ES2908340T3 - Tolva de secado, así como la planta de molienda y secado que la comprende - Google Patents

Abstract

Una tolva de secado para el secado de material granular, que comprende: una carcasa de tolva (12) que define una cámara impelente (13) para el material granular, y que tiene una parte superior y otra inferior; una entrada de material (20) para el material granular dispuesta en dicha parte superior; un orificio de salida de material (26) en dicha parte inferior; medios (36) para introducir gas caliente de secado en dicha carcasa de tolva; una salida de gas dispuesta en dicha parte superior; en la que dichos medios (36) para introducir gas de secado caliente incluyen una pluralidad de tubos de gas (40) dispuestos para extenderse sustancialmente de forma vertical en la parte superior y que se extienden hacia abajo hasta una zona comprendida entre el 25% y el 50% de la altura de la carcasa (H), teniendo cada tubo de gas un orificio de salida de gas (40.1) en su extremo inferior y estando conectado en su extremo superior (40.2) a un conducto anular de gas (38) que tiene una entrada de gas para recibir un flujo de gas de secado, estando los tubos de gas distribuidos en el conducto anular de gas.

Description

DESCRIPCIÓN

Tolva de secado, así como la planta de molienda y secado que la comprende

Campo técnico

La presente invención se refiere, en general, a tolvas de secado para secar materiales granulares de diversos tipos. Estas tolvas de secado pueden utilizarse en diversas aplicaciones y, en particular, en una planta de molienda y secado.

Técnica antecedente

Los materiales granulares se utilizan en una variedad de industrias y pueden estar compuestos de una diversidad de materiales, por ejemplo, minerales, orgánicos o sintéticos. La mayoría de los materiales granulares incluyen cantidades notables de humedad incorporada, y algunos de ellos incluso presentan propiedades higroscópicas. Por lo tanto, los materiales granulares son convencionalmente precalentados y secados en tolvas de secado, soplando a través de las mismas un aire calentado (seco) o, más generalmente, un gas de secado. El gas de secado suele entrar en la tolva de secado a través de un doble fondo o de toberas situadas en la parte inferior / cónica de la tolva. El aire seco fluye hacia arriba a través de la carga granular, calentando el material granular y eliminando la humedad. El aire húmedo sale posteriormente de la tolva a través de una salida en su techo.

Para muchos procesos industriales, el secado y/o presecado del material a granel es crítico, ya que puede afectar al rendimiento, la eficiencia y/o la seguridad del proceso. Un ejemplo de tolva de secado se da en el documento US3159467.

Tomemos, por ejemplo, un ejemplo de la industria del hierro. El documento WO 2017/102810 divulga, por ejemplo, el presecado de materias primas, especialmente de carbón en bruto, antes de una planta de molienda y secado. En efecto, un contenido creciente de humedad en la materia prima a procesar, es decir, a moler y secar, tiene un impacto negativo en la capacidad del pulverizador. En otras palabras, el rendimiento máximo posible del pulverizador disminuye a medida que aumenta el contenido de humedad de la materia prima (por encima de un valor umbral de contenido de humedad determinado).

Mediante el presecado de la materia prima en una tolva de secado antes del pulverizador, se puede reducir la capacidad requerida y, por tanto, el tamaño del pulverizador a instalar. La capacidad de secado requerida y, por tanto, el caudal de gas de secado en la planta de molienda y secado también pueden reducirse, con lo que se reducen los tamaños y las capacidades especialmente de los tubos de gas de proceso, del equipo para separar el gas de secado residual del material sólido seco (por ejemplo, ciclón múltiple o filtro de mangas) y del ventilador principal de gas de secado.

En la configuración de la planta del documento WO 2017/102810, el gas caliente de presecado se inyecta en la tolva de secado a través de varias toberas (en uno o más niveles) en la circunferencia exterior de la parte cilíndrica o cónica inferior truncada de la carcasa de tolva. Aunque es muy común, se ha observado que este tipo de disposición no siempre permite un secado uniforme del material granular, debido a los patrones particulares de flujo del gas de secado. Es decir, una parte de la materia prima no estará presecada, o lo estará sólo ligeramente, mientras que la otra parte del material puede haber estado casi totalmente seca o incluso sobrecalentada. En caso de que este material no uniformemente presecado no se homogeneice mientras se descarga en el pulverizador corriente abajo, las condiciones de funcionamiento del pulverizador pueden ser fluctuantes o erráticas, y dar lugar a propiedades no homogéneas del material pulverizado.

Problema técnico

El objeto de la presente invención es proporcionar una tolva de secado de diseño mejorado, en particular permitiendo un secado más homogéneo de la carga de material granular.

Descripción general de la invención

La presente invención radica en la constatación de que la disposición convencional de las tolvas de secado, como .por ejemplo, se muestra en el documento WO 2017/102810 y el patrón de flujo de gas resultante entran en conflicto con el supuesto de un dispositivo de presecado de flujo continuo, en el que el gas y el material sólido fluyen/se mueven básicamente en direcciones de contraflujo.

De hecho, el presente inventor ha observado que el gas de presecado inyectado a través de las paredes exteriores de dicha tolva de presecado se desplaza a través de la materia prima más bien en dirección de flujo transversal. El resultado es que sólo una parte del flujo de materia prima (la que se encuentra en el anillo más exterior en la sección horizontal de la tolva) es continuamente "golpeada" por el gas de presecado a nivel de temperatura de entrada, mientras que la materia prima que desciende más en la zona central de la tolva está continuamente en contacto con el gas de presecado de niveles de temperatura más bajos y probablemente con un caudal reducido. En consecuencia, dependiendo de las circunstancias operativas, el presecado puede no ser uniforme, parte de la materia prima puede no estar presecada o estarlo sólo ligeramente, mientras que otra puede haber sido casi totalmente secada o incluso sobrecalentada. Como se ha mencionado anteriormente, el uso de este tipo de material presecado no uniforme puede dar lugar a condiciones de funcionamiento fluctuantes, erráticas o incluso inseguras en las etapas posteriores del proceso/tratamiento.

Para abordar el problema anterior, la presente invención propone una tolva de secado para el secado de granular como se define en la reivindicación 1. Dicha tolva incluye:

una carcasa de tolva que define una cámara impelente para el material granular, y

con una parte superior y otra inferior;

una entrada de material para el material granular dispuesta en dicha parte superior;

un orificio de salida de material en dicha parte inferior;

medios para introducir gas de secado caliente en dicha carcasa de tolva; y una salida de gas dispuesta en dicha parte superior.

Los medios para introducir gas de secado caliente incluyen una pluralidad de tubos de gas dispuestos para extenderse sustancialmente de forma vertical en la parte superior, teniendo cada tubo de gas un orificio de salida de gas en su extremo inferior y estando conectado en su extremo superior a un conducto de gas anular que tiene una entrada de gas para recibir un flujo de gas de secado, estando los tubos de gas distribuidos en el conducto de gas anular. Los tubos de gas se extienden hacia abajo hasta una zona entre el 25% y el 50% de la altura de la carcasa (H).

Como se ha explicado en el contexto de la técnica anterior, la introducción periférica de gas de secado en las tolvas de secado convencionales plantea problemas de uniformidad de tratamiento. El gas tiende a permanecer en la periferia exterior de la tolva, de modo que sólo llegan caudales reducidos de gas de secado a la parte central de la tolva, a temperaturas reducidas.

Por el contrario, la presente tolva de secado comprende un medio mejorado para introducir gas de secado caliente en la tolva de secado. El uso de un conjunto de tubos de gas verticales permite introducir una pluralidad de corrientes de gas de secado caliente en el material granular, en los lugares deseados para promover un flujo más homogéneo a través del material granular. Además, dado que los tubos de gas se extienden en la parte superior de la carcasa, parte del material granular ya se precalentará en contacto con los tubos de gas y con el conducto anular de gas (cuando se monta dentro de la carcasa).

Se espera que el gas de presecado fluya principalmente en dirección vertical ascendente a través de la materia prima, produciendo así un presecado más homogéneo en la materia prima que se desplaza en dirección vertical descendente a través de la tolva. Se evita el secado completo y el sobrecalentamiento de parte de la materia prima. Los tubos de distribución de gas de secado en caliente, instalados en el interior de la tolva, no requieren aislamiento térmico exterior. Las pérdidas de calor se transfieren al gas de presecado residual que sale de la tolva y se equilibran mediante el control de la temperatura de salida del gas de presecado residual. El gas caliente de secado no está en contacto ni con la carcasa de tolva ni con el transportador de vaciado del brazo de limpieza que puede haber en la parte inferior de la carcasa, que están ampliamente protegidos contra niveles de temperatura significativamente más altos por la materia prima húmeda o presecada.

Este diseño de tolva de secado es particularmente interesante para las tolvas que tienen una relación de forma (altura sobre diámetro) de 1,5 e inferior. La pluralidad de tubos de gas distribuidos anular/circunferencialmente llevan el flujo de gas de secado caliente a una pluralidad de lugares en el núcleo del material granular.

El número de tubos de gas y su área de sección transversal interna pueden determinarse, por ejemplo, basándose en un cálculo o simulación fluidodinámica en consideración de las propiedades de la materia prima. Como es conocido en la técnica, la distribución real del gas de presecado dentro de la materia prima está condicionada principalmente por las propiedades de la materia prima, principalmente la distribución del tamaño del grano.

El conducto anular de gas está preferentemente dispuesto dentro de la carcasa, en la parte superior. Sin embargo, el conducto de gas anular podría estar dispuesto fuera de la carcasa, con los tubos de gas verticales pasando por el techo de la carcasa.

Un cierto número de tubos de gas verticales se proporcionan en el conducto de gas anular. En las realizaciones, al menos cuatro de estos tubos de gas están conectados al conducto anular de gas y están preferentemente igualmente espaciados.

Los tubos de gas pueden estar dispuestas en un círculo virtual (38.1) con un diámetro de entre 0,45 y 0,75, más preferentemente entre 0,50 y 0,65 veces el diámetro interno de dicha carcasa.

En las realizaciones, los tubos de gas son tubos rectos abiertos en ambos extremos. En otras realizaciones, los tubos de gas comprenden una porción inferior que se ensancha hacia abajo. En particular, los tubos de gas pueden estar formados como tubos cónicos aplanados, por lo que el extremo estrecho está conectado al conducto anular de gas y los tubos de gas suministran una lámina de gas en su orificio de salida.

En las realizaciones, la parte inferior del tubo de gas puede estar equipada con medios de estrangulación para adaptar la velocidad de salida del gas de secado caliente que sale del tubo. Dichos medios de estrangulación están preferentemente dispuestos dentro de los tubos de gas.

Un miembro de distribución de material, en particular un cono de distribución, está dispuesto ventajosamente debajo de la entrada de material para esparcir el material granular. El conducto anular de gas y el miembro de distribución están preferentemente dispuestos de forma concéntrica, por ejemplo a la misma altura.

En las realizaciones, la tolva de secado puede comprender una o más de las siguientes características:

• dicha entrada de material está dispuesta centralmente en un techo de dicha carcasa de tolva;

• dicha entrada de material incluye una tobera;

• dicha carcasa tiene una pared inferior sustancialmente plana, en la que dicho orificio de salida de material está preferentemente dispuesto centralmente;

• un elemento desviador está separado de la pared inferior de la carcasa y dispuesto para cubrir la salida de material;

• medios de recogida dispuestos en la parte inferior para forzar el material granular hacia la salida de material;

• dichos tubos de gas comprenden una porción inferior que se ensancha hacia abajo.

Estas y otras realizaciones de la presente invención se describen en las reivindicaciones dependientes adjuntas. Según otro aspecto, la invención también se refiere a una planta de molienda y secado para producir un material seco triturado a partir de un material grueso, planta de molienda y secado que comprende:

• una fuente de gas de secado calentado para proporcionar gas de secado calentado a una temperatura predefinida;

• un equipo de trituración para triturar y secar el material grueso para obtener un material seco triturado; • una tolva de secado según el primer aspecto de la invención, provista antes del equipo de trituración para secar el material grueso;

• medios de transporte para transportar el material grueso desde la tolva de secado hasta el equipo de trituración;

• conductos para la alimentación de gas de secado calentado en el equipo de trituración y en la tolva de secado; y

• un separador corriente abajo del equipo de trituración para recoger y separar el material seco triturado del gas de secado.

Breve descripción de los dibujos

Otros detalles y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de varias realizaciones no limitantes con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La Fig. 1 es un esquema de una realización de la presente tolva de secado;

La Fig. 2: es un diagrama de una realización de una planta de molienda y secado que presenta la tolva de secado de la Fig.1;

La Fig. 3: es un esquema de un diseño alternativo del conducto anular de gas con tubos de gas; y

La Fig. 4: es un boceto de otra realización del tubo de gas para los medios de introducción de gas de secado caliente.

Descripción de las realizaciones preferentes

La Fig.1 es un dibujo del principio de la presente tolva de secado 10. Comprende una carcasa 12 que tiene una pared exterior generalmente tubular 14 que se extiende a lo largo del eje central A, que está cerrada en ambos extremos, respectivamente por una pared inferior 16 y una pared superior 18 o techo. La pared exterior 14 es preferentemente circular y se estrecha ligeramente (parte cónica truncada) en la parte inferior de la carcasa. Sin embargo, esto no es limitante y la pared exterior puede tener una forma de sección transversal rectangular o cuadrada.

La carcasa 12 define una cámara impelente 13 para el material granular almacenado temporalmente en la misma con fines de secado. Una entrada de material 20 para el material granular está dispuesta en la parte superior de la carcasa, en particular en el centro del techo 18. El material granular se suministra a través de un tubo de alimentación 22 que está conectado a la entrada 20. Una tobera (no mostrada) está ventajosamente montada en el material 20 para una conexión directa entre el extremo del tubo de alimentación 22 y la entrada de la tobera. En uso, el tubo de alimentación 22 puede conectarse típicamente a un depósito de almacenamiento anterior (no mostrado), que contiene el material a secar en la tolva de secado 10. Puede disponerse una válvula rotativa 24 en el tubo de alimentación para controlar el flujo de material granular hacia la tolva de secado 10 y evitar los efectos perturbadores de una presión diferente a la atmosférica, positiva o negativa, dentro de la parte superior de la tolva, en el funcionamiento del depósito de almacenamiento corriente arriba.

El signo de referencia 26 designa una salida de material en la parte inferior. En esta variante, la pared inferior 16 es plana y la salida de material está dispuesta en el centro de la misma a lo largo del eje A. El material granular que llega a través de la entrada 20 caerá gravitatoriamente en la tolva 10 y se acumulará en la misma.

Un deflector 28 está dispuesto en la parte inferior, por encima de la pared inferior 16, y distanciado de ésta, de forma que cubra el orificio de salida 26. En esta variante, el deflector 28 tiene una forma cónica y una circunferencia mayor que la del orificio de salida 26. Esto evita que se forme una columna de material en la vertical sobre el orificio de salida 26. Por el contrario, el material granular descansará en el fondo plano 16, en la periferia del deflector 28. Un medio de recogida, en este caso un rascador horizontal o brazo de limpieza 30, está provisto para empujar el material hacia el orificio de salida 26. El rascador puede diseñarse típicamente como una cuchilla horizontal montada en un eje pivotante arrastrado por un conjunto de motor eléctrico.

En uso, un tubo de descarga 32 está típicamente conectado al orificio de salida 26 con el fin de enviar el material granular seco a una estación corriente abajo de tratamiento o de uso, dependiendo de la aplicación/proceso. Una válvula rotativa 34 permite regular el flujo de salida a través del tubo de descarga 32 y evitar los efectos perturbadores de una presión diferente a la atmosférica, positiva o negativa, dentro de la parte inferior de la tolva, en el funcionamiento del equipo corriente abajo, normalmente un pulverizador.

El signo de referencia 36 designa, en general, los medios para introducir gas de secado caliente en la carcasa de tolva, que comprenden un conducto de gas anular 38 y una serie de tubos de gas 40 que están dispuestos para extenderse sustancialmente en sentido vertical en la parte superior de la carcasa. Cada tubo de gas 40 tiene un orificio de salida de gas 40.1 en su extremo inferior y está conectado en su extremo superior al conducto anular de gas. El conducto anular de gas 38 tiene una entrada de gas (no mostrada) para recibir un flujo de gas de secado desde un conducto principal de suministro de gas 42 que pasa por el techo 18. En la realización, el conducto anular de gas 38 es un conducto circular que tiene una sección transversal redonda (toroide); sin embargo, esto no es limitativo y pueden preverse otras formas.

Una salida de gas 44 está dispuesta en la parte superior, concretamente en el techo 18. Un tubo de descarga de gas 46 está conectado a la salida de gas 44 para llevar el gas de secado residual al equipo de filtrado antes de la descarga a la atmósfera.

Un miembro de distribución 48 está dispuesto debajo de la entrada de material 20, preferentemente alineado centralmente en el eje A. El miembro de distribución 48 está formado para repartir radialmente el material que cae sobre el mismo. En este caso tiene forma de cono, pero podría tener forma de cúpula o campana o cualquier otra forma funcionalmente similar.

El miembro de distribución 48 está configurado para encajar dentro del conducto anular de gas 38, aproximadamente a la misma altura. Por lo tanto, el material que llega desde la entrada de material 20 cae sobre el miembro de distribución 48 y se dirige radialmente por debajo del conducto anular de gas 38, hacia los tubos verticales de gas 40.

Como se utiliza en el presente documento, el término parte superior y parte inferior designa respectivamente las regiones de la tolva por encima y por debajo de la línea central B (distancia media entre las paredes superior e inferior).

Para una mejor distribución del gas de secado, los tubos de gas 40 pueden estar dispuestos en un círculo virtual con un diámetro de entre 0,45 y 0,75, más preferentemente entre 0,50 y 0,65 veces el diámetro interno de dicha carcasa. Este círculo virtual en la Fig.1 corresponde a la línea central anular, referenciada 38.1, del conducto anular de gas 38.

Preferentemente, los tubos de gas se extienden hacia abajo hasta una zona entre el 25% y el 50% de la altura de la carcasa (H); esta zona, o banda horizontal, se indica con la referencia 41 en la figura. Puede observarse en este caso que aunque los tubos de gas 40 se extienden a través de la parte superior (es decir, al menos una parte de la parte superior) para estar en contacto con el flujo de entrada de material granular, los orificios de salida 40.1 de los tubos de gas 40 pueden estar situados a menudo en la parte inferior (por debajo de la línea de altura media B), estando sus salidas 40.1 situadas en la banda horizontal 41.

Pasando ahora a la Fig. 2, se refiere a una aplicación de la presente tolva de secado en el contexto de la planta de molienda y secado 100. En particular, la tolva de secado se utiliza en la planta 100 como tolva de presecado para el material grueso húmedo a granel, por ejemplo, carbón o escoria que se procesa en la planta 100.

En la planta de molienda y secado 100, la materia prima, por ejemplo, escoria gruesa o carbón, se almacena en un depósito de almacenamiento de materia prima 110 antes del molino 130. La presente tolva de secado, por ejemplo, la tolva presentada en la Fig.1, designada 120, se interpone entre el depósito de almacenamiento 110 y el molino 130. Para su transformación en material pulverizado seco, por ejemplo, escoria o carbón pulverizados, la materia prima presecada puede suministrarse desde la tolva de secado 120 al molino 130 mediante un transportador 115 de velocidad variable (capacidad variable), por ejemplo, un transportador de cadena de arrastre de velocidad variable y/o una válvula rotativa.

El resto de la planta 100 es más bien convencional y similar a las plantas de molienda y secado conocidas, véase, por ejemplo el documento WO 2017/102810.

La energía de secado es suministrada por un generador de gas de secado de capacidad variable 120, alimentado con un gas combustible. En la medida en que esté disponible, el gas combustible es preferentemente un gas de bajo poder calorífico con bajo contenido de hidrógeno, por ejemplo, gas de alto horno. El bajo contenido de hidrógeno limita el contenido de vapor de agua del gas de secado producido, aumentando así la eficacia del secado. El generador de gas de secado 120 generalmente incluye también un ventilador de aire de combustión y un quemador adicional de baja capacidad para el gas de combustión de alto valor calorífico, por ejemplo, gas natural o gas de coque, necesario para calentar la planta y posiblemente para apoyar la combustión del gas de combustión de bajo valor calorífico.

Convencionalmente, dado que la combustión cercana a la estequiométrica, evitando una alta concentración de oxígeno en los gases de combustión, incluso de un gas de combustión de bajo valor calorífico, da lugar a niveles de temperatura de los gases de combustión calientes del orden de magnitud de 1000 °C y superiores, es decir, varias veces superiores a lo que puede ser aceptable dentro del molino y en contacto con la materia prima húmeda, especialmente el carbón, que se va a secar, los gases de combustión calientes producidos dentro del generador de gas de secado 120 tienen que mezclarse con un gran caudal de gas de secado residual reciclado, de unos 100 °C. El gas de secado reciclado llega desde el conducto 170. Esto permitirá obtener una temperatura adecuada del gas de secado frente al molino 130, en el rango de aproximadamente 200 a por debajo de 400 °C en el caso del carbón, estando el valor real requerido condicionado principalmente por el contenido de humedad de la materia prima.

En las plantas típicas de molienda y secado 100, la trituración, normalmente la molienda, y el secado de la materia prima se realizan, en gran medida en paralelo, dentro del molino 130. El material se muele, por ejemplo, entre rodillos giratorios, bolas, etc., y una mesa o recipiente de molienda giratorio, y la humedad se evapora en contacto con el gas de secado caliente. El gas de secado transporta el material molido a un clasificador, normalmente integrado en la parte superior del molino 130. El material grueso es eliminado del flujo de gas de secado y devuelto a la mesa o recipiente de molienda, el material fino (triturado) es transportado por el gas de secado residual enfriado con un mayor contenido de vapor de agua a través del conducto 135 a un equipo corriente abajo 140 para la separación de gas-sólido, en este caso un ciclón múltiple, aunque se puede utilizar un filtro de bolsa habitual.

El material pulverizado separado del gas de secado residual por el equipo 140 se transfiere a un equipo de almacenamiento o transporte corriente abajo 150, por ejemplo, un depósito de almacenamiento de material/producto fino (carbón pulverizado), una tolva de transporte, una bomba de polvo, etc.

Podrá observarse que el gas de secado residual se recicla a través del conducto 170 al generador de gas de secado 120 y se mezcla con el gas de combustión caliente para producir gas de secado caliente con el nivel de temperatura de entrada al molino adecuado. Una gran parte de este gas de secado caliente se suministra posteriormente, por lo general, al molino 130, mientras que el resto se suministra a la tolva de presecado 120 a través del conducto 175 y se inyecta en la misma. Como se ha explicado en relación con la Fig.1, el gas caliente de secado inyectado en la tolva de presecado 120 fluye a través del lecho de materia prima, calienta la materia prima, evapora parte de la humedad de la materia prima, se enfría y sale de la tolva 120 por la parte superior. El gas de secado residual que sale de la tolva de presecado 120 se limpia en un filtro de bolsa de gas residual 180 y finalmente se libera a la atmósfera a través de la chimenea de gas residual 190; el material sólido fino separado del gas residual se transfiere al depósito de material fino/producto 150. La materia prima con un contenido de humedad reducido se transfiere desde la tolva de presecado 120 al molino 130, para ser procesada en material fino seco. La tolva de presecado 120 permite reducir el contenido de humedad de la materia prima antes del molino 130, lo que da lugar a una reducción del caudal de gas de secado que se suministra al molino 130 (dentro de los límites del intervalo de caudal de gas de secado fijado por el molino), (según lo condicionado por este caudal de gas de secado) una reducción de la capacidad y el tamaño del equipo de separación de gas-sólido 140, una reducción del caudal del ventilador principal de gas de secado 171 y, finalmente, una reducción del tamaño del molino 130.

El nivel de presión en el circuito se controla en general, (a través del control del flujo de gas de purga) de manera que se tenga corriente abajo del generador de gas de secado 120 y corriente arriba del molino 130 y del depósito de almacenamiento de materia prima 120 un nivel de sobrepresión adecuado para transportar el caudal de gas de secado dado a través del depósito de almacenamiento de materia prima 120 y el filtro de bolsa 180 y la chimenea 190 (tubo de gas de purga) hacia la atmósfera.

Explicación

Volvamos al estado de la técnica. Como se ha indicado anteriormente, el documento WO 2017/102810 divulga el presecado de materia prima, especialmente de carbón en bruto, antes de una planta de molienda y secado. Mediante el presecado de la materia prima en una tolva de secado situada antes del pulverizador, se puede reducir la capacidad necesaria y, por tanto, el tamaño del pulverizador que debe instalarse. La capacidad de secado requerida y, por tanto, el caudal de gas de secado en la planta de molienda y secado también pueden reducirse, con lo que se reducen los tamaños y las capacidades, especialmente de los tubos de gas de proceso, del equipo para separar el gas de secado residual del material sólido seco (por ejemplo, ciclón múltiple o filtro de mangas) y del ventilador principal de gas de secado.

En la planta de molienda y secado del documento WO 2017/102810 (véase Fig.2), el presecado de la materia prima se ha integrado desde el inicio corriente arriba del pulverizador. El gas de presecado y el gas de secado se producen juntos en el mismo generador de gas de secado. En el caso de un aumento de la capacidad de una planta de molienda y secado ya existente, basado en la adición de un equipo de presecado, el gas de purga de la planta existente sería suministrado por un nuevo ventilador de gas de purga de secado a un nuevo generador de gas de presecado, calentado hasta la temperatura de entrada del gas de presecado mediante la adición de gas de combustión caliente producido en ese generador de gas de presecado, y luego dirigido al equipo de presecado propiamente dicho.

Se ha propuesto que el presecado se realice dentro de una tolva de presecado, operada como un secador de flujo continuo, es decir, el gas caliente de presecado fluya básicamente en dirección vertical ascendente a través del material a granel contenido en la tolva mientras este material a granel desciende lentamente en dirección vertical descendente. A medida que el gas atraviesa el material a granel, el calor se transfiere del gas al material sólido, el material sólido y la humedad líquida se calientan y la humedad superficial se evapora parcialmente y es incorporada por el gas. El gas de presecado enfriado con un mayor contenido de humedad sale de la tolva por la parte superior, el material sólido presecado y calentado (hasta cierto punto) se descarga en la parte inferior de la tolva y se introduce en el pulverizador corriente abajo.

Las condiciones de presecado dependen en gran medida de la distribución granulométrica de la materia prima. Cuanto más fina sea esta materia prima, mayor será la superficie de intercambio de calor y vapor por unidad de volumen de material. Por otra parte, la temperatura del gas de presecado enfriado, que sale de la tolva, debe mantenerse a un nivel lo suficientemente alto como para evitar cualquier entrada de agua líquida en el equipo de filtrado de bolsas (o de separación gas-sólido equivalente) corriente abajo, que debe limpiar el gas de presecado antes de liberarlo a la atmósfera. Lo que significa, a menos que se considere un recalentamiento del gas de purga de presecado corriente abajo de la tolva de presecado, que la superficie de intercambio de calor y vapor dentro de la tolva tiene que ser controlada y limitada, en función de la distribución del tamaño de los granos de la materia prima, y por tanto, en última instancia, de la altura de llenado de la materia prima contenida en la tolva y atravesada por el gas de presecado.

La tasa de energía de presecado a transferir a la materia prima y la limitación de la temperatura de entrada del gas de presecado, condicionada por las limitaciones de temperatura del material a procesar, así como del equipo, dan lugar a un rango de valores posibles para el caudal de gas de presecado y, por tanto, a un rango de valores para el área de la sección transversal interior de la tolva de presecado y el diámetro interior, basados en los rangos de valores aceptables para las velocidades del gas dentro de la tolva y las pérdidas de presión resultantes.

El área de la sección transversal interna de la tolva de presecado condiciona posteriormente también el nivel de llenado de la tolva, que debe ser controlado como se ha comentado en el párrafo anterior. El control y la limitación necesarios de la altura de llenado de la materia prima que interviene en el proceso de presecado, es decir, en la transferencia de calor y masa (vapor de agua), ha provocado la división del equipo habitual de contención de la materia prima corriente arriba del molino en una tolva superior de almacenamiento de la materia prima o tolva de almacenamiento y una tolva inferior de presecado de la materia prima corriente abajo, donde se realiza el presecado real en su interior y donde la superficie de transferencia de calor y masa y, por tanto, la altura de llenado pueden medirse y controlarse fácilmente, en función de las condiciones de transferencia de calor y masa y de los niveles de temperatura resultantes.

Con el fin de limitar la altura requerida tanto del contenedor o tolva de almacenamiento de materias primas como de la tolva de presecado de materias primas, se ha propuesto equipar cada uno de ellos con un dispositivo de vaciado del brazo de limpieza inferior, evitando así las partes cónicas inferiores extendidas y que consumen altura, que causan una costosa estructura de acero adicional, al tiempo que ofrecen sólo un espacio de almacenamiento adicional limitado.

En la tolva de presecado del documento WO 2017/102810, el gas caliente de presecado se inyecta en la tolva de presecado a través de varias toberas (en uno o más niveles) en la circunferencia exterior de la parte cilíndrica o cónica inferior truncada de la carcasa de tolva. Sin embargo, esta disposición y el patrón de flujo de gas resultante entran en conflicto con el supuesto de un dispositivo de presecado de flujo continuo, en el que el gas y el material sólido fluyen/se mueven básicamente en direcciones de contraflujo, como se ha descrito anteriormente. De hecho, el gas de presecado inyectado a través de las paredes exteriores de la tolva de presecado se desplaza a través de la materia prima más bien en dirección de flujo cruzado. El resultado es que sólo una parte del flujo de materia prima (la que se encuentra en el anillo más externo en la sección horizontal de la tolva) es continuamente "golpeada" por el gas de presecado a nivel de temperatura de entrada, mientras que la materia prima que desciende más en la zona central de la tolva está continuamente en contacto con el gas de presecado de niveles de temperatura más bajos y probablemente a un caudal reducido. Como consecuencia, el presecado no será uniforme, una parte de la materia prima no estará presecada o lo estará sólo ligeramente, mientras que otra puede estar casi totalmente seca o incluso sobrecalentada. En caso de que este material no uniformemente presecado no se homogeneice mientras se descarga en el pulverizador corriente abajo, las condiciones de funcionamiento del pulverizador pueden ser fluctuantes o erráticas y dar lugar a propiedades no homogéneas del material pulverizado. Además, al menos las zonas de las toberas de inyección de gas de presecado caliente de la carcasa de tolva de presecado tienen que hacer frente al nivel de temperatura de entrada del gas de presecado.

Efectos de la invención

La presente tolva de secado, como se ha explicado, por ejemplo, en referencia a la Fig. 1, se basa en un patrón mejorado de entrada y distribución de gas de presecado, cuyo objetivo es una distribución más uniforme del gas y del calor, lo que da lugar a un presecado más homogéneo. La materia prima a presecar se suministra a través de la entrada central de materia prima 20 en el techo de la tolva al interior de la tolva 10 y se distribuye mediante el cono de distribución 48 en la zona del cilindro anular que bordea los tubos de gas de secado caliente 40. El gas caliente de secado sale de las salidas del tubo inferior 40.1, penetra en el material a granel, se extiende, fluye hacia arriba a través del material a granel, deja el volumen lleno de material a granel en la parte superior y, finalmente, sale de la tolva a través de la salida de gas de presecado residual 44 en el techo 18. El material presecado es recogido por el transportador de brazo de limpieza 30 en la parte inferior, y descargado a través de la salida central de materia prima 26.

El caudal de entrada de materia prima puede controlarse típicamente mediante la variación de la velocidad de la válvula rotativa 24 situada sobre la tobera de entrada de materia prima de la tolva de presecado, de acuerdo con un valor de consigna para la salida de carbón pulverizado de la planta de molienda y secado situada corriente abajo.

La capacidad del generador de gas de presecado se controla de acuerdo con un valor de consigna para el caudal de calor del gas de presecado, condicionado por el caudal de presecado que se desea alcanzar y el caudal de entrada de materia prima. El nivel de llenado de la materia prima dentro de la tolva se controla mediante la variación de la velocidad del dispositivo de vaciado del brazo de limpieza inferior en la parte más baja de la tolva, de acuerdo con un valor de consigna para la temperatura de salida del gas de presecado de los residuos (la temperatura de salida del gas de presecado de los residuos está condicionada por la superficie de transferencia de calor y masa en el material a granel y, por tanto, por el nivel de llenado).

Se espera que el gas de presecado fluya principalmente en dirección vertical ascendente a través de la materia prima, produciendo así un presecado más homogéneo en la materia prima que viaja en dirección vertical descendente a través de la tolva. Se evita el secado completo y el sobrecalentamiento de parte de la materia prima. El tubo de distribución de gas de secado en caliente, instalada en el interior de la tolva, no requiere aislamiento térmico exterior. Las pérdidas de calor se transfieren al gas de presecado residual que sale de la tolva y se equilibran mediante el control de la temperatura de salida del gas de presecado residual. El gas caliente de secado no está en contacto con la carcasa de tolva ni con el transportador de vaciado del brazo de limpieza, que están ampliamente protegidos contra niveles de temperatura significativamente más altos por la materia prima húmeda o presecada.

El número de tubos verticales de gas de secado caliente 40 y su área de sección transversal interna, condicionando la velocidad del gas de secado a la salida de los tubos, puede determinarse, por ejemplo, basándose en un cálculo o simulación de dinámica de fluidos.

En la realización de la Fig.1, los tubos de gas 40 son simples tubos rectos de sección circular con dos extremos abiertos: el extremo inferior 40.1 forma el orificio de salida y el extremo superior 40.2 está conectado al conducto de gas anular 38, formando la entrada para el gas de secado caliente.

La Fig.3 muestra un esquema de los medios para introducir el gas caliente de secado 30. El conducto anular de gas 30' es similar al de la Fig.1. En este caso, los tubos de gas 40' tienen, en general, la forma de tubos cónicos aplanados. Como puede observarse, el tubo 40' es una transición de una sección transversal de entrada circular o cuadrada en su extremo superior 40.2' a una sección transversal de salida en forma de ranura en su extremo inferior 40.1', ensanchándose el tubo 40' en dirección descendente. La ventaja de esta forma es que el flujo de gas de presecado se reparte en un área de distribución de gas más grande, en forma de disco anular, como puede esperarse de los tubos de bajada de sección redonda.

En algunas circunstancias, concretamente en el caso de que no se conozca la distribución del tamaño de los granos o no se pueda esperar que permanezca inalterada durante la vida útil de la tolva de secado, es ventajoso incluir en cada tubo de gas vertical medios para adaptar la velocidad de salida del gas de secado caliente que sale del tubo. Un posible diseño de estos medios se ilustra en la Fig.4. Se reconocerá el conducto anular de gas 38" y un tubo vertical recto 40" con su extremo superior 40.2" conectado al conducto de gas 38" y su extremo inferior de salida 40.1". En su parte inferior, el tubo 40" incluye una protuberancia anular interna 50 con una superficie cónica 52 orientada hacia arriba (es decir, corriente arriba). Un miembro estrangulador 54 que tiene una superficie lateral cónica 56 coopera con la superficie de la protuberancia 52 para definir un paso anular 58 para el gas de secado. El miembro estrangulador 54 es desplazable axialmente en el tubo 40" con respecto a la protuberancia, lo que permite variar la anchura del pasaje anular 58 y, por tanto, regular la velocidad de salida y, en consecuencia, el radio de distribución del gas de secado caliente descargado en el orificio de salida del tubo 40.1". El desplazamiento axial/longitudinal del miembro estrangulador 54 puede ser accionado, por ejemplo, mediante una varilla 60, representada por una línea de puntos en la Fig.4, que se extiende a través del tubo 40" y del conducto anular 38", a través de la parte superior de la tolva y a través del techo 18. La varilla 50 puede estar asociada a un actuador 52 dispuesto fuera de la tolva.

Se puede observar que la materia prima que se llena en la tolva y desciende hacia abajo puede producir grandes cargas, especialmente en los tubos verticales de gas caliente 40. Por lo tanto, los tubos 40 pueden reforzarse con nervios de refuerzo dispuestos radialmente y/o estabilizarse mediante tirantes, utilizando, por ejemplo, varillas de tensión y presión de forma adecuada.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una tolva de secado para el secado de material granular, que comprende:

una carcasa de tolva (12) que define una cámara impelente (13) para el material granular,

y que tiene una parte superior y otra inferior;

una entrada de material (20) para el material granular dispuesta en dicha parte superior;

un orificio de salida de material (26) en dicha parte inferior;

medios (36) para introducir gas caliente de secado en dicha carcasa de tolva;

una salida de gas dispuesta en dicha parte superior; en la que dichos medios (36) para introducir gas de secado caliente incluyen una pluralidad de tubos de gas (40) dispuestos para extenderse sustancialmente de forma vertical en la parte superior y que se extienden hacia abajo hasta una zona comprendida entre el 25% y el 50% de la altura de la carcasa (H), teniendo cada tubo de gas un orificio de salida de gas (40.1) en su extremo inferior y estando conectado en su extremo superior (40.2) a un conducto anular de gas (38) que tiene una entrada de gas para recibir un flujo de gas de secado, estando los tubos de gas distribuidos en el conducto anular de gas.

2. La tolva de secado según la reivindicación 1, en la que dichos conductos de gas (40) están dispuestos en un círculo virtual (38.1) que tiene un diámetro de entre 0,45 y 0,75, más preferentemente entre 0,50 y 0,65 veces el diámetro interior de dicha carcasa.

3. La tolva de secado según la reivindicación 1 o 2, en la que dicho conducto anular de gas (38) está dispuesto dentro de dicha carcasa en dicha parte superior.

4. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos cuatro tubos de gas están conectados al conducto anular de gas y están preferentemente igualmente espaciados.

5. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha entrada de material (20) está dispuesta centralmente en un techo de dicha carcasa de tolva.

6. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha entrada de material (20) incluye una tobera.

7. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que un miembro de distribución de material (48), en particular un cono de distribución, está dispuesto debajo de dicha entrada de material para repartir el material granular; y preferentemente el conducto anular de gas (38) y el miembro de distribución (48) están dispuestos concéntricamente, preferentemente a aproximadamente la misma altura.

8. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha carcasa (12) tiene una pared inferior (16) sustancialmente plana, en la que dicho orificio de salida de material (26) está preferentemente dispuesto centralmente.

9. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que un elemento desviador (28) está separado de la pared inferior de la carcasa (16) y dispuesto para cubrir la salida de material (26).

10. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de recogida (30) dispuestos en la parte inferior para forzar el material granular hacia la salida de material (26).

11. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos tubos de gas (40') comprenden una porción inferior que se ensancha hacia abajo.

12. La tolva de secado según la reivindicación 11, en la que dichos tubos de gas (40') están formados como tubos cónicos aplanados, por lo que el extremo estrecho está conectado al conducto anular de gas y los tubos de gas suministran la lámina de gas en su orificio de salida.

13. La tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte inferior del tubo de gas (40") está equipada con medios de estrangulación (54) para adaptar la velocidad de salida del gas de secado caliente que sale del tubo.

14. Uso de la tolva de secado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en una planta de molienda y secado, en particular para el carbón o la escoria.

15. Una planta de molienda y secado para producir un material seco triturado a partir de un material grueso, la planta de molienda y secado comprende:

una fuente (120) de gas de secado calentado para proporcionar gas de secado calentado a una temperatura predefinida;

un equipo de trituración (130) para triturar y secar el material grueso y obtener un material seco triturado; una tolva de secado (120) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, provista corriente arriba de dicho equipo de trituración para secar dicho material grueso;

medios de transporte (115) para transportar el material grueso desde la tolva de secado al interior del equipo de trituración;

conductos (175) para la alimentación de gas de secado calentado al interior del equipo de trituración y a la tolva de secado;

un separador (140) corriente abajo del equipo de trituración para recoger y separar el material seco triturado del gas de secado.