ES2636744T3 - Un manguito de guía de aire y un aparato de precalentamiento - Google Patents

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ES2636744T3 ES10783029.1T ES10783029T ES2636744T3 ES 2636744 T3 ES2636744 T3 ES 2636744T3 ES 10783029 T ES10783029 T ES 10783029T ES 2636744 T3 ES2636744 T3 ES 2636744T3
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Abstract

Un manguito de guía de aire (8) para un tubo de aire (7) en un precalentador de aire de gas de humos para aire de la combustión en una caldera de una central eléctrica. - el manguito de guía de aire (8) - está dispuesto para ser montado dentro de un tubo de aire (7), - con un extremo de afluencia (8a) y un segundo extremo (8b) dispuesto para estar colocado dentro del tubo de aire, y - dispuesto para guiar el aire de la combustión para ser calentado dentro del tubo de aire, en el que - la configuración del segundo extremo (8b) está diseñada para disminuir la turbulencia en el flujo de aire, de tal manera que la porción de la pared del manguito de guía de aire sobre el área de la superficie limitada por la circunferencia exterior del tubo de aire (7) se reduce hacia el segundo extremo (8b), y - el segundo extremo (8b) del manguito de guía de aire (8) está provisto con hendiduras o muescas (8c) que se ensanchan hacia su segundo extremo (8b), en el que - el manguito de guía de aire se fabrica de un material, cuya resistencia térmica es mayor que 200ºC, caracterizado por que - el manguito de guía de aire está fabricado de un material, cuya conductividad térmica es menor que 0,3 W/(K*m) a una temperatura de 23ºC.

Description

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DESCRIPCION
Un manguito de gma de aire y un aparato de precalentamiento Campo de la invencion
La invencion se refiere a un aparato de precalentamiento de aire de gas de humos para el aire de la combustion en una caldera de una central electrica, asf como a un manguito de gma de aire en un tubo de aire de un precalentador de aire de gas de humos.
Antecedentes de la invencion
Para el precalentamiento del aire de la combustion de una caldera de combustible solido, se utilizan tipicamente precalentadores de aire de gas de humos (LUVOs), en los que el medio de calentamiento, es decir, gas de la combustion, fluye hacia fuera de los tubos intercambiadores de calor, y el medio a calentar, es decir, aire, fluye dentro de los tubos intercambiadores de calor. Los tubos intercambiadores de calor (a continuacion: tubos de aire) se colocan horizontalmente en el conducto de gas de la combustion y las unidades intercambiadoras de calor se conectan a diferentes niveles entre sf por canales de aire fuera del conducto de gas de la combustion. Tambien existen configuraciones, en las que el gas de la combustion fluye dentro de los tubos y los tubos estan verticales.
La solicitud de patente JP S59 137794 describe un metodo para prevenir que una parte interior del tubo se erosione y para prevenir que se pandee. En el metodo, estan previstas ranuras sobre el lado extremo curso abajo de un manguito y se ensancha por la fuerza para formar una parte de contacto elastica y la parte se pone en contacto estrecho con la superficie interior de un tubo por una fuerza de resorte. Con tal manguito, se previene que un medio de estanque entre el tubo y el manguito y de acuerdo con ello, se previene que se produzca una subida de la presion y un pandeo.
En configuraciones conocidas, la temperatura del tubo de aire es significativamente baja en el lado de entrada de aire. El efecto de refrigeracion considerable del aire en el extremo de entrada del tubo es debido al hecho de que en el punto de afluencia, el coeficiente de transferencia de calor del flujo es multiple comparado con el flujo desarrollado mas profundo en el tubo. Ademas, el aire que debe ser suministrado no ha sido calentado todavfa suficientemente. La refrigeracion fuerte induce una temperatura del material relativamente baja en el extremo de entrada de aire de la estructura de intercambio de calor del precalentador, a pesar de la temperatura media relativamente alta. Por lo tanto, el punto de rodo acido de los gases de la combustion se puede alcanzar en la superficie de la estructura del intercambiador de calor. El punto de rodo acido, a su vez, causara corrosion fuerte en la estructura de intercambiadores de fno calor y erosion en corto espacio de tiempo, particularmente con combustibles diffciles. En particular, la union entre el tubo de aire del mazo LUVO mas fno y la placa extrema (o la pared del conducto de gas de la combustion) se puede corroer, si la temperatura del material es demasiado baja.
En el extremo fno (entrada de aire) del tubo LUVO de los mazos LUVO mas fnos se han utilizado varios manguitos de aislamiento montados alrededor de la superficie exterior del tubo de aire para prevenir la corrosion del tubo de aire.
Breve sumario de la invencion
Ahora se ha encontrado una solucion que hace posible disminuir el problema de corrosion en la union entre el tubo de aire del aparato de precalentamiento y la placa extrema.
El aparato de precalentamiento para aire de la combustion de acuerdo con la invencion, a su vez, se caracteriza principalmente por lo que se presentara en la reivindicacion dependiente 6. El manguito de gma de aire de acuerdo con la invencion, a su vez, se caracteriza principalmente por lo que se presentara en la reivindicacion independiente 1. Las otras reivindicaciones dependientes presentaran algunas formas de realizacion preferidas de la invencion.
La idea basica de la invencion es formar un aparato de precalentamiento para aire de la combustion en una caldera proporcionando un manguito de gma del aire en el extremo inicial del tubo de aire, al menos parcialmente dentro del tubo de aire, estando fabricado el manguito de gma de aire de un material pobre conductor de calor (es decir, aislante termico) y disenado para disminuir la turbulencia en el flujo de aire.
Por medio del manguito de gma del aire, el flujo de aire que debe suministrarse al tubo de aire se mantiene fuera de la superficie interior del tubo de aire hasta que se ha desarrollado suficientemente el flujo de aire, es decir, que se ha nivelado suficientemente el flujo de aire. El coeficiente de transferencia de calor del flujo de aire desarrollado es significativamente inferior que el de un flujo de aire turbulento, de manera que el flujo de aire a suministrar desde el manguito de gma de aire no provoca refrigeracion excesiva del tubo de aire.
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En los aparatos de precalentamiento, la turbulencia en el flujo de aire de la combustion que debe suministrarse al precalentador de aire de gas de humos se nivela por medio de una estructura que mantiene el flujo de aire fuera de la superficie interior del tubo de aire, despues de los cual el flujo de aire de la combustion sustancialmente libre de turbulencia se pone en contacto con la superficie interior del tubo de aire, para calentar el aire.
La proteccion contra la corrosion o el manguito de grna del aire de acuerdo con la idea basica se realiza de un material pobre conductor de calor y se puede montar dentro del tubo de aire para disminuir la turbulencia en el flujo de aire y para guiar el aire de la combustion para que se caliente en el tubo de aire a una distancia de la pared del conducto de gas de la combustion.
En una forma de realizacion, el manguito de grna de aire esta montado para guiar el aire de la combustion a calentar en contacto con la superficie interior del tubo de aire a una distancia del extremo inicial del tubo de aire, siendo la distancia al menos tres veces el diametro del tubo de aire. De esta manera, la refrigeracion de la superficie exterior del extremo inicial del tubo de aire y el calentamiento del aire en el punto de entrada se reducen al mmimo.
En una forma de realizacion, el manguito de grna del aire se fabrica al menos parcialmente de un material polfmero, con preferencia de plastico resistente al calor. En una forma de realizacion ventajosa, el manguito de grna del aire se fabrica de sulfuro de polifenilo (PPS).
En una forma de realizacion, el aparato comprende un manguito protector que rodea el tubo de aire en el extremo inicial del tubo de aire.
En una forma de realizacion, el aparato comprende una capa de aislamiento termico que rodea el conducto de gas de la combustion, y el manguito de grna del aire se extiende a traves de la capa de aislamiento y el tubo de aire no se extiende a traves de la capa de aislamiento.
Las diferentes formas de realizacion de la configuracion descrita anteriormente, tomadas por separado y en varias combinaciones, proporcionan varias ventajas. Una forma de realizacion individual puede comprenden una o mas de las siguientes ventajas dependiendo de su implementacion:
- la temperatura del material del tubo de aire del aparato de precalentamiento se puede elevar en el punto de afluencia de aire;
- la temperatura en el punto entre el tubo de aire del aparato de precalentamiento y la placa extrema se eleva y se elimina el problema de corrosion;
- la distorsion de la temperatura de los gases de la combustion se puede nivelar;
- la estructura se simplifica y se acelera la fabricacion.
Descripcion de los dibujos
A continuacion se describira la invencion con mas detalle con referencia a los dibujos de principio anexos, en los que:
La figura 1 muestra una central electrica en una vista de principio.
La figura 2 muestra una forma de realizacion del precalentador de aire de gas de humos en una vista de principio.
La figura 3 muestra una entrada del precalentador de aire de gas de humos en una vista de la seccion transversal.
La figura 4 muestra otra entrada del precalentador de aire de gas de humos.
La figura 5 muestra una forma de realizacion del manguito de grna de aire.
Para mayor claridad, los dibujos solamente muestran los detalles necesarios para la comprension de la invencion. Las estructuras y los detalles que no son necesarios para la comprension de la invencion, pero que son evidentes para cualquier tecnico en la materia se han omitido de las figuras con el fin de subrayar las caractensticas de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
La figura 1 muestra una central electrica en una vista de principio. La central electrica comprende un horno 1, un conducto de gas de la combustion 2, un precalentador de aire de gas de humos 3, y una pila 4. El precalentador de aire de gas de humos 3 esta colocado en el conducto de gas de la combustion 2. Como se puede ver a partir de la figura, el precalentador de aire de gas de humos 3 esta colocado en el extremo terminal del conducto de gas de la combustion 2 en la direccion del flujo F de los gases de la combustion.
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La figura 2 muestra una forma de realizacion del precalentador de aire de gas de humos 3 con mas detalle. En este ejemplo, los flujos de aire S, P que deben calentarse son guiados dentro del precalentador 3 desde areas de suministro de aire 5, 6 en la parte inferior. El aire caliente es descargado desde la parte superior del precalentador. En el ejemplo, el precalentador 3 comprende dos circulaciones de aire, es decir, una circulacion primaria de aire P y una circulacion secundaria de aire S. Ambas circulaciones de aire P, S comprenden tubos de aire 7 que estan colocados horizontalmente en el conducto de gas de la combustion 2, y las unidades intercambiadoras de calor a niveles diferentes son conectadas entra sf por canales fuera del conducto de gas de la combustion.
La figura 3 muestra una entrada del precalentador de aire de gas de humos 3 en una vista de la seccion transversal. Una unidad en un conducto de gas de la combustion vertical 2 tfpico comprende de 20 a 30 tubos 7 unos encima de los otros y aproximadamente cien tubos adyacentes entre sf La figura muestra un tubo de aire 7 y un manguito de grna del aire 8 instalado en el mismo. En el ejemplo, el tubo de aire 7 se extiende una distancia corta (aproximadamente 1/3 de la longitud) dentro de la capa de aislamiento 9 que rodea el conducto de gas de la combustion 2. El tubo de aire 7 esta soldado con preferencia de una manera hermetica al gas a la placa extrema (o pared interior) 10 del conducto de gas de la combustion 2. En el ejemplo, el manguito de grna 8 se extiende a traves de la capa de aislamiento 9, y la superficie exterior del manguito de grna del aire se conecta hermeticamente al extremo del tubo de aire 7. Por ejemplo, se puede utilizar silicona para sellado. El extremo de afluencia 8a del manguito de grna de aire 8, es decir, la entrada del flujo de aire, esta configurado con preferencia como un canal.
La longitud del manguito de grna de aire 8 es de manera ventajosa mas de tres veces el diametro del tubo de aire 7, con preferencia de aproximadamente 4 a 8 veces el diametro dl tubo de aire o el manguito de grna de aire. Por ejemplo, si el diametro del tubo de aire 7 es aproximadamente 50 mm, la longitud del manguito de grna de aire 8 es con preferencia de aproximadamente 20 a 40 cm.
El extremo 8b del manguito de grna de aire 8, que esta colocado dentro del tubo de aire 7, esta configurado para no inducir ninguna turbulencia significativa en el flujo de aire que se descarga desde el ,manguito de grna de aire. En el ejemplo, el extremo del manguito de grna de aire 8b esta configurado para que la porcion de la pared del area de la superficie limitada por la circunferencia exterior del tubo se reduzca hacia el extremo. En la configuracion mostrada en la figura, esto se ha conseguido por medio de muescas 8c y adelgazamiento. El manguito de grna de aire 8 esta provisto con muescas 8c que se ensanchan hacia el extremo 8b. El espesor de la pared del manguito de grna de aire 8, a su vez, se ha reducido hacia el extremo 8b. En el ejemplo, la configuracion que disminuye la turbulencia en el flujo de aire es proporcionada particularmente en el extremo 8b del manguito de grna del aire dentro de una longitud que constituyen aproximadamente 1/6 a 1/3 de la longitud del manguito de grna de aire.
En la forma de realizacion mostrada en la figura 3, una holgura 11 esta prevista entre el manguito de grna de aire 8 y el tubo de aire 7. Por medio de la holgura 11 y el manguito de grna de aire 8, se previene eficientemente la conduccion de calor desde la superficie exterior del tubo de aire 7 hasta el interior del manguito de grna de aire, previniendo de esta manera la refrigeracion del extremo inicial del tubo de aire.
La figura 4, a su vez, muestra una entrada de un precalentador de aire de gas de humos de acuerdo con otra forma de realizacion, en una vista de la seccion transversal. En esta forma de realizacion, un manguito protector 12 esta previsto fuera del tubo de aire 7. La configuracion de acuerdo con la figura 4 es particularmente ventajosa en estructuras a reequipar, que comprende ya el tubo de aire 7 y el manguito protector 12. En tal caso, el manguito de grna de aire 8 esta montado en el tubo de entrada de aire 7. El tubo de aire 7 y el manguito protector 12 se cortan de tal manera que terminan dentro de la mapa de material aislante 9. De esta manera, no se conducira ningun calor a lo largo del tubo de aire 7 y el manguito protector 12 hacia el exterior del conducto de gas de la combustion 2. Tambien es ventajoso conectar los extremos del manguito protector 12 hasta el tubo de aire 7, por ejemplo por soldadura. El tubo de grna de aire 8, a su vez, esta conectado al extremo del tubo de aire 7 de una manera hermetica al gas, por ejemplo con silicona o por otra solucion.
La figura 5 muestra una forma de realizacion ventajosa del manguito de grna de aire 8, es decir, la proteccion contra corrosion. El manguito de grna de aire 8 y particularmente su extremo de flujo de salida 8b estan disenados para disminuir la turbulencia en el flujo de aire. De manera ventajosa, el extremo 8b del manguito de grna de aire esta formado de manera que la porcion de la pared del area de la superficie limitada por la circunferencia exterior del tubo se reduce hacia el extremo del flujo de salida 8b del manguito de grna de aire 8. En otras palabras, el area de la seccion transversal disponible para el flujo de aire se incrementa hacia el extremo del flujo de salida 8b. Esto se puede conseguir, por ejemplo, por medio de varias muescas 8c y/o por adelgazamiento de la pared. En el ejemplo, el manguito de grna de aire 8 esta provisto con hendiduras 8c que se ensanchan hacia el extremo 8b, y el espesor de la pared se reduce hacia el extremo. En el ejemplo, la configuracion que reduce la turbulencia en el flujo de aire esta prevista particularmente en el extremo del flujo de salida 8b del manguito de grna de aire 8 dentro de una longitud que es aproximadamente de 1 a 3 veces el diametro del manguito de grna del aire.
Sobre la superficie exterior del manguito de grna de aire 8, estan previstos elementos 8d para controlar la holgura 11 entre la superficie exterior del manguito de grna del aire y la superficie interior del tubo de aire 7. En el ejemplo, los
elementos 8d son proyecciones sobre la superficie exterior del manguito de gma del aire 8. En el ejemplo, las proyecciones 8d estan previstas en dos localizaciones en la direccion longitudinal del manguito de gma de aire 8 y en cuatro localizaciones sobre la circunferencia. La forma y el numero de los elementos 8d pueden variar de acuerdo con la forma de realizacion, de manera que la holgura 11 entre la superficie exterior del manguito de gma del aire 8 y 5 la superficie interior del tubo de aire 7 se pueden formar y mantener en uso. El espesor y las propiedades del material de la pared del manguito de gma del aire 8 asf como el tamano de la holgura 11 son factores que afectan a la conduccion del calor entre la superficie exterior del tubo de aire 7 y la superficie interior del manguito de gma del aire 8.
10 El manguito de gma del aire 8 se puede fabricar de un material que tiene suficiente resistencia al calor y propiedades de aislamiento termico. La resistencia al calor es de manera mas ventajosa mas alta que 200°C, preferiblemente superior a 250°C. La conductividad termica es de manera mas ventajosa inferior a 0,3 W/(K*m) (23°C).
Los materiales utilizados pueden ser, por ejemplo, polfmeros adecuados reforzados con fibra de vidrio, tal como PPS 15 (sulfuro de polifenilo, siendo una marca comercial Fortran 1140 L6) o PPA (poliftalamida).
Combinando de varias maneras los modos y estructuras descritos en conexion con las diferentes formas de realizacion de la invencion presentadas anteriormente, es posible producir varias formas de realizacion de la invencion. Por lo tanto, los ejemplos presentados anteriormente no deben interpretarse como restrictivos de la 20 invencion, sino que las formas de realizacion de la invencion se pueden variar libremente dentro del alcance de las caractensticas inventivas presentadas en las reivindicaciones siguientes.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Un manguito de gma de aire (8) para un tubo de aire (7) en un precalentador de aire de gas de humos para aire de la combustion en una caldera de una central electrica.
    - el manguito de gma de aire (8)
    • esta dispuesto para ser montado dentro de un tubo de aire (7),
    • con un extremo de afluencia (8a) y un segundo extremo (8b) dispuesto para estar colocado dentro del tubo de aire, y
    • dispuesto para guiar el aire de la combustion para ser calentado dentro del tubo de aire, en el que
    - la configuracion del segundo extremo (8b) esta disenada para disminuir la turbulencia en el flujo de aire, de tal manera que la porcion de la pared del manguito de gma de aire sobre el area de la superficie limitada por la circunferencia exterior del tubo de aire (7) se reduce hacia el segundo extremo (8b), y
    - el segundo extremo (8b) del manguito de gma de aire (8) esta provisto con hendiduras o muescas (8c) que se ensanchan hacia su segundo extremo (8b), en el que
    - el manguito de gma de aire se fabrica de un material, cuya resistencia termica es mayor que 200°C, caracterizado por que
    - el manguito de gma de aire esta fabricado de un material, cuya conductividad termica es menor que 0,3 W/(K*m) a una temperatura de 23°C.
  2. 2. - El manguito de gma de aire de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la configuracion del segundo extremo (8b) que disminuye la turbulencia en el flujo de aire esta prevista dentro de una longitud que constituye 1/6 a 1/3 de la longitud del manguito de gma de aire.
  3. 3. - El manguito de gma de aire de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que en el segundo extremo (8b) del manguito de gma de aire (8), la pared del manguito de gma de aire se adelgaza hacia el segundo extremo (8b).
  4. 4. - El manguito de gma de aire de acuerdo con la reivindicacion 1 a 3, caracterizado por que el manguito de gma de aire (8) esta fabricado de sulfuro de polifenilo.
  5. 5. - El manguito de gma de aire de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el manguito de gma de aire (8) esta dispuesto para ser montado dentro del tubo de aire (7) para guiar el aire de la combustion que debe calentarse en contacto con la superficie interior del tubo de aire (7) a una distancia de un extremo inicial del tubo de aire, siendo la distancia al menos tres veces el diametro del tubo de aire.
  6. 6. - Un aparato de precalentamiento de aire de gas de humos (3) para aire de la combustion, en el que el aparato de precalentamiento del aire de gas de la combustion (3) comprende:
    - un tubo de aire (7) configurado para ser colocado en un conducto de gas de humos (2) de una caldera de una central electrica, teniendo el tubo de aire (7) un extremo inicial, y
    - un manguito de gma del aire (8) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el manguito de gma de aire (8) esta previsto en el extremo inicial del tubo de aire (7), al menos parcialmente dentro del tubo de aire (7), de tal manera que el segundo extremo (8b) del manguito de gma de aire (8) esta colocado dentro del tubo de aire.
  7. 7. - El aparato de precalentamiento de aire de gas de humos de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado por que el manguito de gma del aire (8) esta montado para guiar el aire de la combustion a calentar en contacto con la superficie interior del tubo de aire (7) a una distancia del extremo inicial del tubo de aire, siendo la distancia al menos tres veces el diametro del tubo de aire.
  8. 8. - El aparato de precalentamiento de aire de gas de humos de acuerdo con la reivindicacion 6 o 7, caracterizado por que el aparato comprende un manguito protector (12) que rodea el tubo de aire en el extremo inicial del tubo de aire (7).
  9. 9. - Una caldera adecuada para uso en una central electrica, comprendiendo la caldera:
    - un conducto de gas de humos (2) y
    - un aparato de precalentamiento de aire de gas de humos (3) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en la que
    - el tubo de aire (7) de un aparato de precalentamiento de aire de gas de humos (3) esta colocado en el conducto de gas de humos (2) de la caldera.
  10. 10. - La caldera de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizada por que la caldera comprende una capa de aislamiento termico (9) que rodea el conducto de gas de humos (2), y el manguito de gma de aire (8) se extiende a traves de la capa aislante (9) y el tubo de aire (7) no se extiende a traves de la capa de aislamiento (9)
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