ES2955103T3 - Caldera de recuperación de calor - Google Patents
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Abstract
Una caldera de calor residual y un aparato de vibración y una estructura de instalación de tuberías de calor de la misma. La caldera de calor residual de la presente invención comprende una caldera (1), un tubo de calor (4) dispuesto dentro de la caldera (1) y un aparato de vibración. La caldera (1) está provista de una entrada de gases residuales (2) y una salida de gases residuales (3). El tubo de calor (4) está dispuesto en una rejilla plana. La superficie del tubo de calor (4) está provista de aletas (23). El tubo de calor (4) está conectado pero no fijado a un conjunto de soporte (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Caldera de recuperación de calor
Campo técnico
La presente invención se refiere a equipos de caldera y, en particular, a una caldera de recuperación de calor capaz de recuperar el calor residual en los gases de escape.
Antecedentes de la técnica
En la actualidad, la caldera de recuperación de calor se usa ampliamente para recuperar el calor residual generado en las industrias manufactureras, tal como la producción de negro de carbón, la producción de fibra de vidrio, la producción de acero metalúrgico, la producción de petróleo, la producción de ácidos y álcalis, la producción de cemento, etc.
Ahora, la caldera de recuperación de calor capaz de recuperar el calor residual en los gases de escape del horno de producción de cemento en la industria cementera se usa como un ejemplo para describir la caldera de recuperación de calor.
La caldera de recuperación de calor conjuntada con el horno de producción de cemento incluye principalmente una caldera AQC (caldera enfriadora de enfriamiento brusco por aire), una caldera PH (caldera precalentadora), etc. El rendimiento de transferencia de calor y la tasa de consumo de energía de la caldera de recuperación de calor dependen principalmente del tubo de calentamiento.
El tubo de calentamiento incluye el tubo de calentamiento sin aletas (tubo desnudo) y el tubo de calentamiento con aletas (tubo con aletas).
El tubo desnudo tiene una superficie exterior lisa y la transferencia de calor es rápida, mientras que la resistencia al flujo de los gases de escape es pequeña y el consumo de energía es bajo, por lo tanto este se usa ampliamente en la caldera PH, etc. Los gases de escape en la caldera PH tienen una temperatura de 300 °C a 400 °C, y una concentración de polvo alta de 100 g/Nm3. El polvo de una concentración de este tipo no se derretirá dentro de la zona de temperatura de 300 °C a 400 °C, mientras que su tamaño de partícula es muy pequeño (el polvo con un tamaño de partícula promedio inferior a 10 μm ocupa un 80 %) y las texturas son suaves, por lo tanto se usa el tubo desnudo. Si se emplea la disposición de tubos en retícula, el polvo bloqueará los espacios entre los tubos de calentamiento en la dirección de flujo y se degrada la transferencia de calor. En el caso de una disposición de tubos al tresbolillo, se provocarán turbulencias cuando entra el flujo de gas, por lo tanto puede evitarse el bloqueo por polvo, por lo que la disposición al tresbolillo es popular. Sin embargo, en la disposición al tresbolillo, el polvo sigue pudiendo adherirse fácilmente a la superficie del tubo de calentamiento. Por lo tanto, la caldera Ph se dota habitualmente de un dispositivo de martilleo o de un dispositivo de soplado de hollín para limpiar el polvo adherido a la superficie del tubo de calentamiento. Un tipo de dispositivo de martilleo martillea las porciones inferiores de unos tubos de calentamiento dispuestos en vertical, y otro tipo de dispositivo de martilleo golpetea los accesorios fijados a las porciones inferiores de unos tubos de calentamiento dispuestos en horizontal. Sin embargo, en los dos tipos anteriores de estructuras de golpeteo, el tubo de calentamiento y el accesorio de montaje se conectan de forma fija entre sí, en lugar de ser móviles entre sí, por lo tanto la vibración es insuficiente. Además, el accesorio de montaje para montar el tubo de calentamiento soportará una fuerza de impacto procedente del dispositivo de martilleo, y se debilita la durabilidad de la caldera de recuperación de calor. Además, en estos dispositivos de golpeteo que ya existen, el efecto de golpeteo no puede lograrse suficientemente, y el accesorio de montaje se verá afectado fácilmente por la fuerza de impacto del golpeteo en el caso de que se golpetee la totalidad del haz de tubos de todos los tubos de calentamiento. Sin embargo, el coste asciende cuando cada tubo de calentamiento se dota de un dispositivo de golpeteo.
Además, aunque el dispositivo de soplado de hollín se proporciona como unos medios de eliminación de polvo, el polvo en los gases de escape de la torre PH entre los gases de escape de cemento está en una cantidad grande y son de una adhesividad alta, lo que requiere operaciones frecuentes y la viabilidad económica es pobre, por lo tanto el dispositivo de soplado de hollín no se usa ampliamente.
En la caldera AQC se adopta el tubo con aletas. El área de intercambio de calor se aumenta enormemente y, con la condición de obtener unos rendimientos de intercambio de calor equivalentes, el número de tubos de calentamiento es pequeño, el volumen de la caldera se disminuye en gran medida y el coste se reduce en caso de adoptar un tubo con aletas. Habitualmente, las aletas del tubo con aletas de la caldera AQC son aletas espirales. La caldera AQC usa el tubo con aletas por la razón de que los gases de escape son filtrados por un colector de polvo antes de que estos entren en la caldera AQC, con una temperatura de 300 °C a 400 °C, una concentración de polvo disminuida a no más de varios g/Nm3 y que incluye principalmente polvo de tipo relativamente grande y duro con unos tamaños de partícula de no más de 200 μm, es decir, el polvo no se adherirá fácilmente a la superficie del tubo de calentamiento. En cuanto a la caldera AQC, debido a que el polvo tiene una adhesividad baja, habitualmente se adopta una disposición al tresbolillo sin el dispositivo de golpeteo.
La comparación entre el tubo desnudo y el tubo con aletas es la siguiente. Aunque el tubo desnudo logra una transferencia de calor rápida y un consumo de energía bajo, el volumen o el número de tubos de calentamiento ha de aumentarse si es necesario que el área de transferencia de calor se expanda, por lo tanto se aumentará el coste del tubo de calentamiento e incluso de la totalidad de la caldera. Aunque el tubo con aletas puede mejorar en gran medida el rendimiento de transferencia de calor, el polvo se adherirá fácilmente al mismo debido a que se daña la lisura de la superficie del tubo de calentamiento. Y el polvo adherido puede bloquear fácilmente los espacios entre las aletas y la caldera no puede funcionar de forma estable. Por otro lado, los gases de escape tienen una resistencia al flujo grande y un consumo de energía alto. En la actualidad, la idea de diseño general es que los tubos desnudos se usen en cooperación con dispositivos de eliminación de polvo, tales como el dispositivo de golpeteo y el dispositivo de soplado de hollín, y que se apliquen a las calderas de recuperación de calor para los gases de escape en el que la temperatura es moderada, la concentración de polvo es alta y el polvo tiene unos tamaños de partícula pequeños y una adhesividad alta; los tubos con aletas se aplican a las calderas de recuperación de calor para los gases de escape en los que la temperatura es alta, la concentración de polvo es baja y el polvo tiene unos tamaños de partícula grandes y una adhesividad baja, y para los que no es necesario proporcionar dispositivos de eliminación de polvo tales como el dispositivo de golpeteo y el dispositivo de soplado de hollín. Sin embargo, conforme a la idea de diseño anterior, los diversos tipos de calderas de recuperación de calor que ya existen en la actualidad no pueden recuperar de forma económica los gases de escape en los que la temperatura es alta y el polvo tiene unos tamaños de partícula muy pequeños y una adhesividad alta, tales como los gases de escape de un horno eléctrico de fabricación de ferrosilicio. La razón es que los gases de escape del horno eléctrico de fabricación de ferrosilicio tienen una temperatura de 400 °C a 450 °C, una concentración de polvo inferior a 10 g/Nm3, al tiempo que el polvo tiene unos tamaños de partícula diminutos (un 60 % del mismo es de no más de 1 μm) y una adhesividad alta. Debido a que la temperatura de los gases de escape del horno eléctrico de fabricación de ferrosilicio es alta, el área de transferencia de calor del tubo desnudo no puede asegurarse de forma económica y suficiente si la recuperación se hace con una caldera de recuperación de calor dotada de los tubos desnudos, y los gases de escape siguen manteniendo una temperatura alta después de descargarse de la caldera de recuperación de calor, por lo tanto el calor no puede recuperarse suficientemente. Por otro lado, el polvo en los gases de escape del horno eléctrico de fabricación de ferrosilicio tiene una adhesividad alta, por lo tanto se acumula más polvo entre los tubos de calentamiento si la recuperación se hace con una caldera de recuperación de calor AQC dotada de los tubos con aletas. Además, habitualmente no se proporciona el dispositivo de golpeteo, por lo tanto el rendimiento de transferencia de calor de la caldera de recuperación de calor se degradará continuamente con la adhesión incesante del polvo.
Es decir, diversos tipos de calderas de recuperación de calor en el mercado, incluyendo la caldera PH y la caldera AQC, no pueden recuperar de forma eficaz el calor residual de los gases de escape en los que la temperatura es de 300 °C a 500 °C, la concentración de polvo es de 10 g/Nm3 a 100 g/Nm3 y el polvo tiene una adhesividad alta. En la técnica anterior, no existe ninguna caldera de recuperación de calor que combine la estructura de aletas del tubo de calentamiento con el dispositivo de eliminación de polvo, para recuperar de forma eficaz diversas categorías de gases de escape en los que la temperatura es de 300 °C a 500 °C, la concentración de polvo es de 10 g/Nm3 a 100 g/Nm3 y el polvo tiene una adhesividad alta, al tiempo que el rendimiento de transferencia de calor es alto y el coste es bajo.
La bibliografía de patentes 1 (JP2002-295989A) proporciona una tubería de transferencia de calor con aletas y una estructura de soporte para la misma capaz de evitar la generación de una deformación por fluencia de temperatura alta de las aletas incluso cuando no se quitan las aletas de un soporte. Un accesorio de recepción de tubería de transferencia de calor en forma de arco circular se dispone en el borde inferior de un orificio de paso de una placa de soporte de tubería de transferencia de calor. Tres accesorios de conexión de aleta de tipo placa plana se sueldan, a lo largo de la dirección circunferencial, a las partes de las aletas de la tubería de transferencia de calor con las que entra en contacto deslizante el accesorio de recepción de tubería de transferencia de calor, mediante una parte de soldadura, para hacer unitarias las partes periféricas exteriores de las aletas. Por lo tanto, se mejora la resistencia mecánica cuando se ejerce una fuerza externa.
La bibliografía de patentes 2 (JPS59-41797A) mejora el rendimiento del intercambio de calor, mediante un método en donde se hace que un área de superficie de calentamiento se agrande de tal modo que un tubo de intercambiador de calor serpenteante puede montarse fácilmente en un límite entre unas unidades de bastidor de celosía de soporte contiguas entre sí. Un tubo de intercambiador de calor serpenteante se fabrica conectando entre sí mediante tuberías curvadas, a intervalos regulares, las puntas de cuatro tuberías rectas que se disponen sobre una superficie plana.
La bibliografía de patentes 3 (WO2015/001666A1) proporciona una caldera de recuperación de calor que comprende una caldera acuotubular vertical capaz de usarse en una planta de producción a gran escala que genera un gas de proceso de temperatura alta y de presión alta. Una caldera de recuperación de calor está configurada como una estructura doble que usa: un revestimiento que se extiende en vertical y que tiene una sección transversal circular; y una pared resistente al calor que se extiende en vertical dispuesta dentro del revestimiento. Asimismo, la caldera de recuperación de calor se dota de un conducto de entrada que penetra a través del revestimiento, se conecta a la
pared resistente al calor y suministra un gas de proceso a un espacio rodeado por la pared resistente al calor. Se disponen tubos de transferencia de calor en el espacio rodeado por la pared resistente al calor.
La bibliografía de patentes 4 (US44420800B) proporciona un sistema de caldera totalmente soldado de tambor único para un horno que tiene una cámara de combustión y un paso de convección conectado a la cámara de combustión en un área de transición, comprendiendo el sistema un recalentador en el área de transición, un economizador en el paso de convección y una caldera entre el recalentador y el economizador. El recalentador incluye una pluralidad de tubos que se extienden en vertical dispuestos en filas alineadas, y el sistema incluye unos medios de golpeteo para aplicar impactos a los tubos de recalentador, liberando de ese modo los tubos de depósitos de combustión poco deseables.
Sin embargo, las bibliografías de patentes 1 a 4 no señalan que la vibración del tubo de calentamiento es insuficiente y que el accesorio de montaje para montar el tubo de calentamiento soportará una fuerza de impacto procedente del dispositivo de martilleo, y se debilita la durabilidad de la caldera de recuperación de calor.
Resumen de la invención
La invención reivindicada se expone en las reivindicaciones adjuntas que determinan el alcance de protección. Un problema técnico que ha de ser resuelto por la presente invención es la provisión de una caldera de recuperación de calor, un dispositivo de martilleo de la misma y una estructura de montaje de tubos de calentamiento, que pueda ejercer una función de martilleo suficiente y mejorar el efecto de eliminación de polvo; por otro lado, la fuerza de martilleo provoca un impacto pequeño sobre los accesorios circundantes y la durabilidad del equipo es buena.
0tro problema técnico que ha de ser resuelto por la presente invención es la provisión de una caldera de recuperación de calor, un dispositivo de martilleo de la misma y una estructura de montaje de tubos de conducción de calor, que tengan un rendimiento de transferencia de calor alto y un buen efecto de eliminación de polvo sin aumentar el coste, y que puedan usarse para recuperar diversas categorías de gases de escape.
En conclusión, la caldera de recuperación de calor y el dispositivo de martilleo de la misma y la estructura de montaje de tubos de calentamiento de la presente invención pueden lograr un golpeteo suficiente y mejorar el efecto de eliminación de polvo. La fuerza de martilleo provoca un impacto pequeño sobre los accesorios circundantes y la durabilidad del equipo es buena. Además, puede lograrse un rendimiento de transferencia de calor alto sin aumentar el coste y pueden recuperarse diversas categorías de gases de escape. La caldera de recuperación de calor es capaz de recuperar los gases de escape en diversas industrias y es altamente universal.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 es un diagrama estructural de la Realización 1 de la presente invención;
las figuras 2 a 4 son diagramas estructurales de aletas de un tubo de calentamiento en la Realización 1 de la presente invención;
la figura 5 es una vista de la figura 1 en la dirección A-A;
la figura 6 es un diagrama esquemático de un ejemplo ilustrativo de una estructura de montaje de tubos de calentamiento útil para entender la presente invención (no se ilustran aletas);
la figura 7 es un diagrama esquemático de otro ejemplo ilustrativo de una estructura de montaje de tubos de calentamiento útil para entender la presente invención (no se ilustran aletas);
la figura 8 es un diagrama esquemático de un dispositivo de martilleo en la Realización 1 de la presente invención; la figura 9 es un diagrama de estructura de la Realización 2 de la presente invención (no se ilustran un dispositivo de martilleo, un dispositivo de soplado de hollín, etc.);
la figura 10 es un diagrama de estructura de aletas de un tubo de calentamiento en la Realización 2 de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
A continuación, se describirán con referencia a los dibujos una caldera de recuperación de calor, un dispositivo de martilleo y una estructura de montaje de tubos de calentamiento proporcionados por la presente invención. En los cuales, el dispositivo de martilleo y la estructura de montaje de tubos de calentamiento son componentes de la caldera de recuperación de calor; los ejemplos del dispositivo de martilleo y la estructura de montaje de tubos de calentamiento se incluirán en los ejemplos de la caldera de recuperación de calor y no se describen por separado.
La caldera de recuperación de calor de la presente invención puede usarse para recuperar los gases de escape para las industrias, tal como la producción de negro de carbón, la producción de fibra de vidrio, la producción de acero metalúrgico, la producción de petróleo, la producción de ácidos y álcalis, etc.
Realización 1
La presente invención proporciona una caldera de recuperación de calor, un dispositivo de martilleo de la misma y una estructura de montaje de tubos de calentamiento. El principio inventivo principal de la presente invención es combinar la estructura de aletas del tubo de calentamiento con aletas con el dispositivo de martilleo para tratar el calor residual de temperatura alta y el polvo altamente adhesivo en los gases de escape industriales, recuperando de ese modo de forma eficaz diversas categorías de gases de escape en los que la temperatura es de 300 °C a 500 °C, la concentración de polvo es de 10 g/Nm3 a 100 g/Nm3 y el polvo tiene una adhesividad alta en estado seco. Además, la caldera de recuperación de calor también tiene las características de un rendimiento de transferencia de calor alto, un coste bajo y una limpieza eficaz del polvo adherido.
Como se ilustra en la figura 1, la caldera de recuperación de calor en la realización es una estructura vertical, que comprende una caldera 1, y una entrada 2 de gases de escape y una salida 3 de gases de escape se proporcionan en una porción superior y una porción inferior de la caldera 1, respectivamente.
Como una característica técnica importante de la presente invención, en la caldera 1 se proporciona una pluralidad de tubos 4 de calentamiento con unas aletas 23. Los tubos 4 de calentamiento se disponen en una disposición de tubos horizontal y en retícula, por lo tanto el polvo que podría acumularse entre las aletas 23 puede quitarse por soplado durante el flujo uniforme de los gases de escape desde la parte de arriba a la parte de debajo según es indicado por la flecha, aumentando de ese modo obviamente la cantidad de calor transferida desde los gases de escape al tubo 4 de calentamiento, y mejorando la eficiencia de la totalidad de la caldera para recuperar el calor residual de los gases de escape. Al usar el tubo 4 de calentamiento con las aletas 23, el área de intercambio de calor puede expandirse de forma eficiente y puede aumentarse el rendimiento del intercambio de calor, sin aumentar el coste. Como se ilustra en las figuras 2 a 4, la aleta 23 se proporciona como si fuera perpendicular a una superficie periférica exterior del tubo 4 de calentamiento y se hiciera sobresalir radialmente hacia fuera a lo largo de la superficie periférica exterior. En la periferia de un tubo 4 de calentamiento, se proporciona una pluralidad de aletas 23 en un intervalo a lo largo de una dirección longitudinal, es decir, una dirección axial. En una realización preferida, como se ilustra en la figura 2, la aleta 23 se proporciona sobre la totalidad de la superficie periférica exterior del tubo 4 de calentamiento, es decir, la aleta 23 es una pieza anular cerrada. Debido a que la aleta 23 se enrolla en perpendicular sobre la superficie periférica exterior del tubo 4 de calentamiento, la superficie principal de intercambio de calor de la aleta 23 está en la misma dirección que la gravedad del polvo. Por lo tanto, es difícil que el polvo se acumule entre las aletas 23, y la dirección de flujo de los gases de escape es la misma que la dirección de establecimiento de la aleta 23, lo que conduce a un consumo de energía pequeño. La aleta 23 anular cerrada puede maximizar el área de intercambio de calor, y el área de intercambio de calor puede ajustarse variando el número, el intervalo, la altura y el espesor de las aletas 23 proporcionadas en la dirección longitudinal del tubo 4 de calentamiento. En un ejemplo opcional, como se ilustra en las figuras 3 y 4, la aleta 23 anular cerrada puede sustituirse por dos o más piezas sectoriales discontinuas. Aunque se reduce el área de intercambio de calor para estas aletas 23, la separación 24 entre las piezas sectoriales permite que los gases de escape fluyan a su través, aumentando de ese modo en cierta medida la cantidad de calor transferido desde los gases de escape al tubo 4 de calentamiento.
0tra característica técnica importante de la presente invención es la estructura de montaje de tubos de calentamiento relacionada con el dispositivo de martilleo. Como se ilustra en las figuras 1 y 5, en un ejemplo de la presente invención, dos o más montajes de soporte se disponen en una dirección axial del tubo 4 de calentamiento con un intervalo. Un tubo 4 de calentamiento pasa a través de dos o más porciones de orificios de soporte correspondientes de los dos o más montajes de soporte. Por supuesto, puede proporcionarse un montaje de soporte en una porción central del tubo 4 de calentamiento en la dirección axial, y dos extremos del tubo 4 de calentamiento son soportados de forma móvil por otros soportes. En un ejemplo preferido, el montaje de soporte para soportar el tubo 4 de calentamiento incluye una pluralidad de anillos 5 de soporte correspondientes a cada uno de los tubos 4 de calentamiento y vigas 8 de soporte para fijar estos anillos 5 de soporte. El orificio del anillo 5 de soporte constituye la porción de orificios de soporte. En un caso en donde los tubos 4 de calentamiento están en una disposición de tubos en retícula, los anillos 5 de soporte también están en una disposición de tubos en retícula. Se proporcionan dos o más montajes de soporte en la dirección longitudinal del tubo 4 de calentamiento con un intervalo, y un tubo 4 de calentamiento pasa a través de un anillo 5 de soporte correspondiente de cada montaje de soporte. Por lo tanto, el tubo 4 de calentamiento se conecta al anillo 5 de soporte del montaje de soporte de una forma no fija, y un espacio entre la superficie periférica exterior del tubo 4 de calentamiento y la superficie periférica interior del anillo 5 de soporte permite que el tubo 4 de calentamiento y el anillo 5 de soporte se muevan uno en relación con otro. A través de la estructura de montaje de tubos de calentamiento en la realización, el tubo de conducción de calor 4 se monta de forma móvil y libre. Bajo el efecto de martilleo del dispositivo de martilleo, el tubo 4 de calentamiento y el anillo 5 de soporte pueden moverse uno en relación con otro y puede lograrse una vibración suficiente. Además, la fuerza de impacto de martilleo no supondrá ninguna carga para el montaje de soporte, y se mejora la durabilidad del equipo.
En un ejemplo ilustrativo útil para entender la invención, como se ilustra en la figura 6, el montaje de soporte comprende dos o más placas 51 de soporte proporcionadas en la dirección longitudinal del tubo 4 de calentamiento con un intervalo; cada placa 51 de soporte se dota de un orificio 52 de paso correspondiente a un tubo 4 de calentamiento respectivo; un tubo 4 de calentamiento pasa a través de unos orificios abiertos 52 correspondientes de la pluralidad de placas 51 de soporte; los orificios abiertos 52 constituyen las porciones de orificios de soporte; y la placa 51 de soporte es coherente con la dirección de flujo con los gases de escape, por lo tanto el consumo de energía es pequeño.
Los dos ejemplos anteriores proporcionan las estructuras para montar de forma móvil los tubos 4 de calentamiento con los anillos 5 de soporte y los orificios abiertos 52. Es concebible que, en otro ejemplo ilustrativo útil para entender la invención, como se ilustra en la figura 7, los tubos 4 de calentamiento pueden ser soportados de forma móvil por unos montajes 54 de varillas de metal que tienen unas mallas 53, y las mallas 53 constituyen las porciones de orificios de soporte, con la condición de que el tamaño de la malla 53 sea más grande que el de la superficie periférica exterior del tubo 4 de calentamiento. Por supuesto, el montaje de soporte capaz de soportar de forma móvil el tubo 4 de calentamiento no se limita a las estructuras en los ejemplos anteriores, y puede usarse cualquier estructura que logre un montaje móvil del tubo 4 de calentamiento. En casos extremos, los tubos de calentamiento pueden suspenderse en la caldera usando cadenas de metal. En el presente caso ya no se describen los detalles. El inventor lleva a cabo una prueba en la que gases de escape procedentes de una torre PH de un horno de cemento fluyen en un aparato de prueba asumido como una caldera PH. Los tubos 4 de calentamiento con las aletas 23 tienen un diámetro exterior de 38 mm, una disposición de tubos en retícula horizontal, un intervalo de 90 mm en una dirección perpendicular a la dirección de flujo de los gases de escape, un intervalo de 90 mm en una dirección de flujo de los gases de escape, una altura de la aleta 23 de 21 mm, un espesor de la aleta 23 de 1,2 mm, y se enfrían internamente con agua caliente. En el presente caso no se proporciona ningún dispositivo de extracción de polvo para determinar la condición dinámica de la acumulación de polvo. La situación de pérdida de presión y de acumulación de polvo de los tubos 4 de calentamiento se somete a prueba variando el intervalo de las aletas 23, para determinar el rendimiento de transferencia de calor. El resultado de las pruebas muestra que la situación de acumulación de polvo (evaluada con una relación entre una pérdida de presión en un estado estable y una pérdida de presión en una fase inicial) en el mismo grado que la de la caldera PH existente (los tubos de calentamiento están en una disposición de tubos al tresbolillo perpendicular, en donde el diámetro exterior del tubo desnudo es de 38 mm, el intervalo en la dirección perpendicular de los gases de escape es de 90 mm y el intervalo en la dirección de flujo de los gases de escape es de 78 mm) puede obtenerse estableciendo el intervalo de las aletas 23 para que sea mayor de 15 mm, tal como de 15 mm a 18 mm. También se determina que la cantidad de acumulación de polvo se satura optimizando la disposición de los tubos 4 de calentamiento y el intervalo de las aletas 23, y se logra un funcionamiento estable bajo los gases de escape de una concentración de polvo alta a través de la cooperación con el dispositivo de eliminación de polvo.
En un ejemplo, la caldera de recuperación de calor de la presente invención puede no dotarse de un dispositivo de martilleo, y la extracción de polvo puede hacerse a través de martilleo manual o un dispositivo de martilleo externo adicional. En un ejemplo preferido, la caldera de recuperación de calor de la presente invención se dota de un dispositivo de martilleo. La estructura del dispositivo de martilleo puede ser la de cualquier dispositivo de martilleo en la técnica anterior. Basándose en la estructura de montaje de tubos de calentamiento de la presente invención y en relación con la estructura de montaje de tubos de calentamiento en la técnica anterior, puede lograrse un efecto de martilleo mejorado usando cualquier dispositivo de martilleo existente. En un ejemplo preferido de la presente invención, los tubos 4 de calentamiento se martillean en haces usando un dispositivo de martilleo diseñado especialmente en la presente invención.
En primer lugar, los tubos 4 de calentamiento se dividen en haces, y la forma específica de división en haces es la siguiente. En un caso en donde los tubos 4 de calentamiento están en una disposición de tubos en retícula horizontal, una pluralidad de tubos 4 de calentamiento adyacentes entre sí en un mismo plano vertical constituyen un montaje 9 de transferencia de calor. En ese caso, como se ilustra en la figura 1, la caldera de recuperación de calor incluye una pluralidad de montajes 9 de transferencia de calor paralelos entre sí en la dirección vertical. Además, también puede seleccionarse una pluralidad de tubos 4 de calentamiento adyacentes entre sí en un mismo plano horizontal para constituir un montaje 9 de transferencia de calor. Por supuesto, en un caso en donde los tubos 4 de calentamiento están en una disposición de tubos al tresbolillo, una pluralidad de tubos de calentamiento adyacentes entre sí en un cierto plano inclinado puede constituir un montaje de transferencia de calor y la caldera de recuperación de calor comprende una pluralidad de montajes de transferencia de calor paralelos entre sí en la dirección inclinada.
El dispositivo de martilleo de la presente invención para martillear los tubos de calentamiento en haces se describe de la siguiente forma.
El dispositivo de martilleo de la caldera de recuperación de calor de la presente invención comprende una varilla 6 de martilleo conectada al montaje 9 de transferencia de calor y un montaje 7 de martilleo capaz de golpetear la varilla 6 de martilleo. Cada montaje 9 de transferencia de calor se dota de una varilla 6 de martilleo. El montaje 7 de
martilleo comprende un vástago 10 de martilleo dispuesto en horizontal, un martillo 11 fijado al vástago 10 de martilleo y un motor 12 de accionamiento conectado al vástago 10 de martillo y capaz de controlar el vástago 10 de martillo para una rotación alternativa a una velocidad preestablecida. Cada martillo 11 se dispone en una porción superior o en un lado lateral de la varilla 6 de martilleo. En una estructura de este tipo, cada martillo 11 es correspondiente a una varilla de martillo 6, y una pluralidad de martillos 11 actúan de forma coherente junto con la rotación del vástago 10 de martilleo para lograr un golpeteo y una eliminación de polvo eficaces para cada montaje 9 de transferencia de calor, asegurando de ese modo el procesamiento del polvo de concentración alta, y evitando que el polvo se acumule en los tubos 4 de calentamiento y las aletas 23.
Es concebible que, en un ejemplo, el martillo 11 puede no martillear la varilla 6 de martilleo, al tiempo que es correspondiente al montaje de soporte, es decir, martillea el montaje de soporte tal como la placa 51 de soporte, y también puede lograrse un buen efecto de martilleo. Para la caldera de recuperación de calor que tiene un espacio de diseño limitado, martillear la placa de soporte también proporciona una opción para diseñar el dispositivo de martilleo.
En un ejemplo, esta no se limita a la forma de dividir los tubos 4 de calentamiento en haces basándose en el montaje 9 de transferencia de calor, y la varilla 6 de martilleo puede conectarse a cualquier número de tubos 4 de calentamiento adyacentes o no adyacentes entre sí, simplemente variando la forma específica de la varilla 6 de martilleo. Por ejemplo, como se ilustra en la figura 5, cuatro tubos de calentamiento adyacentes 4 en la parte superior derecha se conectan a una varilla 6 de martilleo rectangular para martillear en haces, lo que se omite en el presente caso.
En comparación con la estructura existente en la que el dispositivo de martilleo de la caldera PH golpetea la totalidad de los haces de tubos, puede obtenerse un efecto de martilleo mejor golpeteando cada haz de tubos, es decir, el montaje 9 de transferencia de calor como se describe en la presente invención. La fuerza de impacto de martilleo provocada por golpeteo en los haces no supondrá ninguna carga para los tubos 4 de calentamiento y los accesorios de montaje, y la durabilidad es mejor.
El inventor lleva a cabo la prueba de durabilidad y la medición de vibraciones usando un dispositivo de martilleo del mismo tamaño que el objeto real. Una prueba de golpeteo de la varilla 6 de martilleo conectada al tubo 4 de calentamiento desde la parte de arriba y una prueba de golpeteo transversal de la varilla 6 de martilleo desde el lado lateral se realizan usando el intervalo de las aletas 23 y la disposición de los tubos 4 de calentamiento usados en la prueba en donde gases de escape procedentes de la torre PH del horno de cemento fluyen en un aparato de prueba asumido como la caldera PH. La varilla 6 de martilleo se golpetea usando tres tipos de martillos (grande, mediano y pequeño) de diferentes fuerzas de martilleo. Como puede determinarse a partir de la medición de vibraciones, cuando se usa el martillo grande se provoca una fuerza de impacto que daña el dispositivo, y se generará una vibración de los tubos de calentamiento más grande que la de la caldera PH existente, sea cual sea el tamaño del martillo. En la prueba de durabilidad, se determina que la durabilidad es de más de un millón de veces de golpes continuos. Además, se determina que al seleccionar un martillo óptimo en la estructura, puede lograrse un efecto de eliminación de polvo mejor y puede realizarse un funcionamiento estable.
Para tratar polvo de una concentración baja y unos tamaños de partícula pequeños, por ejemplo para recuperar gases de escape de un horno eléctrico de fabricación de ferrosilicio con una concentración de polvo de 10 g/Nm3. En un ejemplo preferido de la presente invención, puede proporcionarse un dispositivo de soplado de hollín para eliminar el polvo en sustitución del dispositivo de martilleo cuando sea necesario. El dispositivo de soplado de hollín puede ser cualquier dispositivo de soplado de hollín en la técnica anterior.
En un ejemplo preferido de la presente invención, como se ilustra en las figuras 1 y 5, el dispositivo 13 de soplado de hollín comprende un puesto 14 de aire, una tubería 15 de conexión, una tubería 16 de elemento, un tubo 18 de lanza y un dispositivo 20 de control. La tubería 16 de elemento se dispone en horizontal y se ubica por encima del tubo 4 de calentamiento. El eje de la tubería 16 de elemento forma un ángulo recto con el eje del tubo 4 de calentamiento. La tubería 16 de elemento se conecta al tubo 18 de lanza dispuesto en horizontal. Un extremo del tubo 18 de lanza se conecta a un dispositivo 20 de control capaz de accionar el tubo 18 de lanza para que sobresalga hacia delante o se retraiga hacia atrás. El plano por debajo de cada tubería de elemento 16 se dota de unos orificios 17 de inyección de gas con un intervalo. El ángulo de la tubería 16 de elemento es ajustable.
Un componente 20 de control comprende un motor 21 y un engranaje 22 de acoplamiento conectado al motor 21. Un extremo del tubo 18 de lanza pasa a través de una pared 19 de caldera y se extiende fuera de la pared 19 de caldera. La estructura de ese extremo es una estructura de husillo. El engranaje 22 de acoplamiento se engrana con la estructura de husillo, y el sentido de rotación del engranaje 22 de acoplamiento es diferente del sentido de rotación del motor 21, controlando de ese modo la protrusión y retracción del tubo 18 de lanza. La estructura es simple, el rendimiento es estable y fiable cuando se hace funcionar el tubo 18 de lanza para accionar la tubería 16 de elemento y el fallo no tendrá lugar fácilmente. Cuando es necesario que el dispositivo 13 de soplado de hollín funcione, el tubo 18 de lanza se controla para que sobresalga hacia delante o se retraiga hacia atrás a través del componente 20 de control, accionando el movimiento hacia delante y hacia atrás de la tubería 16 de elemento. Los
orificios 17 de inyección de gas en la tubería 16 de elemento proyectan gas de presión alta desde arriba hacia abajo para limpiar el polvo acumulado sobre el tubo 4 de calentamiento y la aleta 23.
En la presente invención, se proporciona un dispositivo 13 de soplado de hollín móvil por encima del tubo 4 de calentamiento, para soplar polvo hacia abajo desde el espacio entre los tubos 4 de calentamiento. El dispositivo 13 de soplado de hollín de la presente invención no solo tiene una estructura simple, sino que también procesa de forma eficaz el polvo de adhesividad sobre el tubo 4 de calentamiento con las aletas 23 para evitar que el mismo se bloquee, asegurando de ese modo que el tubo de calentamiento tenga un rendimiento de transferencia de calor alto, y mejorando la eficiencia de recuperación de calor de la caldera.
En la presente invención, debido a los trabajos eficaces del dispositivo de martilleo y el dispositivo de soplado de hollín, las aletas 23 pueden proporcionarse sobre el tubo 4 de calentamiento, lo que expande de forma eficaz el área de transferencia de calor, mejora el rendimiento de transferencia de calor y reduce de forma eficiente el coste del tubo de calentamiento y la totalidad de la caldera, sin aumentar el volumen o el número de tubos de calentamiento.
Para recuperar los gases de escape de temperatura alta o ultra alta, en un ejemplo preferido, puede aumentarse adicionalmente el número de montajes 9 de transferencia de calor, es decir, el número de tubos de calentamiento, para expandir el área de transferencia de calor de los tubos de calentamiento en la caldera, y mejorar la eficiencia de recuperación de calor completa de la caldera de recuperación de calor.
Por supuesto, en un ejemplo opcional, puede usarse la estructura de montaje de tubos de calentamiento de la presente invención. Por otro lado, el efecto de martilleo también puede mejorarse golpeteando la totalidad de los haces de todos los tubos de calentamiento de la caldera de recuperación de calor usando el dispositivo de martilleo existente.
La caldera de recuperación de calor de la presente invención supera el prejuicio técnico de que la estructura de aletas del tubo de calentamiento no se combina con el dispositivo de martilleo para tratar el polvo en la técnica anterior. Al diseñar la estructura de aletas y combinar el dispositivo de martilleo con el dispositivo de soplado de hollín, se obtiene una caldera de recuperación de calor con un rendimiento de transferencia de calor alto, un coste bajo y un funcionamiento estable, que puede recuperar el polvo de temperatura alta o ultra alta de diversas concentraciones y una adhesividad alta. Se usan los tubos de calentamiento dispuestos en horizontal con las aletas y estos paralelos entre sí (una disposición de tubos en retícula). En lo que respecta al polvo de una concentración alta y unos tamaños de partícula grandes, los extremos de un cierto número de tubos de calentamiento se conectan de forma fija a través de la varilla de martilleo del dispositivo de martilleo y, a continuación, se golpetea la porción de más arriba o el lado lateral de la varilla de martilleo, de tal modo que la eliminación de polvo por golpeteo para una pluralidad de tubos de calentamiento se logra disponiendo un montaje de martilleo. En lo que respecta al polvo de una concentración baja y unos tamaños de partícula pequeños, tales como los hallados en gases de escape de un horno eléctrico de fabricación de ferrosilicio, se proporciona un dispositivo 13 de soplado de hollín móvil por encima del tubo de calentamiento, para soplar polvo hacia abajo desde el espacio entre los tubos de calentamiento. La caldera de recuperación de calor de la presente invención no solo tiene una estructura simple, sino que también procesa de forma eficaz el polvo de adhesividad sobre el tubo de calentamiento con las aletas para evitar que el mismo se bloquee, asegurando de ese modo que el tubo de calentamiento tenga un rendimiento de transferencia de calor alto, y mejorando la eficiencia de recuperación de calor de la caldera.
Realización 2
Como se ilustra en las figuras 9 y 10, el principio de esta realización es el mismo que el de la Realización 1; la estructura de montaje de tubos de calentamiento, el dispositivo de martilleo y el dispositivo de soplado de hollín tienen las mismas estructuras que las de la Realización 1, y la forma de agrupamiento en haces de los tubos de calentamiento también es la misma que la de la Realización 1, los cuales se omiten en el presente caso. Las diferencias radican en que la caldera de recuperación de calor es horizontal, los tubos 4 de calentamiento están en una disposición de tubos en retícula vertical y la porción de extremo inferior del tubo 4 de calentamiento puede colocarse sobre un cierto soporte 50.
Como se ilustra en las figuras 9 y 10, en esta realización, las porciones izquierda y derecha de la caldera 1 se dotan de una entrada 2 de gases de escape y una salida 3 de gases de escape, respectivamente. El tubo 4 de calentamiento pasa en orden a través de una pluralidad de orificios abiertos 52 (no ilustrados) de la placa 51 de soporte que sirven como las porciones de orificios de soporte dispuestas en dirección hacia arriba y hacia abajo. Las aletas 23 sobre el tubo 4 de calentamiento son perpendiculares a la superficie periférica exterior del tubo 4 de calentamiento y se hacen sobresalir en la dirección axial del tubo de calentamiento. En un ejemplo preferido, las aletas 23 se proporcionan como si fueran sustancialmente coherentes con la dirección de flujo de los gases de escape indicada por la flecha. Es decir, las aletas 23 se proporcionan en dos lados opuestos corriente arriba y corriente abajo del flujo de gases de escape del tubo 4 de calentamiento y no se proporciona ninguna aleta 23 en los dos lados del tubo 4 de calentamiento en perpendicular al flujo de gases de escape, para evitar la pérdida de energía. En un ejemplo preferido, las aletas 23 son discontinuas en la dirección axial, es decir, se proporciona una pluralidad de segmentos de las aletas 23 en la dirección longitudinal del tubo de calentamiento, de tal modo que los
gases de escape pasan a través de la separación 24 entre las aletas 23, aumentando de ese modo la cantidad de transferencia de calor entre los gases de escape y el tubo de calentamiento. Además, la separación 24 entre las aletas 23 puede usarse como un lugar para la cooperación con el montaje de soporte. Por supuesto, también pueden usarse unas aletas continuas 23 en la dirección axial.
En esta realización, aunque los tubos 4 de calentamiento se disponen en vertical, la superficie del tubo 4 de calentamiento y la superficie de la aleta 23 siguen estando en la misma dirección que la gravedad del polvo, y el polvo no se adherirá fácilmente. El dispositivo de martilleo puede golpetear el extremo superior del tubo 4 de calentamiento o el montaje de soporte.
Basándose en esta realización, puede lograrse el mismo efecto que el de la Realización 1 y se omite en el presente caso.
Realización 3
Basándose en las Realizaciones 1 y 2, la caldera de recuperación de calor de esta realización usa la misma estructura de montaje de tubos de calentamiento, dispositivo de golpeteo y dispositivo de soplado de hollín que los de las Realizaciones 1 y 2. Las diferencias radican en que los tubos con aletas en las Realizaciones 1 y 2 se sustituyen por los tubos desnudos. Aunque el rendimiento del intercambio de calor se degrada en cierta medida, esta realización sigue pudiendo lograr un efecto de martilleo excelente. Por lo tanto, la caldera de recuperación de calor PH existente puede mejorarse para recuperar los gases de escape con una temperatura alta de 300 °C a 500 °C, una concentración de polvo de 10 g/Nm3 a 100 g/Nm3 y una adhesividad alta.
Realización 4
Basándose en las Realizaciones 1 y 2, la caldera de recuperación de calor de esta realización usa la misma estructura de montaje de tubos de calentamiento que la de las Realizaciones 1 y 2. La diferencia radica en que los tubos de calentamiento con aletas en las Realizaciones 1 y 2 se sustituyen por los tubos de calentamiento con aletas espirales en la técnica anterior, es decir, la caldera de recuperación de calor AQC con los tubos de calentamiento con aletas espirales se mejora con la estructura de montaje de tubos de calentamiento de la presente invención. Basándose en la estructura de montaje de tubos de calentamiento de la presente invención, puede lograrse un efecto de martilleo excelente. En combinación con el dispositivo de martilleo y el dispositivo de soplado de hollín, también pueden recuperarse de forma eficaz los gases de escape con una temperatura alta de 300 °C a 500 °C, una concentración de polvo de 10 g/Nm3 a 100 g/Nm3 y una adhesividad alta.
En lo que respecta a la caldera de recuperación de calor AQC existente, debido a que habitualmente la misma no incluye el dispositivo de martilleo, en un ejemplo, solo la estructura de montaje de tubos de calentamiento de la caldera de recuperación de calor AQC se sustituye por la estructura de montaje de la presente invención, y se proporciona adicionalmente un dispositivo de martilleo.
Otra modificación
Las aletas 23 proporcionadas en perpendicular sobre la superficie periférica exterior del tubo 4 de calentamiento y que se hacen sobresalir a lo largo de la superficie periférica exterior, como se ilustra en las figuras 2 a 4 en la Realización 1, también pueden aplicarse a los tubos de calentamiento dispuestos en vertical. Las aletas 23 proporcionadas en perpendicular sobre la superficie periférica exterior del tubo 4 de calentamiento y que se hacen sobresalir a lo largo de la dirección axial del tubo 4 de calentamiento, como se ilustra en las figuras 9 a 10, también pueden aplicarse a los tubos de calentamiento dispuestos en horizontal. Las aletas espirales pueden aplicarse a los tubos de calentamiento dispuestos en vertical o en horizontal.
Las descripciones anteriores son simplemente realizaciones específicas de la presente invención, y el rango de implementación de la presente invención no puede definirse en las mismas.
Claims (8)
1. Una caldera de recuperación de calor, que comprende una caldera (1) y unos tubos (4) de calentamiento proporcionados en la caldera (1), estando la caldera (1) dotada de una entrada (2) de gases de escape y una salida (3) de gases de escape, los tubos (4) de calentamiento están soportados por un montaje de soporte de una forma en la que los tubos (4) pueden moverse en relación con el montaje de soporte, pasando los tubos (4) de calentamiento a través de unas porciones de orificios de soporte del montaje de soporte,
caracterizada por que:
el montaje de soporte comprende una pluralidad de anillos (5) de soporte correspondientes a cada uno de los tubos (4) de calentamiento y vigas (8) de soporte para fijar los anillos (5) de soporte, constituyendo unos orificios de los anillos (5) de soporte la porción de orificios de soporte, y
una separación entre una superficie periférica exterior de cada uno de los tubos (4) de calentamiento y una superficie periférica interior del anillo (5) de soporte correspondiente está configurada para permitir que el tubo de calentamiento y el anillo de soporte se muevan uno en relación con otro para hacer vibrar completamente los tubos (4) de calentamiento y reducir el impacto sobre los accesorios circundantes.
2. La caldera de recuperación de calor según la reivindicación 1, caracterizada por que: dos o más montajes de soporte se disponen en una dirección axial de cada uno de los tubos (4) de calentamiento con un intervalo, y uno de los tubos (4) de calentamiento pasa a través de dos o más porciones de orificios de soporte correspondientes proporcionadas sobre los dos o más montajes de soporte, respectivamente.
3. La caldera de recuperación de calor según la reivindicación 1 o 2, una superficie de los tubos (4) de calentamiento se dota de unas aletas (23).
4. La caldera de recuperación de calor según la reivindicación 3, caracterizada por que: los tubos (4) de calentamiento se disponen en horizontal, las aletas (23) se proporcionan en perpendicular sobre una superficie periférica exterior de los tubos (4) de calentamiento y se hacen sobresalir radialmente hacia fuera a lo largo de la totalidad de la superficie periférica de la superficie periférica exterior, y
i) se proporciona una pluralidad de aletas (23) en una dirección axial de los tubos (4) de calentamiento; o
ii) las aletas son aletas espirales.
5. La caldera de recuperación de calor según la reivindicación 3, caracterizada por que: los tubos (4) de calentamiento se disponen en vertical, las aletas (23) se proporcionan en perpendicular sobre una superficie periférica exterior de los tubos (4) de calentamiento y se hacen sobresalir en una dirección axial del tubo (4) de calentamiento, y
i) las aletas (23) son discontinuas en la dirección axial; o
ii) las aletas son aletas espirales.
6. La caldera de recuperación de calor según la reivindicación 4 o 5, caracterizada por que: los tubos (4) de calentamiento están en una disposición de tubos en retícula;
i)una pluralidad de tubos (4) de calentamiento adyacentes entre sí en un mismo plano horizontal constituyen un montaje (9) de transferencia de calor, la caldera de recuperación de calor comprende una pluralidad de montajes (9) de transferencia de calor dispuestos en paralelo en relación con una dirección horizontal; o ii) una pluralidad de tubos (4) de calentamiento adyacentes entre sí en un mismo plano vertical constituyen un montaje (9) de transferencia de calor, la caldera de recuperación de calor comprende una pluralidad de montajes (9) de transferencia de calor dispuestos en paralelo en relación con una dirección vertical; y
la caldera de recuperación de calor comprende una pluralidad de dispositivos de martilleo, cada uno de los dispositivos de martilleo está configurado para golpetear uno de los montajes (9) de transferencia de calor.
7. La caldera de recuperación de calor según la reivindicación 6, caracterizada por que: cada dispositivo (7) de martilleo comprende una varilla (6) de martilleo conectada a cada uno de los montajes (9) de transferencia de calor y un montaje (7) de martilleo para golpetear la varilla (6) de martilleo; el montaje (7) de martilleo comprende un vástago (10) de martilleo, un martillo (11) fijado al vástago (10) de martilleo y un motor (12) de accionamiento conectado al vástago (10) de martilleo para controlar el vástago (10) de martilleo para una rotación alternativa.
8. La caldera de recuperación de calor según la reivindicación 7, caracterizada por que: el martillo (11) está configurado para golpetear una porción de extremo o un lado lateral de la varilla (6) de martilleo.
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