ITMI961114A1 - Procedimento di ricircolo di ceneri prodotte da caldaie per la produzione di vapore - Google Patents

Description

Titolo: "PROCEDIMENTO DI RICIRCOLO DI CENERI PRODOTTE DA CALDAIE PER LA PRODUZIONE DI VAPORE".

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per il trattamento di ceneri prodotte da caldaie per la produzione di vapore. Più in particolare la presente invenzione riguarda un procedimento di ricircolo delle ceneri in camera di combustione preferibilmente utilizzando un sistema di estrazione a secco delle ceneri.

E' noto che in impianti per la produzione di vapore utilizzanti combustibili solidi quale ad esempio carbone, xilite, coke di petrolio e antracite, si generano ceneri quali prodotti di combustione. In particolare con i combustibili solidi di cui sopra che, come è noto sono difficili da portare a combustione completa, si generano ceneri che contengono una elevata percentuale di incombusti e possono avere una pezzatura anche rilevante.

Il procedimento secondo l'invenzione permette di aumentare in maniera sensibile il rendimento di una caldaia a polverino di carbone od altro combustibile solido allorché le ceneri pesanti che si generano hanno un alto tenore di incombusti.

Il procedimento comprende una serie di operazioni, nel seguito descritte in dettaglio, che permettono di far ricircolare le ceneri pesanti prodotte durante il processo di combustione ai sili del combustibile per una loro reintroduzione in caldaia.

Con tale processo si ottengono i seguenti benefici principali:

- si reintroducono in camera di combustione le ceneri pesanti polverizzate ricche di incombusti con conseguente utilizzo di una rilevante frazione del materiale combustibile ivi contenuto; e - si elimina uno dei prodotti di risulta della caldaia (ceneri pesanti) in quanto tutte le ceneri lasciano la camera di combustione come ceneri leggere, con conseguente semplificazione della loro gestione e risparmio di costi

Il secondo beneficio rende conveniente l'utilizzo del procedimento considerato anche in casi in cui il tenore di incombusti nella cenere pesante non sia particolarmente elevato, ampliando pertanto la gamma di possibili applicazioni.

Nel caso in cui la produzione di cenere pesante sia trascurabile rispetto a quella della cenere leggera (la recente tendenza ad una o più spinta polverizzazione del combustibile per bilanciare gli effetti dovuti alla introduzione dei cosiddetti Nox ports è verso questa situazione), allora potrebbe essere conveniente semplificare la gestione delle ceneri riportando in caldaia le ceneri pesanti, in considerazione del trascurabile impatto che il ricircolo di ceneri pesanti avrebbe sulle condizioni operative della camera di combustione e delle apparecchiature a valle.

Un altro caso di convenienza si può' verificare allorché vi sia una differenza tra i valori commerciali delle ceneri leggere e pesanti: se detta differenza è sensibile a favore delle ceneri leggere, può' essere conveniente trasformare le ceneri pesanti in leggere facendole ricircolare in camera di combustione.

I vantaggi di cui sopra, oltre ad altri, vengono brillantemente ottenuti mediante un procedimento avente le particolarità e comprendente le fasi indicate nella parte caratterizzante della rivendicazione indipendente 1. Ulteriori caratteristiche vantaggiose di detto procedimento sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche, gli scopi ed i vantaggi della presente invenzione diverranno comunque sicuramente più chiari dalla descrizione dettagliata che segue e dai disegni allegati relativi ad alcune forme di realizzazione, date a titolo non limitativo, degli impianti con i quali può' essere realizzato il procedimento secondo l'invenzione.

Nelle varie figure dei disegni:

la Figura 1 raffigura in modo schematico una prima forma di realizzazione di impianto che permette di eseguire il procedimento secondo l'invenzione;

la Figura 2 raffigura in modo schematico una seconda forma di realizzazione di impianto che permette di eseguire il procedimento secondo l'invenzione;

la Figura 3 raffigura in modo schematico una terza forma di realizzazione di impianto che permette di eseguire il procedimento secondo l'invenzione; e

la Figura 4 raffigura in modo schematico una quarta forma di realizzazione di impianto che permette di eseguire il procedimento secondo l'invenzione.

II procedimento secondo l'invenzione, come anticipato nella parte introduttiva della presente descrizione, si applica a caldaie per la produzione di vapore.

Nel seguito della presente descrizione particolari e macchinari ritenuti noti per un tecnico del ramo non verranno descritti in modo particolareggiato. Inoltre, per una migliore comprensione dell'invenzione si può' fare riferimento ai brevetti europei EP0252967 ed EP0471055 a nome Mario Magaldi.

Il procedimento secondo l'invenzione comprende le seguenti operazioni o fasi principali: a) estrazione a secco delle ceneri dal fondo della camera di combustione e relativo eventuale raffreddamento fino a temperature compatibili con le caratteristiche dei machinari necessari e utilizzati per le operazioni successive;

b) frantumazione delle ceneri fino ad una pezzatura compatibile con le caratteristiche del sistema di trasporto utilizzato per il ricircolo delle ceneri ovvero con le caratteristiche del sistema di macinazione del combustibile, a seconda di quale delle due condizioni risulti vincolante; e c) trasporto delle ceneri dallo scarico del sistema di frantumazione fino ai sili di alimentazione del combustibile per una loro reimmissione in caldaia.

Per ognuna delle operazioni di cui sopra potranno naturalmente essere utilizzate, a seconda delle caratteristiche dell'impianto, le apparecchiature e i sistemi di cui nel seguito. Per la fase di estrazione a secco delle ceneri dal fondo della camera di combustione e il relativo raffreddamento potrà essere convenientemente usato il sistema utilizzante un nastro trasportatore metallico di cui al brevetto EP 0 252 967 ( e comunemente noto come sistema MAC) ovvero ancora altri sistemi di estrazione a secco in uso. Per la scelta della configurazione del sistema, in aggiunta alle normali valutazioni (quali la disponibilità di spazio, il costo del sistema, l'affidabilità del sistema stesso, etc), dovrà essere tenuta in considerazione la temperatura delle ceneri allo scarico dell'estrattore in relazione alla temperatura che i sistemi a valle (sistema di frantumazione e sistema di trasporto) sono in grado di accettare.

L'estrazione a secco presenta, per il processo considerato, il grande vantaggio, rispetto ai sistemi ad umido, di permettere il ricircolo immediato delle ceneri pesanti estratte verso i sili di combustibile, senza dover ricorrere a processi di estrazione dell'acqua o di ricollocamento del materiale nel parco per essiccarlo all'aria. In aggiunta, il contenuto d'acqua che la cenere umida presenta costituisce comunque una perdita energetica a causa del calore che verrà sottratto per l'evaporazione dell'acqua stessa.

Se questi inconvenienti intrinseci dei sistemi ad umido avevano reso impraticabile l'idea del ricircolo delle ceneri ricche di incombusti alla camera di combustione, l'utilizzo dei sistemi a secco oggi disponibile ne permette pertanto la realizzazione pratica.

Per quanto riguarda la frantumazione delle ceneri pesanti, questa fase si rende necessaria principalmente al fine di ridurre la pezzatura della cenere a dimensioni compatibili con i requisiti del sistema di trasporto che verrà utilizzato per il ricircolo delle ceneri ed, in ogni modo, con i requisiti del sistema di macinazione del combustibile solido.

Potrà essere utilizzata al riguardo una sola fase di frantumazione (per il quale scopo potrà essere usato, tra gli altri, un frantoio a singolo o a doppio rullo) ovvero, ove la dimensione richiesta in uscita lo esiga (come potrebbe verificarsi nel caso in cui il sistema di trasporto delle ceneri ai sili fosse di tipo pneumatico), una doppia fase di frantumazione al fine di ridurre ulteriormente la loro pezzatura.

Per quanto infine riguarda la fase di trasporto delle ceneri dallo scarico del sistema di frantumazione fino ai sili di alimentazione del combustibile, si precisa che il ricircolo delle ceneri in camera di combustione è opportuno che avvenga nel rispetto del criterio appresso indicato, e cioè che la reintroduzione in caldaia avvenga tramite i mulini di polverizzazione del combustibile solido. E' infatti necessario procedere ad una polverizzazione della cenere ricircolata se si vuole evitare un progressivo aumento della quantità di materiale in ricircolo: la polverizzazione provederà ad operare la normale ripartizione tra cenere leggera e cenere pesante.

La necessità di far passare il ricircolo attraverso i mulini del combustibile rende opportuna anche una omogenea distribuzione del materiale fatto ricircolare nel combustibile fresco allo scopo di evitare sacche di combustibile di differenti caratteristiche.

Nel rispetto dei suddetti criteri, il punto di reintroduzione delle ceneri nel ciclo del combustibile potrà essere scelto nella maniera più opportuna caso per caso, in funzione della configurazione del sistema di alimentazione del combustibile fresco.

Una possibile modalità che rispetta i suddetti criteri è quella di miscelare la cenere di ricircolo al combustibile fresco sui nastri di alimentazione ai sili del combustibile stesso. Questo sistema da una parte permette di ottenere in maniera semplice una omogenea distribuzione della cenere sul combustibile, dall'altra richiede di considerare con una certa attenzione sia la possibilità di formazione di polvere nel momento dello scarico della cenere secca e polverosa sul combustibile fresco sia la possibilità che il sistema di alimentazione del combustibile fresco ai sili non sia sempre in funzione. Per far fronte al primo problema (formazione di polvere), sarà opportuno l'utilizzo di un umidificatore della cenere a monte del punto di scarico, che impedirà la formazione di polvere con l'aggiunta di un limitato quantitativo di acqua. I secondo problema verrà invece risolto inserendo, nel punto più opportuno, un serbatoio polmone in grado di far fronte alla massima durata della fermata del sistema di alimentazione del combustibile fresco.

Definito, ad ogni modo, il miglior punto di reintroduzione della cenere nel ciclo del combustibile fresco in accordo ai criteri indicati, il trasporto dal punto di scarico del sistema di frantumazione al suddetto punto può' avvenire tramite un sistema meccanico ovvero tramite un sistema di trasporto pneumatico.

Una variante all'invenzione può' essere costituita da un procedimento in cui la frantumazione sia talmente spinta (polverizzazione) da poter evitare la polverizzazione tramite i mulini del combustibile fresco (soluzione che potrebbe risultare interessante ad esempio nel caso in cui i mulini costituiscano il collo di bottiglia nella produzione di energia). In questo caso la cenere polverizzata potrebbe, tramite un sistema di trasporto pneumatico, essere inviata direttamente ai condotti di alimentazione della miscela (aria primaria e polverino del combustibile) a monte dei bruciatori.

Come potrà valutare un tecnico del ramo, nella progettazione del processo considerato, un'estrema attenzione andrà posta nel caso si interponga tra due componenti del processo un volume o polmone di stoccaggio temporaneo, (come potrebbe essere opportuno fare allo scopo di smorzare eventuali punte di carico ovvero utilizzare in materia non continua il sistema di trasporto a valle allo scopo di limitame l'usura), alla progettazione del serbatoio atto allo scopo. Questo a causa del pericolo intrinseco (dato il possibile contenuto di incombusti nelle ceneri) di innesco di un fenomeno di autocombustione che, per quanto non violento data la mancanza di sostanze volatili nelle ceneri, costituisce pur sempre un pericolo da evitare. Pertanto tali polmoni di stoccaggio temporaneo saranno preferibilmente assenti, oppure, nel caso in cui il progetto ne consigliasse comunque l'utilizzo, dovranno essere dotati di un opportuno sistema di mertizzazione o progettati in maniera tale da impedire il verificarsi del fenomeno di cui sopra a meno che il tempo di permanenza del materiale non sia talmente breve da rendere impossibile un innesco sensibile del fenomeno di autocombustione.

Un altro accorgimento di non secondaria importanza e possibile secondo l'invenzione è costituito dalla opportunità di dotare il sistema di una via alternativa, eventualmente da utilizzare anche quale sistema di trasporto di ridondanza, per lo scarico del materiale dal circuito di ricircolo. Per quanto l'esperienza accumulata insegni che il materiale inerte ricircolato si comporta come il materiale inerte fresco (dal punto di vista della sua ripartizione tra cenere pesante e leggera) è sempre opportuno dotarsi di un sistema di spurgo del materiale ove si avesse una tendenza ad un progressivo aumento della quantità in ricircolo.

Detta via alternativa potrà anche essere un semplice punto di scarico del materiale, nei quale caso la sua collocazione andrà posta, compatibilmente con altre esigenze, il più a monte possibile nella sequenza dei componenti del sistema onde utilizzarlo anche quale punto di scarico in caso di emergenza.

Il processo di ricircolo delle ceneri in camera di combustione comprende pertanto le tre operazioni descritte, scelte nel rispetto dei requisiti e degli accorgimenti esposti, in maniera tale da interfacciarsi fisicamente e funzionalmente l'una con l'altra.

A titolo esemplifiicativo e non limitativo, si forniscono nelle figure dei disegni alcune delle possibili configurazioni di impianti utilizzabili per realizzare il procedimento dell'invenzione.

Ogni impianto nel suo complesso verrà indicato, rispettivamente, con il numero di riferimento 100, 200, 300, 400 a seconda della particolare forma di realizzazione; parti analoghe od equivalenti verranno inoltre indicate con i medesimi numeri di riferimento.

Nella Figura 1 è mostrato un impianto 100 che utilizza un estrattore a nastro 18, un frantumatore 20 in grado di ridurre la pezzatura delle ceneri a dimensioni compatibili con le esigenze sia del sistema di trasporto successivo sia del sistema di polverizzazione del combustibile solido ed un sistema di trasporto meccanico consistente in questo caso in un elevatore a tazze 24 ed in un umidificatore della cenere 28, quest'ultimo inserito al solo scopo di evitare formazione di polvere allo scarico 26 dell'estrattore stesso. L'umidificatore scarica la cenere direttamente sui nastri 30, 32 di alimentazione del combustibile fresco per una buona miscelazione tra combustibile fresco e ceneri ricircolate. Da questo punto la miscela di ceneri e combustìbile fresco segue la via normale di alimentazione alla camera di combustione venendo prima scaricata nei vari sili 34.

Per completezza, con 12 viene indicata una caldaia dotata di apposita tenuta (idraulica o meccanica), con 14 una tramoggia di transizione, con 16 una serie di valvole di fondo, con 22 una valvola separatrice tra il frantumatore e l'elevatore a tazze e con 22A uno scarico di emergenza della valvola 22.

Nella Figura 2 è mostrato un impianto 200 simile al precedente, ma con la variante di avere un serbatoio polmone 36 per l'accumulo temporaneo della cenere poiché il sistema di alimentazione del combustibile fresco non è operante con continuità; questo serbatoio polmone 36 è dotato di opportuno sistema 38 di inertizzazione onde eliminare il potenziale pericolo di incendio o autocombustione.

In questa variante lo scarico di emergenza viene indicato con 36 A poiché ricavato nel polmone. Tra il polmone 36 e l'elemento elevatore a tazze in questo caso è interposto un estrattore di polmone 22.

Nella Figura 3 è mostrato un impianto 300 che utilizza, per il ricircolo delle ceneri ai sili 34, un trasporto pneumatico 44; il sistema utilizza ancora un estrattore a nastro 18 sotto la camera di combustione 12 ed un successivo frantoio 20 per la riduzione della pezzatura delle ceneri; un serbatoio polmone 36 di opportuna capacità provvede ad un accumulo temporaneo per fornire una possibilità di funzionamento interroto del trasporto pneumatico, il quale funzionerà in maniera discontinua. Un ulteriore frantumatore 20A funge da alimentatore/dosatore del traporto pneumatico; questo frantumatore è opportuno nel caso in cui una ulteriore riduzione delle pezzature sia richiesta a seguito delle caratteristiche del trasporto pneumatico (in grado di trasportare grani di dimensione non eccessiva) ovvero nel caso in cui si consideri possibile una riaggregazione delle ceneri nel serbatoio polmone 36, riaggregazione che provocherebbe inevitabilmente l'intasamento del sistema di trasporto pneumatico.

Il trasporto pneumatico (nel caso specifico del tipo in depressione) provvede al trasporto delle ceneri verso un separatore dotato di filtro 42, successivo, per la depolverizzazione dell'aria di trasporto; le ceneri cadono sul fondo del separatore, da cui vengono estratte (al termine dell'operazione di trasporto pneumatico)dall'umidificatore stesso, che ha pertanto nel caso specifico una doppia funzione.

L'umidificatore 28 scaricherà le ceneri umide sul nastro di alimentazione del carbone ai sili.

Infine nella Figura 4 è mostrato un impianto 400 di ricircolo applicato al caso in cui le ceneri secche vengano raccolte in una tramoggia 14 sotto la camera di combustione e da questa evacuate in maniera discontinua ed utilizzante un sistema di trasporto pneumatico 44 in depressione. La tramoggia viene evacuata secondo un ciclo predeterminato, mettendo in funzione il sistema di frantumazione (in generale costituito da un opportuno numero di frantoi 20 in parallelo) e l'esaustore 40 del trasporto pneumatico, da questo punto in poi il sistema è identico a quello descritto nella figura precedente dove si è indicato con 22 una serie di valvole di ingresso ceneri.

Sarà ora evidente che il processo secondo la presente invenzione ottiene brillantemente gli scopi di cui sopra e migliora in modo sensibile il rendimento di una caldaia a combustibile solido facendo ricircolare le ceneri che si generano. Si ottengono inoltre prodotti di combustione più facilmente trattabili e utilizzabili.

E' evidente che alle forme di realizzazione descritte ed illustrate in precedenza potranno essere apportate numerose modifiche, integrazioni, varianti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti senza peraltro fuoriuscire dall'ambito di protezione definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento di ceneri prodotte da caldaie per la produzione di energia detto procedimento comprendendo almeno le fasi di: a) estrarre dette ceneri dal fondo di una camera di combustione; b) trasportare dette ceneri estratte ad una stazione di mescolamento con combustibile fresco; c) stivare detta miscela di ceneri e combustibile fresco in uno o più silos; e d) introdurre tale miscela di ceneri e combustibile fresco in camera di combustione.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione I, caratterizzato dal fatto che esso comprende inoltre una o più fasi di frantumazione delle ceneri di pezzatura eccessiva.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che esso comprende inoltre una o più fasi di raffreddamento delle ceneri fino ad una temperatura compatibile con le caratteristiche dei macchinari utilizzati per le operazioni successive.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la fase di estrazione delle ceneri viene eseguita a secco per mezzo di un sistema a nastro trasportatore metallico, le ceneri venendo inoltre eventualmente raffreddate durante il trasporto.
5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la fase di reintroduzione in caldaia avviene tramite opportuni mulini di combustibile solido per effettuare così la normale ripartizione tra cenere leggera e cenere pesante.
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette ceneri vengono miscelate al combustibile fresco su opportuni nastri di alimentazione ai sili del combustibile.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che, a monte dello scarico delle ceneri sui detti nastri di alimentazione sono previsti opportuni mezzi umidificatori delle ceneri al fine di impedire la formazione di polveri.
8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che lungo il percorso di trasporto di dette ceneri è previsto almeno un serbatoio polmone per lo stoccaggio temporaneo delle ceneri
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto almeno un serbatoio polmone di stoccaggio è dotato di opportuni sistemi di inertizzazione delle ceneri per prevenire l'autocombustione e l'eventuale riaggregazione delle stesse.
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detto almeno un serbatoio polmone di stoccaggio è dotato di opportuni mezzi di scarico ceneri di emergenza.
11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno parte del trasporto di dette ceneri avviene pneumaticamente in depressione.
12. 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno parte del trasporto di dette ceneri avviene meccanicamente, tramite un opportuno sistema elevatore a tazze.
13. 13. Impianto per il trattamento di ceneri prodotte in una caldaia a combustibile solido per la produzione di energia, caratterizzato dal comprendere: primi mezzi di nastro trasportatore, mezzi frantumatori, mezzi di valvola, mezzi di sollevamento meccanico, mezzi di umidificazione, mezzi di mescolamento con combustibile fresco, secondi mezzi di nastro trasportatore e mezzi di contenimento della detta miscela di combustibile fresco e ceneri prima della relativa reintroduzione in caldaia.
14. 14. Impianto per il trattamento di ceneri prodotte in una caldaia a combustibile solido per la produzione di energia, caratterizzato dal comprendere: primi mezzi di nastro trasportatore, mezzi frantumatori, mezzi di serbatoio di stoccaggio muniti di opportuno sistema di inertizzazione e di scarico polveri di emergenza, mezzi di sollevamento meccanico, mezzi di umidificazione, mezzi di mescolamento con combustibile fresco, secondi mezzi di nastro trasportatore e mezzi di contenimento di detta miscela di combustibile fresco e ceneri prima della relativa reintroduzione in caldaia.
15. 15. Impianto per il trattamento di ceneri prodotte in una caldaia a combustibile solido per la produzione di energia, caratterizzato dal comprendere: primi mezzi di nastro trasportatore, primi mezzi frantumatori, mezzi di serbatoio di stoccaggio, secondi mezzi frantumatori, mezzi di valvola, mezzi pneumatici di trasporto ceneri, mezzi esaustori, mezzi mescolatori, mezzi umidificatori, secondi mezzi di nastro trasportatore e mezzi di contenimento di detta miscela di combustibile fresco e ceneri prima della relativa reintroduzione in caldaia.
16. 16. Impianto per il trattamento di ceneri prodotte in una caldaia a combustibile solido per la produzione di energia, caratterizzato dal comprendere: mezzi di valvole, mezzi pneumatici di trasporto ceneri, mezzi esaustoli, mezzi mescolatori, mezzi umidificatori, mezzi di nastro trasportatore e mezzi di contenimento di detta miscela di combustibile fresco e ceneri prima della relativa reintroduzione in caldaia.