MXPA00011266A - Sistema de combustion de lecho fluidizado con generacion de vapor - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a sistema de combustión de lecho fluidizado con generación de vapor para quemar combustible sólidos y para producir vapor de agua, con una cámara intercambiadora de calor en la cual se disponen elementos intercambiadores de calor a través de los cuales fluye un fluido refrigerante, siendo que la cámara intercambiadora de calor comprende cuatro paredes exteriores verticales que encierran un espacio aproximadamente rectangular en la sección transversal, con una primera cámara de combustión turbulenta la cual se dispone ante una primera pared exterior de la cámara intercambiadora de calor, y con una segunda cámara de combustión turbulenta que se dispone ante una segunda pared exterior de la cámara intercambiadora de calor opuesta a la primera pared exterior, siendo que cada cámara de combustión turbulenta comprende conductos para la alimentación de combustión y aire de combustión, y con al menos un separador para separar los sólidos de una corriente de gas, el cual esta comunicado con la región superior de cada cámara de combustión turbulenta, siendo que el separador comprende un conducto de extracción conductor de gas que se comunica con la región superior de la cámara intercambiadora de calor, caracterizándose este sistema porque a cada cámara de combustión turbulenta se asocia al menos un enfriador de lecho fluidizado el cual se encuentra debajo de un separador y esta comunicado con este mediante un conducto que conduce sólidos, y siendo que cada enfriador de leche fluidizado esta comunicado con la cámara de combustión turbulenta asociada mediante al menos un conducto que conduce sólidos y/o gas, y porque la altura interior de la cámara intercambiadora de calor es de al menos 10m y la altura interior de la cámara de combustión turbulenta es de 10 a 60 m.

Description

SISTEMA DE COMBUSTIÓN DE LECHO FLUIDIZADO CON GENERACIÓN DE VAPOR DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un sistema de combustión de lecho fluidizado con generación de vapor, para quemar combustibles sólidos y para producir vapor de agua. Este tipo de sistemas que ante todo son convenientes para capacidades menores se conocen por ejemplo a través de los documentos EP-B-0365723, EP. A-0416238 asi como DE-A-3107356 y DE-A-4135582. En el caso de las instalaciones conocidas siempre se asocia únicamente una cámara de combustión turbulenta a una cámara intercambiadora de calor. Los sistemas conocidos no son adecuados para las instalaciones grandes que producen una gran cantidad de vapor de agua que se utiliza en plantas (eléctrica) con mas de 250 MW. La invención tiene por objeto la tarea de realizar el sistema de combustión de lecho fluidizado del tipo bajo consideración, en una forma de construcción compacta para que pueda ser construido en forma de bloque con poca ocupación de espacio. De conformidad con la invención esto se logra procediendo de manera a) que en una cámara intercambiadora de calor con una altura interna de al menos 10 metros se disponen elementos intercambiadores de calor a través de los que circula liquido refrigerante, teniendo la cámara intercambiadora de calor cuatro paredes externas perpendiculares que encierran un espacio aproximadamente rectangular en sección transversal horizontal, b) que ante una primera pared exterior de la cámara intercambiadora de calor se dispone una primera cámara de combustión turbulenta y ante una segunda pared exterior opuesta a la primera pared exterior de la cámara intercambiadora de calor se dispone una segunda cámara de combustión turbulenta, siendo que la altura interior de las cámaras de combustión turbulenta es de 10 a 60 m y preferiblemente de cuando menos 20 , y cada cámara de combustión turbulenta comprende conductos para la alimentación de combustible y aire de combustión, y c) que con la región superior de cada cámara de combustión turbulenta se comunica al menos un separador para separar los sólidos de una corriente de gas, el cual comprende al menos un conducto de extracción conductor de gases, comunicado con la cámara intercambiadora de calor.

Un perfeccionamiento de la invención consiste en que a cada cámara de combustión turbulenta se asocia al menos un enfriador de lecho fluidizado, el cual se encuentra debajo de un separador y esta comunicado con este a través de un conducto conductor de sólidos, siendo que cada enfriador de lecho fluidizado esta comunicado con la cámara de combustión turbulenta asociada mediante al menos un conducto conductor de sólidos y/o gas. La instalación de conformidad con la invención se puede diseñar y construir como bloque compacto. Al mismo tiempo resulta posible disponer sin mayores dificultades de manera ahorradora de espacio, uno o mas bloques adyacentes físicamente espaciados o no. Al interior de un bloque, la disposición centratl de la cámara intercambiadora de calor permite una forma de construcción económica mediante conductos cortos para el aire de combustión que se conduce a las cámaras de combustión turbulenta, el cual se precalienta en la cámara intercambiadora de calor o en otras instalaciones adecuadas. Cada cámara de combustión turbulenta se puede unir al enfriador del lecho fluidizado asociado para obtener una unidad estática, siendo que el enfriador de lecho fluidizado se puede diseñar para ser colocado en posición erecta o en forma suspendida de la cámara de combustión turbulenta. Se obtiene una configuración especialmente ahorradora de espacio del sistema de combustión si la distancia entre la primera cámara de combustión turbulenta y la primera pared exterior y la distancia entre la segunda cámara de combustión turbulenta y la segunda pared exterior de la cámara intercambiadora de calor es de 0 a 2 m. El sistema de combustión de acuerdo a la invención esta ideado para plantas de gran tamaño. Por lo general la superficie de sección transversal de cada una de ambas cámaras de combustión turbulenta, medida a media altura del espacio interior de la cámara, sera de 50 a 300 m2, y preferiblemente de cuando menos 70 m2. Comúnmente el espacio interno de las primera y segunda cámaras de combustión turbulenta tendrá configuración aproximadamente rectangular en sección transversal horizontal. Para plantas muy grandes es posible colocar adyacentes, dispuestas alternativamente, dos o mas cámaras intercambiadoras de calor y al menos tres cámaras de combustión turbulenta. Otras posibilidades de diseño se explican con ayuda del dibujo. Muestran: la fig. 1 una primera variante del sistema de combustión en representación esquemática, en corte longitudinal seccionado según la linea I-I de la fig. 1, la fig. 2 una sección transversal según la linea II-II de la fig. 1, la fig. 3 una segunda variante de la instalación de combustión en representación análoga a la de la fig. 1, y la fig. 4 una planta industrial con dos cámaras intercambiadoras de calor en representación análoga a la de la fig. 2. La instalación de las figuras 1 y 2 comprende al centro una cámara (1) intercambiadora de calor de sección transversal rectangular, compárese la fig. 2. Las cuatro paredes externas perpendiculares de la cámara (1) intercambiadora de calor tienen los símbolos de referencia (la), (lb), (lc) y (Id). A la primera pared (la) exterior se conecta la primera cámara (2) de combustión turbulenta.

En la pared (le) opuesta se encuentra una segunda cámara (3) de combustión turbulenta. A la cámara (2) de combustión turbulenta izquierda se conectan dos separadores (5) y (6).

De la misma manera pertenecen a la cámara (3) de combustión turbulenta derecha Los dos separadores (7) y (8). Cada separador comprende un ducto (9) de extracción de gas que desemboca en la zona superior de la cámara (1) intercambiadora de calor, compárese la fig. 1. El número de separadores se puede elegir a discreción, discrepando del dibujo. Como separadores se pueden emplear ciclones en si conocidos o también placas deflectoras.

Los sólidos que se separan en los separadores (5) a (8) llegan a un enfriador (12) o (12a) de lecho fluidizado en si conocido a través de un conducto (11) . Los detalles del enfriador del lecho fluidizado se obtienen, por ejemplo, a través de los documentos EP-B-0365723 y DE-A-4135582. Si se desea, un conducto (lia) de derivación puede conducir los sólidos separados en el separador directamente a la siguiente cámara de combustión turbulenta, lo cual en el dibujo únicamente se representa para la cámara (3) con miras a una mayor claridad. Si se prescinde completamente de los enfriadores (12) y (12a) de lecho fluidizado, los sólidos provenientes de los separadores se conducen a las cámaras de combustión turbulenta a través de conductos de derivación de esta Índole. Cada enfriador de lecho fluidizado esta equipado con al menos un conducto (13) para la alimentación del gas fluidificante, por ejemplo aire, comprende elementos (14) enfriadores y una salida (15) para sólidos refrigerados. Una parte de los sólidos refrigerados se conduce conjuntamente con gas a la cámara (2) de combustión turbulenta a través del canal (16) . Una variante se representa en la combinación del intercambiador (12a) de calor con la cámara (3) de combustión turbulenta, en la que el conducto (16) conduce sólidos refrigerados a la cámara (3) y el conducto (17) conduce gas caliente de fluidización a la cámara (3) . Los combustibles sólidos granulosos se alimentan a las cámaras (2) y (3) a través de los conductos (18), y el gas de fluidización que contiene oxigeno, por ejemplo aire, se alimenta a través del conducto (19), entra primero en una cámara (20) distribuidora y fluye a continuación hacia arriba a través de una parrilla (21) a la cámara (2) . También es posible proporcionar otros puntos de alimentación para gases y sólidos. Como combustibles entran en consideración carbón de antracita, carbón mineral, lignito, madera o esquisto bituminoso. Adicionalmente al combustible sólido se pueden emplear también combustibles pastosos, líquidos o gaseosos, por ejemplo residuos de refinería o desechos diversos. Las temperaturas de combustión en las cámaras (2) y (3) de combustión turbulenta se encuentran en la gama del 700 a 950°C. Una suspensión caliente de gas-sólido abandona la cámara (2) ó (3) de combustión turbulenta por la región superior a través de una abertura (23) y llega al separador asociado en el cual se separan los sólidos en gran medida. Los gases calientes abandonan el separador a través del conducto (9) y se enfrían en la cámara (1) intercambiadora de calor. La cámara (1) esta equipada con una gran cantidad de elementos (24) intercambiadores de calor para la refrigeración indirecta del gas caliente, los cuales en el dibujo únicamente se representan en forma esquemática. Los elementos (24) sirven por una parte para producir vapor de agua a partir del agua de alimentación de la caldera, siendo que se puede producir simultánea o alternativamente vapor de alta presión con una presión en la gama de 70 a 350 bar y vapor de presión media con una presión de 20 a 80 bar. Uno o varios de los elementos (24) puede servir también para el precalentamiento del aire, el cual entonces se conduce como aire de combustión a una de las cámaras (2) o (3) de combustión turbulenta. La instalación esta destinada para altos rendimientos, por lo cual las partes individuales de la instalación tienen grandes dimensiones. La superficie de la sección transversal del espacio interno de la cámara (1) intercambiadora de calor, medida horizontalmente a media altura de la cámara (1) se encuentra en la gama de 150 a 500 m2. Para cada una de las cámaras (2) ó (3) de combustión turbulenta la superficie de la sección transversal horizontal interna medida a media altura por arriba de la parrilla (21j es de 50 a 300 m2. La altura de una cámara (2) o (3) medida por arriba de la parrilla (21) se encuentra en la gama de 20 a 60 m. La anchura (a) horizontal de las paredes comunes (la) y (lc), compárese la fig. 2, es de 10 a 40 .

Al sistema de combustión se puede conectar una planta eléctrica con una capacidad eléctrica de 200 MW o mas. Con el fin de aprovechar de la manera mas óptima posible el calor detectable del sistema de combustión es posible diseñar todas las paredes calientes como paredes tubulares de membrana a través de las cuales fluye el fluido refrigerante. El gas refrigerado que abandona la cámara (1) intercambiadora de calor a través de la salida (25) se conduce hacia una instalación depuradora de gas no ilustrada. Como ya se explicó en relación con las figs. 1 y 2, la instalación de la fig. 3 comprende una cámara (1) intercambiadora de calor central, dos cámaras (2) y (3) de combustión turbulenta y separadores (5) y (7). Los conductos (23a) comunican las cámaras (2) y (3) de combustión turbulenta con los separadores (5) y (7). Los símbolos de referencia iguales a los de las figuras 1 y 2 tienen aqui el significado indicado en aquelllas. Las cámaras de combustión turbulenta de la figura 3 están configuradas hacia abajo en forma de cuña. En el caso de la instalación de la fig. 3, entre la pared (la) externa de la cámara (1) intercambiadora de calor y la cámara (2) de combustión turbulenta existe una distancia máxima de 2 m, a través de la cual se conduce el conducto (11) hacia el enfriador (12) del lecho fluídizado.

La misma distanciei existe también entre la pared (lc) y la cámara (3) de combustión turbulenta. Mediante los separadores (5) y (7) que se disponen encima de las cámaras (2) y (3) se obtiene una forma de construcción elevada del bloque que requiere poca superficie de piso. En la planta industrial representada esquemáticamente en sección horizontal en la figura 4 se colocan alternativamente adyacentes dos cámaras (1) intercambiadoras ae calor y tres cámaras (2), (3) y (4) de combustión turbulenta. A los separadores se les proporcionaron los símbolos de referencia (5) a (8). Discrepando del arreglo en línea representado en la fig. 4 también es posible disponer las cámaras juntas y complementarlas mediante otras cámaras intercambiadoras de calor y/o cámaras de combustión turbulenta, siendo que el arreglo total resulta en una sección horizontal en forma de cruz, L ó T.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES 1. Sistema de combustión de lecho fluidizado con generación de vapor para quemar combustibles sólidos y para producir vapcr de agua, con una cámara intercambiadora de calor en la cual se disponen elementos intercambiadores de calor a través de los cuales fluye un fluido refrigerante, siendo que la cámara intercambiadora de calor comprende cuatro paredes exteriores verticales que encierran un espacio aproximadamente rectangular en la sección transversal, con una primera cámara de combustión turbulenta la cual se dispone ante una primera pared exterior de la cámara intercambiadora de calor, y con una segunda cámara de combustión turbulenta que se dispone ante una segunda pared exterior de la cámara intercambiadora de calor opuesta a la primera pared exterior, siendo que cada cámara de combustión turbulenta comprende conductos para la alimentación de combustible y aire de combustión, y con al menos un separador para separar los sólidos de una corriente de gas, el cual esta comunicado con la región superior de cada cámara de combustión turbulenta, siendo que el separador comprende un conducto de extracción conductor de gas que se comunica con la región superior de la cámara intercambiadora de calor, caracterizándose este sistema porque a cada cámara de combustión turbulenta se asocia al menos un enfriador de lecho fluidizado el cual se encuentra debajo de un separador y esta comunicado con este mediante un conducto que conduce sólidos, y siendo que cada enfriador de leche fluidizado esta comunicado con la cámara de combustión turbulenta asociada mediante al menos un conducto que conduce sólidos y/o gas, y porque la altura interior de la cámara intercambiadora de calor es de al menos 10 m y la altura interior de las cámaras de combustión turbulenta es de 10 a 60 m.
2. 2. Sistema de combustión de lecho fluidizado según la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia entre la primera cámara de combustión turbulenta y la primera pared exterior de la cámara intercambiadora de calor asi como la distancia entre la segunda cámara de combustión turbulenta y la segunda pared exterior de la cámara intercambiadora de calor es de 0 a 2 m.
3. 3. Sistema de combustión de lecho fluidizado según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de la sección transversal de cada una de ambas cámaras de combustión turbulenta, medida horizontalmente a media altura del espacio interno de la cámra es de 50 a 300 m2.
4. 4. Sistema de combustión de lecho fluidizado según la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio interior de las cámaras de combustión turbulenta primera y segunda tiene configuración aproximadamente rectangular en sección transversal horizontal.
5. 5. Sistema de combustión de lecho fluidizado según la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara intercambiadora de calor y las cámaras de combustión turbulenta tienen una anchura a de 10 a 40 m.
6. 6. Sistema de combustión de lecho fluidizado según la reivindicación 1, caracterizado porque a dos cámaras intercambiadoras de calor se asocian al menos tres cámaras de combustión turbulenta.