MX2014009253A - Banco de economizadores de paso dividido con calefaccion de aire de serpentin de agua y derivacion de agua de alimentacion. - Google Patents

Abstract

Un aparato para utilizar un calentador de aire de serpentín de agua con un banco de un solo economizador. Una disposición de economizadores de caldera incluye un banco de economizador que tiene porciones de economizador de banco de paso caliente y de banco de paso frío separadas en disposición paralela, cada una orientada al mismo flujo de gas de combustión caliente. El agua de alimentación ingresa al economizador de banco de paso frío donde se calienta por el gas de combustión caliente, y después fluye hacia un calentador de aire de serpentín de agua lejos del gas de combustión caliente. El agua de alimentación disipa la energía calorífica en el calentador de aire de serpentín de agua que puede utilizarse para calentar el aire acumulado para combustión. El agua de alimentación continúa en la porción del economizador del banco de paso caliente de la disposición de economizadores donde absorbe calor adicional del gas de combustión. El agua de alimentación calentada fluye fuera de la disposición de economizadores y puede someterse a calentamiento adicional por una caldera u otro intercambiador de calor.

Description

BANCO DE ECONOMIZADORES DE PASO DIVIDIDO CON CALEFACCIÓN DE AIRE DE SERPERTÍN DE AGUA Y DERIVACIÓN DE AGÜA DE ALIMENTACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente con economizadores de caldera para maximizar la transferencia de calor de productos calientes de combustión a agua, y en particular con disposiciones de banco economizador en donde bancos calientes y bancos fríos se disponen uno cerca del otro de manera que el calentador de aire de serpentín de agua (CAH) pueda utilizarse sin requerir múltiples bancos en serie en relación al flujo de gas.

Los economizadores y calentadores de aire realizan las funciones clave en la generación de energía al aumentar la eficiencia térmica de la caldera en general al recuperar la energía del gas de combustión antes de que escape a la atmósfera. Típicamente por cada 22C (40F) que el gas de combustión se enfría por un economizador algunas veces junto con un calentador de aire -la eficiencia de la caldera en general puede aumentar alrededor de 1%. Los economizadores típicamente recuperan energía al utilizar el calor del gas de combustión parcialmente enfriado para precalentar el agua de alimentación antes de que el agua de alimentación continúe hacia la caldera para el calentamiento adicional. El agua calentada en un economizador también puede, opcionalmente, enrutarse a través de un calentador de aire.

Los calentadores de aire precalientan el aire de combustión para mejorar la combustión de muchos combustibles. Por ejemplo, suministrar aire precalentado es critico para encender carbón pulverizado. Esto contribuye a secar el carbón y promover la ignición estable. Recielar el calor en un horno mediante un calentador de aire es otra forma de aumentar la eficiencia de la caldera al reducir la cantidad de energía de calor ventilada hacia la atmósfera.

En comparación con paredes de agua de horno, supercalentadores y recalentadores, los economizadores y calentadores de aire normalmente requieren una gran cantidad de superficie de transferencia de calor por unidad de calor transferido. Esto es debido a la diferencia relativamente pequeña entre la temperatura del gas de combustión (ya significativamente enfriado) y la temperatura del agua de alimentación y/o el aire de combustión, la cual recibe el calor. Normalmente, el gas de combustión calentado desde la fuente de calor, tal como un horno, primero pasa a través de supercalentadores y/u otros dispositivos de transferencia de calor antes de alcanzar un economizador. Al momento de que el gas de combustión alcance el economizador, éste ya pasó mucho de su energía de calor pico original a otros dispositivos de transferencia de calor, de manera que la temperatura se vuelve más baja. El propósito del economizador es recolectar y recuperar el exceso de calor que permanece.

Los economizadores son principalmente superficies de transferencia de calor utilizadas para precalentar agua de alimentación de la caldera antes de que entre, por ejemplo, en un tambor o una superficie de horno, dependiendo del diseño de la caldera. Los economizadores típicamente incluyen un número de tubos. Los tubos pueden tener aletas u otras estructuras para aumentar su absorción de calor del gas que pasa hacia los tubos. El término "economizador" viene del uso previo de tales intercambiadores de calor para reducir los costos operativos o economizar el uso de combustible al recuperar la energía extra del gas de combustión. Los economizadores también reducen el potencial de choque térmico, fluctuaciones de nivel de tambor, y fluctuaciones de temperatura del agua que entra en los tambores de la caldera o las paredes de agua.

Los economizadores pueden utilizarse en una variedad de aplicaciones, que incluyen diversos tipos de plantas de energía y calderas, que incluyen calderas de recuperación de proceso utilizadas en la industria de fabricación de pulpa papelera. La práctica estándar ha sido disponer superficies de economizador de flujo a través de todo el ancho de la caldera u otros espacios en donde se enruta el gas calentado.

Para mejora adicional de la eficiencia (al aumentar los diferenciales de la temperatura del agua con el gas de combustión), el calor puede removerse del agua de alimentación del economizador mediante la adición de un WCAH en la trayectoria de flujo de agua de alimentación entre los bancos de economizador frió y caliente separados. El WCAH mejora el desempeño del economizador al remover y recielar parte del calor del agua circulante dentro del proceso del economizador, por lo que aumenta el diferencial de temperatura del agua a gas cuando el agua entra en un banco economizador sucesivo (más caliente). Este diferencial de temperatura aumentado aumenta la absorción de calor total al hacer circular agua, y esa absorción de calor aumentada aumenta la eficiencia de la caldera más que la eficiencia de un economizador sin una unidad de WCAH. Véase la Figura 1, la cual muestra una disposición de la téenica anterior típica de un economizador 22 de banco frío, un WCAH 30, y un economizador 24 de banco caliente. En esta disposición, el agua de alimentación entra en un economizador 22 de banco frío en una entrada 40 de agua de alimentación. Mientras pasa a través del economizador 22 de banco frío, el agua de alimentación absorbe la energía de calor del flujo 4 de gas de combustión cuando el gas de combustión fluye a través del economizador 22 de banco frío. El agua de alimentación subsiguientemente fluye a través de un WCAH 30, en donde una porción de la energía de calor absorbida desde el economizador de banco frío se rechaza hacia una corriente de aire. El agua de alimentación enfriada absorbe subsiguientemente energía de calor adicional del flujo 4 de gas de combustión cuando el gas de combustión fluye a través del economizador 24 de banco caliente. El aire calentado por el WCAH 30 puede, por ejemplo, utilizarse para mejorar ignición de combustible y la combustión en un horno.

Un problema con el diseño de la téenica anterior mostrado en la Figura 1 es que requiere dos bancos economizadores de flujo largo completos colocados en serie en relación al flujo 4 de gas. Observe que cada banco extiende toda o casi toda la distancia entre la primera pared 6 del economizador lateral y la segunda pared 8 del economizador lateral hacia la trayectoria del flujo 4 de gas de combustión. La primera pared 6 del economizador lateral y la segunda pared 8 del economizador lateral encierran los bancos economizadores. De este modo, sin al menos dos bancos economizadores de flujo largo separados, un WCAH 30 no puede instalarse en la trayectoria de flujo de agua de alimentación entre los bancos caliente y frío. Véase también la Figura 2 (que muestra un dibujo en perspectiva de un economizador de la técnica anterior con un cabezal de recolección continua sencillo alimentado por muchos mini-cabezales) y la Figura 3 (una vista en planta de un economizador de banco frió de pared a pared de la técnica anterior).

Un WCAH puede en teoría instalarse corriente arriba o corriente abajo de un economizador de banco sencillo, pero ofrecerá solamente mejora de la eficiencia de la caldera nominal si ésta no se encuentra entre dos bancos economizadores en la trayectoria de flujo de agua de alimentación. Un WCAH no puede, sin embargo, instalarse en una ubicación intermedia utilizando un banco economizador tipo flujo largo tradicional sencillo (por ejemplo, un mini-cabezal). Esto es debido a que el diseño del mini-cabezal típico alimenta los mini-cabezales 28 con calentadores 26 de recolección continua (entrada y salida), como se muestra en las Figuras 2 y 3. No existe una ubicación práctica para integrar un WCAH 30 utilizando la recolección de calentadores de la téenica anterior, particularmente debido a que WCAH 30 debe colocarse fuera del flujo de gas de combustión caliente, típicamente fuera de la pared de la caldera, para que funcione.

Al mismo tiempo, a menudo no es práctico o deseable instalar dos bancos economizadores separados completos que se extienden en la trayectoria de flujo de gas como se muestra en la Figura 1. En algunos casos, utilizar dos bancos separados en serie no es práctico o requiere mucho espacio, particularmente cuando se reajusta un espacio pre-existente. Instalar dos bancos economizadores separados completos también puede agregar un gasto no deseado.

De este modo, existe una necesidad para disposiciones de economizador que permitan el uso de un calentador de aire de serpentín de agua solamente con un solo economizador de banco, con los bancos economizadores caliente y frío en paralelo, en relación al flujo de gas, y sin la necesidad de dos bancos economizadores en serie, en relación al flujo de gas.

Esta invención resuelve los problemas de la téenica anterior al colocar pasos de banco frío y caliente del economizador en paralelo en relación al flujo de gas, en lugar de en serie, en una disposición lado-a-lado a través del flujo de gas de combustión caliente. Un WCAH se coloca fuera de la corriente de gas caliente, de preferencia en una corriente de aire frió separada. El WCAH es parte de una trayectoria de flujo de agua de alimentación y se instala corriente abajo del banco economizador de paso frío y corriente arriba del banco economizador de paso caliente con respecto al flujo de agua de alimentación. Los "bancos" economizádores de paso frío y caliente también pueden denominarse como "secciones" economizadoras de paso frío y caliente.

Generadores de vapor y calderas utilizan calor para convertir agua en vapor para una variedad de aplicaciones. Cuando resulta calor de un proceso de combustión, la energía en los gases de combustión de la combustión en caliente necesita transferirse al agua para aumentar su temperatura, eventualmente convirtiendo el agua en vapor. Los economizadores son básicamente intercambiadores de calor tubular utilizados para precalentar el agua de alimentación de la caldera. Realizan una función clave al recuperar energía de bajo nivel (es decir, temperatura baja) del gas de combustión antes de que se libere a la atmósfera.

Un economizador típicamente comprende uno o más bancos de tubos (también denominados como bancos de superficies de transferencia de calor) colocados en la corriente de gas de combustión. Los términos "en serie" y "en paralelo" a menudo se utilizan por los diseñadores de calderas para describir la disposición de las superficies con respecto a la temperatura de gas de combustión que entra o sale de un banco. Por ejemplo, dos o más bancos de economizador se ubican en "paralelo" con respecto al gas de combustión cuando la temperatura promedio del gas de combustión que entra a tales bancos es casi la misma. La temperatura de gas de combustión que sale de tales bancos dependerá de las cantidades relativas de la superficie de calentamiento en cada banco y la cantidad de agua que fluye a través de ésta. De forma similar, dos o más bancos de economizador se encuentran en "serie" con respecto al gas de combustión cuando la temperatura de gas de combustión que sale desde un banco corriente arriba (con respecto a una dirección del flujo de gas de combustión) entra en la temperatura de gas de combustión para un banco corriente abajo (con respecto a una dirección del flujo de gas de combustión).

En una disposición preferida, un banco economizador simple que incluye al menos dos bancos separados (paso caliente y paso frío) en paralelo a través de una trayectoria de flujo de gas de combustión caliente. La temperatura promedio del gas de combustión que entra a tales bancos es casi la misma. La disposición divide el flujo de gas dentro del banco economizador simple, con parte del flujo calentando una sección del banco y el resto del flujo calentando otra sección del mismo banco. Véase, por ejemplo, la Figura 4 en donde parte del flujo 4 de gas de combustión que fluye a través de esta sección de la cavidad 2 pasa a través del economizador 22 de banco frió, y otra porción del flujo 4 de gas de combustión pasa a través del economizador 24 de banco caliente. La distancia entre el economizador 22 de banco frió y el economizador 24 de banco caliente en el diagrama esquemático de la Figura 4 parece mayor de lo que deberla ser en muchas modalidades preferidas en donde existirá un espacio mínimo entre los bancos 22, 24 economizadores frío y caliente, respectivamente.

La disposición incluye un WCAH 30 intermedio dispuesto para enfriar el agua de alimentación entre los bancos 22, 24 economizadores frío y caliente. Esta disposición en paralelo proporciona una efectividad térmica aumentada combinada con requerimientos de espacio más pequeños. Ésta es una mejora sobre los economizadores de la téenica anterior los cuales podrían utilizar solamente las ventajas de eficiencia de energía de un WCAH 30 si se utilizaron múltiples bancos economizadores en serie, como se muestra en la Figura 1, en donde la temperatura de gas de combustión que sale de un banco corriente arriba (con respecto a una dirección de flujo de gas de combustión) es la temperatura de gas de combustión que entra para un banco corriente abajo (con respecto a una dirección de flujo de gas de combustión). Una modalidad preferida permite al agua de alimentación fluir para derivar entre los bancos economizadores y el WCAH 30 al utilizar las válvulas 44.

En la presente disposición, cuando el agua de alimentación regresa al banco caliente desde el WCAH puede absorber mejor el calor del gas de combustión debido a que la temperatura del agua de alimentación ha descendido. El uso de un WCAH entre los pasos del economizador mejora la eficiencia de la caldera significativamente más que las disposiciones que utilizan un economizador sin un WCAH, o en donde el agua solamente fluye a través de un WCAH solamente antes o después de que pase todo el economizador. La disposición mejorada de los bancos economizadores en paralelo permite la adición de un WCAH cuando existe suficiente espacio para instalar dos bancos economizadores de flujo largo en serie (con respecto al flujo 4 de gas, como en la Figura 1), o para evitar el gasto extra de instalar dos bancos en serie.

Con el diseño mejorado, un WCAH puede instalarse en una ubicación intermedia en un banco economizador de tipo de flujo grande sencillo (mini-cabezal). Un diseño preferido utiliza un encabezado de recolección dividida en lugar de un solo encabezado de recolección continuo que se extiende en todo el ancho del banco economizador. El encabezado de recolección dividida permite que un solo banco actúe como dos bancos (paso frío y paso caliente) mientras proporciona una ubicación entre los calentadores de recolección para enrutar el agua de alimentación lejos del banco econo izador, a través de WCAH, y al final de regreso al segundo banco economizador caliente. Véase Figuras 4-5.

La disposición proporciona el diseño y flexibilidad operacional. Más allá de economizadores de flujo largo sencillos, también puede aplicarse una variedad de otras configuraciones de transferencia de calor (economizadores de tubo horizontal, bancos múltiples de economizadores de flujo largos, etc.) en combinación con WCAH para alcanzar las condiciones de salida deseadas. La disposición no se limita a economizadores de flujo largo. El concepto de trayectoria de gas múltiple, banco dividido con WCAH intermedio puede aplicarse, por ejemplo, a la mayoría de las disposiciones de economizador de caldera.

Una modalidad de la invención es una disposición del economizador de caldera que comprende una cavidad para enrutar el gas de combustión calentado, la cavidad tiene paredes laterales que incluyen una primera pared lateral del economizador y una segunda pared lateral del economizador, en donde la primera y segunda paredes laterales del economizador son opuestas entre si. La cavidad tiene una dirección corriente arriba la cual recibe una corriente de gas de combustión calentado y una dirección corriente abajo para extraer el gas de combustión.

Un banco economizador extiende la mayoría o todo el camino desde la primera pared lateral del economizador hacia la segunda pared lateral del economizador. El banco economizador incluye una pluralidad de secciones que incluyen al menos un economizador de banco de paso frió y el economizador de banco de paso caliente. El economizador de banco de paso frió y el economizador de banco de paso caliente se colocan en una disposición paralela de manera que cada banco recibe una porción diferente de la corriente de flujo de gas de combustión calentado. El economizador puede diseñarse de manera que el economizador de banco de paso frió empalma una pared lateral mientras el economizador de banco de paso caliente empalma la otra pared lateral opuesta.

Una modalidad de la presente invención es obtener una disposición del economizador de caldera que comprende: una cavidad para transportar el flujo de gas de combustión calentado, la cavidad incluye una primera pared lateral del economizador y una segunda pared lateral del economizador, en donde la primera y segunda paredes laterales del economizador son opuestas entre si; la cavidad tiene una dirección corriente arriba la cual recibe una corriente de flujo de gas de combustión calentado, y una dirección corriente abajo para salida del flujo de gas de combustión; un banco economizador que se extiende sustancialmente desde la primera pared lateral del economizador hacia la segunda pared lateral del economizador, el banco economizador comprende una pluralidad de secciones que incluyen al menos un economizador de banco de paso frió y un economizador de banco de paso caliente, y en 5 donde el banco de paso frió y el banco de paso caliente se colocan en una disposición paralela en relación al flujo de gas de manera que cada banco recibe una porción diferente de la corriente de gas de combustión calentado; en donde el economizador de banco de paso frío y el economizador de banco 10 de paso caliente, cada uno comprende al menos un cabezal de recolección y una pluralidad de mini-cabezales conectados a cada cabezal de recolección; un calentador de aire de serpentín de agua colocado fuera de la cavidad y adaptado para transferir calor desde un flujo de agua de alimentación que fluye dentro 15 del calentador de aire de serpentín de agua hacia una corriente de aire fuera del calentador de aire de serpentín de agua; una ? entrada de agua de alimentación para recibir un flujo de agua de alimentación dentro de la disposición del economizador desde fuera de la cavidad; una salida de agua de alimentación para el 20 flujo de agua de alimentación que sale de la disposición del economizador; y al menos una válvula adaptada que se incluye i para controlar la trayectoria del flujo de agua de alimentación entre el economizador de banco de paso frío y el calentador de aire de serpentín de agua; en donde la disposición del 25 economizador se adapta para enrutar el flujo de agua de alimentación desde la entrada de agua de alimentación, desde ahí hacia el economizador de banco de paso frió, desde ahí hacia fuera de la cavidad del calentador de aire de serpentín de agua, desde ahí de regreso hacia la cavidad en el 5 economizador de banco de paso caliente, y desde ahí hacia la salida de agua de alimentación y fuera de la disposición del economizador.

Por consiguiente, otra modalidad de la presente invención es obtener una disposición del economizador que 0 comprende: una cavidad para transportar flujo de gas calentado, la cavidad tiene una primera pared lateral del economizador y una segunda pared lateral del economizador; la cavidad tiene una dirección corriente arriba la cual recibe una corriente de flujo de gas calentado y una dirección corriente abajo para 5 extraer el flujo de gas; un banco economizador que se extiende sustancialmente desde la primera pared lateral del economizador 1 hacia la segunda pared lateral del economizador, el banco economizador comprende una pluralidad de secciones que incluyen al menos un economizador de banco de paso frío y un 0 economizador de banco de paso caliente, y en donde el banco de paso frío y el banco de paso caliente se colocan en una disposición de manera que cada banco recibe una porción * diferente de la corriente de flujo de gas calentado; un calentador de aire de serpentín de agua colocado fuera de la 5 cavidad y adaptado para transferir calor desde un flujo de agua de alimentación que fluye dentro del calentador de aire de serpentín de agua a una corriente de aire fuera del calentador de aire de serpentín de agua; en donde la disposición del economizador se adapta para enrutar el flujo de agua de alimentación en el economizador de banco de paso frío, desde ahí fuera de la cavidad hacia el calentador de aire de serpentín de agua, desde ahí de regreso a la cavidad dentro del economizador de banco de paso caliente, y desde ahí fuera de la disposición del economizador.

En un aspecto de la disposición, el banco de paso frío y el banco de paso caliente cada uno comprende al menos un cabezal de recolección y una pluralidad de mini-cabezales conectados a cada cabezal de recolección.

Un calentador de aire de serpentín de agua se coloca fuera de la cavidad y se adapta para transferir calor desde un flujo de agua de alimentación que fluye dentro del calentador de aire de serpentín de agua hacia una corriente de aire fuera del calentador de aire de serpentín de agua.

Una entrada de agua de alimentación se proporciona para recibir el flujo de agua de alimentación en la disposición del economizador y una salida de agua de alimentación se proporciona para el flujo de agua de alimentación que sale de la disposición del economizador. Al menos una válvula se adapta incluyendo el control de la trayectoria del flujo de agua de alimentación, tal como entre el banco de paso frío y el calentador de aire de serpentín de agua.

La disposición del economizador se adapta para enrutar el flujo de agua de alimentación desde la entrada de agua de alimentación, después hacia el banco de paso frío, después fuera de la disposición del economizador hacia el calentador de aire de serpentín de agua, después de regreso hacia la disposición del economizador hacia el banco de paso caliente, y finalmente hacia la salida de agua de alimentación y fuera de la disposición del economizador.

La disposición del economizador puede ser parte de cualquier disposición de caldera incluyendo una caldera de recuperación de proceso o cualquier otra segunda caldera.

Las diversas características de novedad y otros aspectos no limitantes y/u objetos de la descripción que caracterizan la invención se señalan con particularidad á continuación y en las reivindicaciones anexas a y que forman parte de esta descripción. Para un mejor entendimiento de la presente invención, y las ventajas operativas pertinentes a su uso, se hace referencia a los dibujos anexos y material descriptivo, que forman parte de esta descripción, en la cuál se ilustra una modalidad preferida de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Lo siguiente es una breve descripción de los dibujos, los cuales se presentan para el propósito de ilustrar las modalidades ejemplares descritas en la presente, en donde se utilizan números de referencia similares para referirse a los mismos elementos o funcionalidad similar y no para el propósito de limitar la misma.

La FIGURA 1 es una vista esquemática de una disposición de la téenica anterior que comprende bancos economizadores caliente y frío separados en serie y un calentador de aire de serpentín de agua; la FIGURA 2 es un dibujo en perspectiva de una porción inferior de un banco economizador de la técnica anterior; la FIGURA 3 es un diagrama de vista en planta de un banco economizador frío de la técnica anterior; la FIGURA 4 es una vista esquemática de una disposición del economizador de banco dividido en paralelo de la presente disposición; y la FIGURA 5 es una vista en planta de un banco economizador de banco dividido de la presente disposición.

Un entendimiento más completo de los procesos y aparatos descritos en la presente puede obtenerse con referencia a los dibujos anexos. Estas figuras son simplemente representaciones esquemáticas basadas en la conveniencia y facilidad de demostrar la técnica existente y/o el desarrollo presente, y por lo tanto, no pretenden indicar tamaños y dimensiones relativas de los ensambles o componentes de los mismos.

Aunque se utilizan términos específicos en la siguiente descripción para el bien de claridad, estos términos pretenden referirse solamente a la estructura particular de las modalidades seleccionadas para ilustración en los dibujos, y no 5 pretenden definir o limitar el alcance de la descripción. En los dibujos y la siguiente descripción a continuación, se entenderá que las designaciones numéricas similares se refieren a componentes de función similar.

Debe observarse que muchos de los términos utilizados 0 en la presente son términos relativos. Por ejemplo, los términos "entrada" y "salida" son relativos a la dirección de flujo, y no deberán interpretarse como que requieren una orientación o ubicación particular de la estructura.

Al grado de que explicaciones de cierta terminología 5 o principios de las téenicas de generación de vapor pueda ser necesario para entender la presente descripción, el lector es referido a Steam/its generation y use, Edición 41a, Kitto y Stultz, Eds., Copyright © 2005, The Babcock & Wilcox Company, el texto del cual se incorpora en la presente para referencia 0 como se establece en su totalidad en la presente.

Con referencia ahora a los dibujos, la Figura 4 es un diagrama esquemático de una disposición 1 de economizador de caldera preferido que representa la invención.

La disposición 1 de economizador típicamente será 5 parte de una disposición mayor para capturar energía de calor de un gas que fluye y transferirlo a otra sustancia que fluye para su uso en la generación de energía. Esto puede capturar el calor de combustión de un horno de gas de combustión caliente. De preferencia, la disposición 1 de economizador se ubica en la 5 trayectoria de flujo 4 de gas de combustión calentado en movimiento corriente abajo desde otro equipo de absorción de calor, tal como supercalentadores, los cuales han enfriado parcialmente el flujo 4 de gas de combustión al momento que llega el economizador. Sin embargo, la presente invención no se 0 limita a disposiciones de economizador las cuales son físicamente parte de la caldera y el equipo de combustión del horno, y alternativamente pueden ser una disposición ubicada de forma separada de un economizador en la planta.

El gas de combustión calentado se transporta desde la 5 fuente de calor hasta una trayectoria la cual puede incluir la primera pared lateral del economizador y segunda pared lateral del economizador, 6, 8, respectivamente. Como se utiliza en la presente, el término pared lateral del economizador se refiere a las paredes de recinto las cuales transportan el gas de 0 combustión y las cuales rodean la disposición 1 de economizador. Estas paredes de recinto se encuentran típicamente revestidas, pero pueden componerse de superficie de calentamiento, agua de transporte, vapor, o mezclas de los mismos. La trayectoria del flujo 4 de gas de combustión puede 5 denominarse de forma genérica como una cavidad 2 para transportar gas de combustión calentado. La cavidad 2 también puede denominarse como un "recinto" el cual transporta el gas de combustión calentado. De preferencia, la cavidad 2 se define por una primera pared 6 lateral del economizador y una segunda pared 8 lateral del economizador, con la primera y segunda paredes laterales del economizador siendo opuestas una a la otra. La trayectoria del gas de combustión puede ser una cavidad continua simple o puede dividirse o separarse según se desee. La cavidad 2 tiene una dirección 10 corriente arriba de donde el gas de combustión calentado viene, a menudo siendo la dirección en donde la combustión u otra reacción de generación de calor toma lugar. La cavidad también tiene una dirección 12 corriente abajo que eventualmente lleva a una abertura hacia la atmósfera. La cavidad 2 a menudo será rectangular en sección transversal pero no se limita a alguna forma particular.

Un banco 20 economizador se extiende sustancialmente desde una primera pared 6 lateral del economizador hasta una segunda pared 8 lateral del economizador. De preferencia, el banco economizador ocupa la mayoría o toda la sección transversal de la cavidad 2 de manera que una porción máxima del flujo 4 de gas de combustión que pasa se fuerza para hacer contacto con el banco para transferencia de calor máxima. El banco economizador incluye al menos dos bancos, que típicamente incluyen un economizador 22 de banco de paso frío en donde el agua de alimentación transita primero, y un economizador 24 de banco de paso caliente en donde el agua de alimentación transita después. De preferencia, el econo izador 22 de banco de paso frío y el economizador 24 de banco de paso caliente se colocan en una disposición paralela en relación al flujo 4 de gas de combustión para extenderse sustancial y colectivamente a través del ancho de la cavidad 2 como se muestra, por ejemplo, en las Figuras 4-5. Disposiciones similares que utilizan más de dos bancos son posibles. Formas y disposiciones diferentes pueden utilizarse sin apartarse del concepto general de llenar una sección transversal sencilla de la cavidad con más de un banco de paso separado para transferencia de calor. Los bancos de paso pueden ser de tamaño igual o de tamaños diferentes.

En una modalidad preferida, cada economizador 22 de banco de paso frió y economizador 24 de banco de paso caliente incluye al menos un cabezal 26 de recolección y una pluralidad de mini-cabezales 28 conectados a cada cabezal 26 de recolección. Puede existir un cabezal 26 de recolección dividido de paso caliente para el economizador 24 de banco de paso caliente y un cabezal 26 de recolección dividido de paso frío para el economizador 22 de banco de paso frió. Cada minicabezal puede a su vez conectarse a un número de conductos o tubos 29. Véase, generalmente, la Figura 5 en vista de la Figura 2. Sin embargo, pueden utilizarse muchos otros diseños de economizador con la disposición, para maximizar el área de superficie disponible para la transferencia de calor desde el flujo 4 de gas de combustión hacia el agua de alimentación 32. El principio general es que el agua de alimentación entra en cada banco economizador a través de, de preferencia una abertura, entonces se esparce fuera a través de una red de (típicamente tendido, devanado, y/o que tiene protuberancias de transferencia de calor) tubos y conductos para aumentar el área de superficie y el tiempo de residencia en la zona calentada, y entonces consolida el regreso hacia abajo a de preferencia otra abertura sencilla la cual enruta el agua de alimentación calentada fuera del banco economizador.

Un aspecto de la invención es que un calentador 30 de aire de serpentín de agua:("WCAH") se coloca en la trayectoria de flujo para el agua de alimentación 32 corriente arriba de al menos un economizador 24 de banco de paso caliente y corriente abajo de al menos un economizador 22 de banco de paso frío. El WCAH 30 típicamente necesitará colocarse fuera de la cavidad 2 que contiene el flujo del flujo 4 de gas de combustión calentado, de preferencia en una corriente de aire más frío la cual pueda enrutarse dentro de un horno. Es decir, de manera que parte del calor se transfiera de regreso fuera del agua de alimentación 32 recientemente calentada, mediante el WCAH 30, y dentro de la corriente de aire más frío. Después de que el agua de alimentación se enfría en el WCAH 30, continúa a otro economizador 24 de banco de paso para calentarse de nuevo por el flujo 4 de gas de combustión. Diversas modalidades de este concepto general, tal como tres o más bancos de paso alternantes con dos o más WCAH, son posibles. El WCAH puede tomar un número de formas, y la disposición no se limita a un tipo particular de WCAH. 5 La disposición 1 de economizador de preferencia incluye al menos una entrada 40 de agua de alimentación para recibir agua en la disposición del economizador. La entrada 40 de agua de alimentación puede llevar a un banco de paso de economizador. La disposición también de preferencia incluye al 10 menos una salida 42 de agua calentada para el flujo de agua que sale de la disposición 1 de economizador.

De preferencia, la disposición del economizador incluye al menos una válvula 44 para controlar un flujo de agua entre el economizador 22 de banco frío y el calentador 30 de 15 aire de serpentín de agua. Las válvulas 44 pueden adaptarse para desviar el flujo de agua de alimentación entre los bancos i·:· economizadores (22, 24), y ya sea para enrutar el agua dentro del WCAH 30 o para desviar un WCAH 30.

En las modalidades ilustrativas, el agua de 20 alimentación 32 entra a la disposición 1 de economizador en la entrada 40 de agua de alimentación. El agua de alimentación ?.. continúa a través del economizador 22 de banco frío en donde fluye a través de una serie de cabezales, mini-cabezales, y tubos los cuales tienen un área de superficie colectiva amplia. 25 El calor se transfiere desde el flujo 4 de gas de combustión que fluye hacia el agua de alimentación 32 a través de las superficies del economizador 22 de banco frió. El agua de alimentación converge de nuevo, típicamente en un cabezal, y deja el economizador de banco frío. El agua de alimentación 5 entonces continúa mediante un tubo fuera de la segunda pared 8 lateral del economizador de la cavidad 2, a través de una válvula 44 abierta, y hacia un WCAH 30. En el WCAH 30 el agua de alimentación vierte parte de la energía de calor en un corriente 34 de aire que pasa. El agua de alimentación enfriada 0 entonces fluye fuera del WCAH 30, de regreso a la cavidad 2 y hacia el economizador 24 de banco caliente. El agua de alimentación se calienta de nuevo por el flujo 4 de gas caliente a través de las trayectorias de flujo bifurcadas del economizador 24 de banco caliente similar al economizador 22 de 5 banco frío. El agua recalentada entonces continúa fuera del recinto mediante una salida 42 y eventualmente hacia un tambor j (en calderas de recirculación) o superficie de horno (caldera de un paso).

Tabla 1: Economizador de Flujo Largo de la Téenica 0 Anterior (mini-cabezal) vs. Economizador de Flujo Largo de Lado-a-Lado (mini-cabezal) 5 La Tabla 1 ilustra que un economizador paralelo (con un WCAH intermedio) de trayectoria de gas, (con bancos de paso caliente y frío en paralelo en relación al flujo de gas) proporciona 70+ grados adicionales de subenfriamiento sobre una disposición del economizador convencional de tamaño similar (con dos columnas de economizador de 1280.16 cm (42 pies) -bancos de paso caliente y frió en serie en relación con el flujo de gas). Con este subenfriamiento adicional, la superficie de calentamiento del economizador puede aumentarse mientras mantiene los márgenes de diseño del economizador de vapor. La Tabla 1 muestra que un banco economizador de 2048 cm (100 pies) de alto (columna de extrema derecha) puede alcanzar temperaturas de gas de salida del economizador bajas (EEGT) mientras todavía mantienen un subenfriamiento de 4.44°C (40°F). De este modo, la disposición actual mejora tanto el desempeño del economizador como disminuye los costos.

La disposición es particularmente útil para retroajustar instalaciones antiguas en donde el espacio es fijo y limitado, pero en donde las ventajas de eficiencia de un WCAH son deseadas.

Por ejemplo, la disposición puede aplicarse exitosamente en calderas de recuperación de proceso (PR) que experimentan conversiones de olor bajas. Las regulaciones ambientales impulsan conversiones de olor bajas en la flota de 5 caldera de recuperación del evaporador en contacto directo existente. Una caldera de recuperación se utiliza en el proceso Kraft de la fabricación de pulpa de madera en donde químicos para alcohol blanco se recuperan y reforman a partir de licor negro, el cual contiene lignina de la madera procesada 0 previamente. El licor negro se quema, generando calor, el cual usualmente se utiliza en el proceso de fabricación de pulpa o en la fabricación de electricidad, tanto como en la planta de energía de vapor convencional. Cuando una conversión de olor bajo de una instalación de fabricación de pulpa se completa, 5 los evaporadores de contacto directo se remplazan con evaporadores de efecto múltiple. Como resultado de este cambio, 1 la temperatura de gas de combustión que deja la unidad ya no necesita ser mayor a 315.56°C (600°F). Típicamente, para recuperar la eficiencia en conversiones de olor bajas, la 0 temperatura del gas se reduce al agregar superficie del | economizador. La disposición de trayectoria de múltiple gas con un WCAH intermedio de la presente disposición aumenta la eficiencia sobre la que es posible con disposiciones de economizador de flujo largo de banco sencillo o múltiple 5 tradicional.

Adicionalmente, la disposición del economizador de trayectoria de múltiple gas podría aplicarse a otros tipos de calderas, incluyendo pero sin limitarse a aplicaciones de desecho-a-energía y teenologías de combustión de biomasa.

El diseño de bancos economizadores paralelos de trayectoria de múltiple gas brinda un número de ventajas. La disposición alcanza índices de absorción de calor más altos dentro de un banco de flujo largo sencillo que los que eran previamente posibles. Previamente era necesario agregar un segundo banco de flujo completo en serie (con respecto al flujo de gas como en la Figura 1) para utilizar un WCAH y por lo tanto para enfriar el gas de combustión más eficientemente. La disposición incluye la flexibilidad para definir formas y tamaños relativos de las superficies de calentamiento de paso frío y caliente. La ubicación de una división 46 de cabezal de recolección puede adaptarse para maximizar el rendimiento de la unidad (véase Figura 5).

La integración de los economizadores a un WCAH 30 permite la desviación de agua entre los componentes, incluyendo por medio del uso de válvulas 44. La disposición tiene la capacidad de controlar la temperatura de gas que deja el economizador, la temperatura del agua que deja el economizador, y/o la temperatura del aire que deja el calentador de aire de serpentín de agua.

La disposición también podría implementarse, por ejemplo, utilizando un economizador de tubo continuo de flujo horizontal en lugar de bancos economizadores de tipo minicabezal de flujo largo. Un economizador de tubo continuo podría dividirse con cabezales intermedios los cuales dejan una cavidad 2, llevando agua de alimentación a un WCAH 30, y entonces regresando el agua de alimentación enfriada al economizador de tubo continuo.

La presente descripción se ha descrito con referencia a modalidades ejemplares. Obviamente, modificaciones y alteraciones se les ocurrirán a otros tras la lectura y entendimiento de la descripción detallada precedente. Se pretende que la descripción presente se interprete incluyendo todas las modificaciones y alteraciones tales en la medida en que entren dentro del alcance de las reivindicaciones anexas o los equivalentes de las mismas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Una disposición del economizador de caldera caracterizado porque comprende: una cavidad para transportar flujo de gas de combustión calentado, la cavidad incluye una primera pared lateral del economizador y una segunda pared lateral del economizador, en donde la primera y segunda paredes laterales del economizador son opuestas entre sí; la cavidad tiene una dirección corriente arriba la cual recibe una corriente de flujo de gas de combustión calentado, y una dirección corriente abajo para la salida del flujo de gas de combustión; un banco economizador que se extiende sustancialmente desde la primera pared lateral del economizador hacia la segunda pared lateral del economizador, el banco economizador comprende una pluralidad de secciones que incluyen al menos un economizador de banco de paso frío y un economizador de banco de paso caliente, y en donde el banco de paso frío y el banco de paso caliente se colocan en una disposición paralela en relación al flujo de gas de manera que cada banco recibe una diferente porción de la corriente de gas de combustión calentado; en donde el economizador de banco de paso frío y el economizador de banco de paso caliente cada uno comprende al menos un cabezal de recolección y una pluralidad de mini- cabezales conectados a cada cabezal de recolección; un calentador de aire de serpentín de agua colocado fuera de la cavidad y adaptado para transferir calor desde un flujo de agua de alimentación que fluye dentro del calentador 5 de aire de serpentín de agua hacia una corriente de aire fuera del calentador de aire de serpentín de agua; una entrada de agua de alimentación para recibir el flujo de agua de alimentación dentro de la disposición del economizador desde fuera de la cavidad; 0 una salida de agua de alimentación para el flujo de agua de alimentación que sale de la disposición del economizador; y al menos una válvula adaptada incluida para controlar la trayectoria del flujo de agua de alimentación entre el 5 economizador de banco de paso frío y el calentador de aire de serpentín de agua; en donde la disposición del economizador se adapta para enrutar el flujo de agua de alimentación desde la entrada de agua de alimentación, desde ahí al economizador de banco de Ó paso frío, desde ahí fuera de la cavidad hacia el calentador de aire de serpentín de agua, desde ahí de regreso a la cavidad en el economizador de banco de paso caliente, y desde ahí hacia la salida de agua de alimentación y fuera de la disposición del economizador. 5

2. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la disposición del economizador se conecta a una segunda caldera.

3. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el economizador de 5 banco de paso frió es adyacente a una pared lateral del economizador y el banco de paso caliente es adyacente a la otra pared lateral del economizador opuesta.

4. Una disposición del economizador caracterizada porque comprende: 0 una cavidad para transportar el flujo de gas calentado, la cavidad tiene una primera pared lateral del economizador y una segunda pared lateral del economizador; la cavidad tiene una dirección corriente arriba la cual recibe una corriente de flujo de gas calentado y una 5 dirección corriente abajo para la salida del flujo de gas; un banco economizador que se extiende sustancialmente l:5 desde la primera pared lateral del economizador a la segunda pared lateral del economizador, el banco economizador comprende una pluralidad de secciones que incluye al menos un 0 economizador de banco de paso frío y un economizador de banco de paso caliente, y en donde el banco de paso frío y el banco de paso caliente se colocan en una disposición tal que cada banco recibe una porción diferente de la corriente de flujo de gas calentado; 5 un calentador de aire de serpentín de agua colocado fuera de la cavidad y adaptado para transferir el calor desde un flujo de agua de alimentación que fluye dentro del calentador de aire de serpentín de agua hacia una corriente de aire fuera del calentador de aire de serpentín de agua; en donde la disposición del economizador se adapta para enrutar el flujo de agua de alimentación dentro del economizador de banco de paso frío, desde ahí fuera de la cavidad hacia el calentador de aire de serpentín de agua, desde ahí de regreso a la cavidad en el economizador de banco de paso caliente, y desde ahí fuera de la disposición del economizador.

5. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la disposición del economizador comprende un economizador de tubo continuo, y en donde el economizador de tubo continuo comprende una porción fría la cual se encuentra corriente arriba del calentador de aire de serpentín de agua con respecto al flujo de agua de alimentación y además comprende una porción caliente la cual se encuentra corriente abajo del calentador de aire de serpentín de agua con respecto al flujo de agua de alimentación.

6. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el economizador de banco de paso frío y el economizador de banco de paso caliente se disponen en una disposición paralela en relación al flujo de gas.

7. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el economizador de banco de paso frió y el economizador de banco de paso caliente cada uno comprende al menos un cabezal de recolección que se abre en una pluralidad de mini-cabezales.

8. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque comprende: una entrada de agua de alimentación para recibir el flujo de agua de alimentación que entra en la disposición del economizador; y una salida de agua de alimentación para el flujo de agua de alimentación que sale de la disposición del economizador.

9. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el calentador de aire de serpentín de agua se coloca dentro de una corriente de aire, y en donde el calentador de aire de serpentín de agua se adapta para calentar la corriente de aire en su camino hacia un horno.

10. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque comprende al menos una válvula adaptada para controlar la trayectoria del flujo de agua de alimentación que se incluye entre el economizador de banco de paso frío y el calentador de aire de serpentín de agua.

11. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la disposición del economizador se conecta a una segunda caldera.

12. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la cavidad es parte de una caldera, y en donde la primera pared lateral del economizador y la segunda pared lateral del economizador son opuestas directamente una de otra.

13. La disposición del economizador de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el economizador de banco de paso frío es adyacente a una pared lateral y el economizador de banco de paso caliente es adyacente a otra pared lateral opuesta.