/o cenizas calientes restantes que se desplazan a traves de los orificios en la placa 306 se desplazan hacia debajo de las pendientes de la pila y hacia el orificio en la placa 304. Este fenomeno se repite en el suelo 208 del intercambiador de calor 200 de lecho movil. En otras palabras, la pila de solidos y/o cenizas calientes formada junto a un orificio sirve inicialmente como una grna para dirigir la corriente subsiguiente de solidos y/o cenizas calientes hacia los orificios o aberturas que estan aguas abajo del primer orificio encontrado por la corriente de solidos y/o cenizas calientes. El angulo de reposo de un material granular es el angulo mas pronunciado de descenso o cafda de la pendiente con relacion al plano horizontal cuando el material en la cara de la pendiente esta a punto de deslizar. Cuando los materiales granulares a granel se vierten sobre una superficie horizontal, se formara una pila conica. El angulo interno entre la superficie de la pila y la superficie horizontal es conocido como el angulo de reposo y esta relacionado con la densidad, el area superficial y las formas de las partfculas, y el coeficiente de friccion del material. En general, el angulo de reposo para ceniza fina seca es de aproximadamente 30 a aproximadamente 35 grados, para ceniza fina humeda es de aproximadamente 45 a aproximadamente 90 grados y para cenizas volantes es de aproximadamente 40 grados.

El angulo de reposo (0) de la pila de solidos y/o cenizas calientes determina asf la altura minima entre placas y la separacion entre orificios en una placa dada. La distancia (altura) entre placas sucesivas 304, 306 y 308 se determina asf por el angulo de reposo de la pila de cenizas. Si el angulo de reposo de una pila de solidos y/o cenizas calientes es demasiado grande (por ejemplo, 75 grados o mayor), puede impedir el flujo suave de solidos y/o cenizas calientes a traves del orificio por encima de la pila. En una realizacion ejemplar, la altura entre placas sucesivas es mayor que la altura de una pila de solidos y/o cenizas calientes.

Las placas de la placa de orificios se fabrican a partir de acero de alta aleacion, baldosas refractarias, o una combinacion de los mismos.

En otra realizacion, la placa de orificios 302 se puede construir de una pluralidad de tolvas piramidales truncadas en proximidad cercana entre sf en oposicion a la superficie plana de la placa de orificios 302. La pluralidad de tolvas piramidales truncadas puede estar dispuesta en filas, unas por encima de las otras, de la misma manera que las placas sucesivas que forman la placa de orificios. Esto se ha representado en la fig. 6.

La fig. 6 representa una placa de orificios que comprende la placa mas baja 304 que tiene una pluralidad de tolvas piramidales y la segunda placa mas baja 306 que tambien tiene una pluralidad de tolvas piramidales aunque mayor en numero en comparacion con la placa mas baja 304. Como se ha destallado antes, el numero de tolvas aumenta desde la placa mas baja 304 a la placa mas alta (que esta mas alejada del suelo 208 del intercambiador de calor de lecho movil). La configuracion y ubicacion de las tolvas y el tamano de los orificios en las tolvas siguen la misma logica descrita antes con respecto a las figs. 4 y 5. La altura entre las tolvas y la distancia entre los orificios de las tolvas estan dictadas por el angulo de reposo (0) de la pila de los solidos y/o las cenizas calientes.

Un intercambiador de calor de lecho movil con un dispositivo de control de flujo asociado que tiene una placa de orificios tiene un numero de ventajas sobre un intercambiador de calor de lecho movil con un dispositivo de control de flujo asociado que no tiene placa de orificios asociada con el. La placa de orificios proporciona flujo de solidos uniforme a traves del intercambiador de calor de lecho movil. Reduce significativamente las dimensiones de altura del intercambiador de calor de lecho movil en comparacion con intercambiadores de calor de lecho movil comparativos que utilizan tolvas de flujo de masa. La placa de orificios asegura por lo tanto el flujo de solidos uniforme a lo largo de un intercambiador de calor de lecho movil sin las dimensiones de altura excesiva necesarias con tolvas de flujo de masa. Tambien se pueden utilizar tolvas de flujo de masa para asegurar el flujo de solidos uniforme, aunque con una dimension de altura excesiva. Ademas, cuando no se utiliza una placa de orificios en un intercambiador de calor de lecho movil, se utiliza un numero mucho mayor de valvulas de control de cenizas, aunque esto anade complejidad al sistema total y costes del sistema de control de flujo asf como al intercambiador de calor de lecho movil. Un intercambiador de calor de lecho movil y un sistema de control de flujo con una placa de orificios utiliza asf menos valvulas de control de cenizas en comparacion con un intercambiador de calor de lecho movil comparativo y el sistema de control de flujo a de orificios.

La placa de orificios se ejemplifica por los siguientes ejemplos, que pretenden ser ejemplares y no limitativos.

EJEMPLOS

Ejemplo 1

Este ejemplo representa la diferencia en el tamano del intercambiador de calor de lecho movil cuando se utiliza una placa de orificios y cuando no se utilizan. Las disposiciones preliminares del intercambiador de calor de lecho movil indican que la distribucion y el control del flujo de cenizas son importantes para el diseno. Los disenos de intercambiador de calor de

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

lecho movil originales utilizan tolvas de flujo de masa con angulos de 70 grados para asegurar el flujo de solidos uniforme a lo largo del intercambiador de calor de lecho movil. Las tolvas estan montadas por encima de la tubena vertical 112 en la fig. 2 mostradas antes. Esta aproximacion requiere un intercambiador de calor de lecho movil muy alto o un intercambiador de calor de lecho movil con un numero excesivo de tolvas y valvulas de control de cenizas en el fondo del intercambiador de calor de lecho movil. La utilizacion de las placas sucesivas que tienen orificios reduce la altura de seguridad entre el haz del tubos del intercambiador de calor de lecho movil y la entrada a las valvulas de control de cenizas en un tercio.

Por lo tanto, se desarrollo un sistema de placa de orificios que tiene 2 placas para reducir los requisitos de altura. La altura entre las placas es de aproximadamente 29 centimetros. El numero de orificios en la primera placa (la placa mas baja) era 4, mientras que el numero de orificios en la segunda placa (la segunda placa mas baja o la palca superior) era 16. El diseno de la placa de multiples orificios resulto en la utilizacion de tolvas con angulos (9) de 30 grados a 35 grados (en lugar de 70 grados), dando como resultado una reduccion de altura del 60 por ciento al 70 por ciento en el distribuidor. Esto se puede ver en la fig. 6.

Ejemplo 2

Este ejemplo representa la diferencia en rendimiento entre un intercambiador de calor de lecho movil sin una placa de orificios y uno con una placa de orificios. Cuatro valvulas de control de cenizas como se ha representado en la fig. 1 se instalaron en la region de suelo plana por debajo del intercambiador de calor de lecho movil con la esperanza de que la ceniza se distribuina uniformemente a algun nivel por encima de la entrada de la valvula de control de cenizas que representa un angulo de friccion de solidos interno de 70 grados.

El angulo de friccion de 70 grados existe para una corta distancia por encima de la entrada de la valvula de control de cenizas, entonces un penacho de solidos se extiende hacia arriba a la parte superior como se ha mostrado en la fotograffa de la fig. 7. Existe un volumen muerto de cenizas entre los penachos como se puede ver por la region oscura de la fig. 7. El funcionamiento del modelo de rebanada sin placas de distribucion de orificios muestra que los penachos de flujo de cenizas extendidas desde la parte superior de la columna de cenizas bajan a la valvula de control de cenizas con poca dispersion del penacho. Esto indica que las cenizas no se distribuiran adecuadamente.

Instalar dos placas por encima de la entrada de la valvula de control de cenizas proporciona buena distribucion de flujo de cenizas a lo largo del modelo de rebanada. Esto se puede ver en la fig. 8, donde se minimizan sustancialmente los penachos.

En resumen, una placa de orificios que comprende dos placas (con orificios) se instalo por encima de las entradas de la valvula de control de cenizas para proporcionar una distribucion de flujo de cenizas uniforme a traves del haz de tubos del intercambiador de calor de lecho movil mientras reduce la altura del intercambiador de calor de lecho movil y minimiza el numero de valvulas de control de cenizas.

Se comprendera que cuando se hace referencia a un elemento como estando “sobre” otro elementos, puede estar directamente sobre el otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios entre ellos. Por el contrario, cuando se hace referencia a un elemento como estando “directamente sobre” otro elemento, no hay elementos intermedios presentes. Como se ha utilizado en este documento, el termino “y/o” incluye todas y cada una de las combinaciones de uno o mas de los elementos enumerados asociados.

Se comprendera que, aunque los terminos “primera”, “segundo”, “tercero”, etc., se puede utilizar en este documento para describir diferentes elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones no deben estar limitados por estos terminos. Estos terminos solo se utilizan para distinguir un elemento, componente, region, capa o seccion de otro elemento, componente, region, capa o seccion. Asf, “un primer elemento”, “componente”, “region”, “capa” o “seccion” tratada a continuacion podrfa ser denominada un segundo elemento, componente, region, capa o seccion sin apartarse de las ensenanzas de este documento.

La terminologfa utilizada en este documento es para el proposito de describir solo realizaciones particulares y no pretende ser limitativa. Como se ha utilizado en este documento, las formas singulares “un”, “uno” y “el” pretenden incluir tambien las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se comprendera ademas que los terminos “comprende” y/o “que comprende”, o “incluye” y/o “que incluye” cuando se utilizan en esta memoria, especifican la presencia de caractensticas, regiones, numeros enteros, etapas, operaciones, elementos, y/o componentes, pero no excluyen la presencia o adicion de una o mas de otras caractensticas, regiones, numeros enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mimos.

Ademas, los terminos relativos, tales como “inferior” o “parte inferior” y “superior” o “parte superior”, se pueden utilizar en este documento para describir una relacion de un elemento con otro elemento como se ha ilustrado en las figuras. Se comprendera que terminos relativos pretenden abarcar diferentes orientaciones del dispositivo ademas de la orientacion representada en las figuras. Por ejemplo, si se gira el dispositivo en una de las figuras, los elementos descritos como estando en el lado “inferior” de otros elementos estarfa orientado entonces sobre lados “superiores” de los otros elementos. El termino ejemplar “inferior”, puede por lo tanto, abarcar tanto una orientacion de “inferior” como de “superior”, dependiendo de la orientacion particular de la figura. De manera similar, si se gira el dispositivo en una de las

5

10

15

20

25

figuras, los elementos descritos como “debajo” o “por debajo” de otros elementos estana entonces orientado “por encima de” los otros elementos. Los terminos ejemplares “debajo” o “por debajo” pueden, por lo tanto, abarcar tanto una orientacion de arriba como de abajo.

A menos que se defina lo contrario, todos los terminos (incluyendo terminos tecnicos y cientificos) utilizados en este documentos tiene el mismo significado que comprende comunmente un experto en la tecnica a la que pertenece esta descripcion. Se comprendera ademas que terminos, tales como los definidos en diccionarios utilizados comunmente, deben interpretarse como que tienen un significado que es coherente con su significado en el contexto de la tecnica relevante y de la presente descripcion, y no se interpretaran en un sentido idealizado o excesivamente formal a menos que se defina expresamente asf en este documento.

Las realizaciones ejemplares se describen en este documento con referencia a ilustraciones en seccion transversal que son ilustraciones esquematicas de realizaciones idealizadas. Como tal, se han de esperar variaciones de las formas de las ilustraciones como resultado, por ejemplo, de las tecnicas de fabricacion y/o tolerancias. Asf, las realizaciones descritas en este documento no deben ser construidas como limitadas a las formas particulares de regiones como se ha ilustrado en este documento sino para incluir desviaciones en formas que resultan, por ejemplo, de la fabricacion. Por ejemplo, una region ilustrada o descrita como plana puede, tfpicamente, tener caracterfsticas rugosas y/o no lineales. Ademas, los angulos agudos que se han ilustrado pueden ser redondeados. Asf, las regiones ilustradas en las figuras son de naturaleza esquematica y sus formas no pretenden ilustrar la forma precisa de una region y no pretenden limitar el marco de las presentes reivindicaciones.

Aunque la invencion se ha descrito con referencia a una realizacion preferidas y a diferentes realizaciones alternativas, se comprendera por el experto en la tecnica que se pueden hacer cambios y se pueden sustituir equivalentes por elementos de los mismos sin salir del marco de la invencion. Ademas, se pueden hacer muchas modificaciones para adaptar una situacion o material particular a las ensenanzas de la invencion sin salir del marco esencial de la misma. Por lo tanto, se pretende que la invencion no se limite a la realizacion particular descrita como el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta invencion, sino que la invencion incluira todas las realizaciones que caen dentro del marco de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor (200) de lecho movil, que comprende:

un recinto (202) que tiene paredes laterales (204), un techo (206) y un suelo (208);

un haz de tubos (220) dispuesto dentro del recinto; siendo el haz de tubos operativo para transportar un fluido de refrigeracion; en donde los espacios entre los tubos del haz de tubos son operativos para permitir el transporte de solidos y/o cenizas calientes;

una placa de orificios (302) dispuesta aguas abajo del haz de tubos y aguas arriba de suelo del intercambiador de calor de lecho movil;

caracterizado por que

la placa de orificios comprende una pluralidad de placas (304, 306, 308); teniendo cada placa orificios previstos en ella; siendo los orificios operativos para permitir el flujo de los solidos y/o las cenizas calientes desde el intercambiador de calor de lecho movil; siendo la placa de orificios operativa para distribuir uniformemente el flujo de solidos y/o cenizas calientes, cada placa tiene menos orificios de mayor diametro que la placa anterior, el area en seccion transversal total de los orificios en las placas sucesivas es generalmente igual entre sf
2. El intercambiador de calor de lecho movil de la reivindicacion 1, donde la placa de orificios comprende 2 a aproximadamente 10 placas.
3. Un sistema que comprende el intercambiador de calor de lecho movil de la reivindicacion 1 y un sistema de control (100) de flujo de solidos aguas abajo del intercambiador de lecho movil y en comunicacion operativa con el intercambiador de calor de lecho movil.
4. El sistema de la reivindicacion 3, donde cada placa sucesiva del sistema de control de flujo de solidos contiene un numero de orificios determinado por terminos sucesivos de una secuencia geometrica respectivamente.
5. El sistema de la reivindicacion 3, donde la placa de orificios comprende una primera placa y una segunda placa, con la primera placa dispuesta mas cerca del sistema de control de flujo de solidos que la segunda placa.
6. El sistema de la reivindicacion 5, donde la primera placa comprende cuatro orificios y en donde la segunda placa comprende 16 orificios.
7. El sistema de la reivindicacion 5, en donde una altura entre la primera placa y la segunda placa es determinada por un angulo de reposo de los solidos y/o las cenizas calientes.
8. El sistema de la reivindicacion 5, en donde una distancia entre los orificios en la primera placa y/o la segunda placa es determinada por un angulo de reposo de los solidos y/o las cenizas calientes.
9. El sistema de la reivindicacion 5, en donde la placa de orificios comprende un acero de alta aleacion, baldosas refractarias, o una combinacion de los mismos.
10. El sistema de la reivindicacion 5, en donde un centro del orificio en la primera placa es coaxial con el centro geometrico de una pluralidad de orificios en la segunda placa.