PT1726712E

PT1726712E - Caldeira de recuperação

Info

Publication number: PT1726712E
Application number: PT06112813T
Authority: PT
Inventors: Jussi Maentyniemi; Antti Raukola
Original assignee: Metso Power Oy
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2010-05-20
Also published as: ATE462826T1; DE602006013218D1; CA2543741A1; EP1726712A1; US7434543B2; FI122653B; EP1726712B1; FI20055193A; US20060249098A1; FI20055193A0; CA2543741C; ES2343815T3

Description

1

DESCRIÇÃO "CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO"

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A invenção refere-se a uma caldeira de recuperação, na qual se introduz licor residual para queimar e ar de combustão, compreendendo a caldeira de recuperação sobreaquecedores na sua parte superior para recuperar calor.

Numa caldeira de recuperação de uma fábrica de celulose, o licor preto formado durante o fabrico da celulose em pasta é queimado, de modo que, por um lado, se recupere energia térmica e, por outro lado, se recuperem químicos, que podem ser devolvidos ao processo que ocorre na fábrica de celulose. 0 calor é produzido na fornalha durante a combustão e é recuperado, utilizando paredes e outras superfícies de transferência de calor. As superfícies de transferência de calor são ligadas umas às outras de modos diferentes, para que tanto a caldeira de recuperação como uma conduta de gás de combustão posteriormente colocada sejam dotadas de diferentes superfícies de transferência de calor, como bancos de caldeiras e economizadores, permitindo que a água fria aqueça e depois evapore e, por fim, que o vapor saturado seja aquecido nos sobreaquecedores para o vapor de alta pressão ser sobreaquecido e satisfazer, assim, as necessidades da fábrica de celulose e produzir electricidade. 2

Em caldeiras de recuperação modernas, os sobreaquecedores são colocados acima de um chamado nariz na parte mais superior da caldeira de recuperação num espaço, através do qual os qases de combustão fluem da caldeira de recuperação para a conduta de gás de combustão. Os habituais sobreaquecedores são elementos suspensos a partir das partes superiores, que compreendem tubos verticais, em relação aos quais os gases de combustão fluem principalmente de modo transversal (ver eg US-A9 169 51 2).

Como ponto de partida teórico, é preferível que os sobreaquecedores mais quentes, ou seja, os últimos sobreaquecedores na direcção do fluxo do vapor, tenham sido colocados nos gases de combustão mais quentes possível. Isto nem sempre é possível, por exemplo devido à corrosão. No entanto, a capacidade de recuperação de calor de modernas caldeiras de recuperação devia ser melhorada em relação à actual, tendo simultaneamente em conta aspectos como o da corrosão.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO A presente invenção pretende providenciar uma caldeira de recuperação destas, na qual a capacidade de recuperação de calor da caldeira de recuperação e, especialmente, a potência dos sobreaquecedores sejam melhoradas, mantendo porém as propriedades de resistência contra a corrosão. A caldeira de recuperação de acordo com a invenção caracteriza-se pelo facto de existir nela, por baixo dos sobreaquecedores na parte superior da caldeira de recuperação, em vez de tubos de ecrã, um sobreaquecedor substancialmente horizontal, que é constituído por 3 elementos de sobreaquecedor formados essencialmente por tubos do sobreaquecedor horizontais, que estão verticalmente sobrepostos uns sobre os outros, e por elementos de sobreaquecedor transversalmente paralelos na caldeira de recuperação, de modo que praticamente todos os gases de combustão, que se formaram na fornalha da caldeira de recuperação, fluem pelo sobreaquecedor constituído pelos elementos de sobreaquecedor substancialmente horizontais, sendo o sobreaquecedor horizontal disposto de modo a funcionar como um sobreaquecedor primário da caldeira de recuperação.

Uma ideia primordial da invenção é que, em vez dos tubos de ecrã anteriormente utilizados, que contêm uma mistura saturada de água e vapor e que se deslocam pela caldeira de recuperação no nariz da mesma, sejam montados sobreaquecedores que contêm vapor para aquecer o vapor e para arrefecer o gás de combustão.

De acordo com uma versão da invenção, o sobreaquecedor constituído pelos elementos de sobreaquecedor funciona como o que é conhecido por sobreaquecedor primário, mantendo-se algumas das vantagens dos tubos de ecrã, como por exemplo o facto da temperatura do vapor nos tubos se aproximar da temperatura do vapor saturado.

Uma vantagem da invenção é que deste modo a superfície de transferência de calor dos sobreaquecedores aumenta sem ter de aumentar a chamada região do sobreaquecedor na parte mais superior da caldeira. A invenção permite obter, mais facilmente do que as soluções actualmente conhecidas, a elevada temperatura e os valores de pressão do vapor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS 4

Passamos a explicar em pormenor as versões da invenção através dos desenhos anexos, nos quais a figura 1 mostra esquematicamente uma vista lateral vertical em corte transversal de uma caldeira de recuperação da técnica anterior a figura 2 mostra esquematicamente uma vista lateral vertical em corte transversal de uma caldeira de recuperação, incluindo uma disposição de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS VERSÕES DA INVENÇÃO

As figuras 1 e 2 mostram esquematicamente uma vista lateral vertical em corte transversal de uma caldeira de recuperação. Em ambas as figuras são utilizados os mesmos números para designer componentes correspondentes, que só serão especificados à parte mais adiante, se isso for essencial à compreensão da solução em questão. A caldeira de recuperação inclui paredes 1, que são formadas pelos tubos soldados, de modo bem conhecido. Uma fornalha 2 permanece dentro das paredes e a parte superior da fornalha é dotada de um nariz 3 para guiar adequadamente os fluxos dos gases de combustão. Os sobreaquecedores 4a -4d constituídos por tubos são colocados acima do nariz 3 na parte superior da caldeira de recuperação. Os sobreaquecedores 4a - 4d são elementos constituídos por vários tubos verticais paralelamente posicionados. Vários desses elementos são paralelamente posicionados na direcção transversal da caldeira de recuperação. 0 vapor flui nos 5 sobreaquecedores 4a - 4d, sendo aquecido quando os gases de combustão quentes aquecem os tubos por fora. Actualmente, são por norma posicionados tubos de ecrã 5 por baixo dos sobreaquecedores 4a - 4d no nariz 3. Os tubos de ecrã são posicionados relativamente afastados uns dos outros no sistema de tubos de ecrã 5 e a água saturada circula ai, evaporando parcialmente sob o impacto dos gases de combustão, que fluem ao lado dos tubos de ecrã. Correspondentemente, isto faz descer a temperatura dos gases de combustão antes de chegarem aos sobreaquecedores. Além disso, os tubos de ecrã protegem os sobreaquecedores 4a-4d contra uma radiação directa da fornalha.

Também está incluido na água e no sistema de vapor de uma caldeira de recuperação aquilo que é conhecido por cilindro 6, dotado de água e vapor. A partir do cilindro 6, a água e o vapor correspondente são guiados ao longo de diferentes sistemas de tubos para os tubos, que constituem as paredes da caldeira e para as diferentes superfícies de transferência de calor, para aquecer a água e para sobreaquecer o vapor. 0 vapor saturado flui do cilindro 6, através de um sistema de tubos de vapor saturado 7, até uma primeira fase de sobreaquecedores, ou seja, um chamado sobreaquecedor primário. Em alguns casos, o número de cilindros 6 pode ser mais que um. Os tubos descendentes 8 afastam-se do cilindro 6 em direcção a tubagens de baixa circulação 9 na parte inferior da caldeira de recuperação. As paredes 1, os sobreaquecedores 4a-4d e os tubos de ecrã 5 da caldeira de recuperação são conhecidos por superfícies de transferência de calor. Estas superfícies de transferência de calor são dotadas de tubos espaçados entre si ou são soldadas para 6 formarem paredes fechadas, como as paredes 1 da caldeira. A água ou o vapor fluem dentro das superfícies de transferência de calor, sendo aquecidos sob o impacto da combustão que ocorre fora das superfícies de transferência de calor ou sob o impacto de gases quentes.

Depois da região do sobreaquecedor da caldeira de recuperação, é fornecida uma conduta de gases de combustão 10, que compreende normalmente superfícies de transferência de calor constituídas por elementos compostos por tubos paralelos e normalmente suspensos a partir das suas extremidades superiores, que são habitualmente designadas pelo que é conhecido por bancos de caldeira ou economizadores 11 a - 11 c. O gás de combustão, que chega da parte superior da caldeira de recuperação, flui para o banco da caldeira 11 a de cima para baixo, e a partir dessa parte inferior para a parte da conduta que se segue 10b, através da qual o gás de combustão flui para cima para a parte da conduta 10c e para o economizador 11 b aí posicionado e, a partir daí, para baixo. Passando pela parte da conduta lOd, o gás de combustão sobe novamente para a parte da conduta que se segue lOe e para o economizador 11c aí posicionado, através do qual o gás desce. O número e posicionamento dos bancos da caldeira e dos economizadores pode variar, dependendo da implementação e fabrico da caldeira de recuperação. Os economizadores permitem pré-aquecer a água que será introduzida na caldeira de recuperação com gases de combustão já arrefecidos para melhorar a capacidade de recuperação de calor da caldeira de recuperação na sua globalidade. A água exigida para substituir a água descarregada como vapor da caldeira de recuperação é, normalmente, introduzida no 7 fluxo de gases de combustão para a extremidade inferior do último economizador ao longo de um canal 12, e a água flui para cima ao longo do economizador contra o fluxo dos gases de combustão. Os economizadores 11b e 11c são, por sua vez, ligados em série, de modo que a água parcialmente aquecida flui da extremidade superior do economizador 11b para a extremidade inferior do economizador 11b e, mais uma vez, para cima dentro do economizador 11b. A água parcialmente aquecida é guiada da extremidade superior do economizador 11 b para o cilindro 6 ao longo de um canal 13. A estrutura e utilização destes bancos da caldeira e economizadores lla-llc e o seu posicionamento na conduta de gases de combustão 10, assim como, os sistemas de tubos associados são, geralmente, bem conhecidos e óbvios aos profissionais na matéria e, por isso, não requerem uma descrição detalhada. Os tubos de ecrã 5 fazem normalmente parte do banco da caldeira 11a na primeira parte da conduta, pelo que alguns dos tubos no banco da caldeira 11a são dobrados e guiados para se deslocarem pela fornalha da caldeira de recuperação no nariz 3. A água aquecida é conduzida, a partir do cilindro 6, ao longo dos sistemas de tubos (14 e 15) para os tubos de ecrã 5 e para a extremidade inferior do banco da caldeira 11a. Obviamente que os tubos 14 não passam pela fornalha, mas fora da caldeira de recuperação. A partir da extremidade superior do banco da caldeira 11a, a mistura de água e vapor flui ao longo de um sistema de tubos 16 para o cilindro 6. O vapor saturado flui, por conseguinte, do cilindro 6 ao longo do sistema de tubos 7 para um primeiro sobreaquecedor 4a, ou seja, um sobreaquecedor primário. A partir daqui, o vapor saturado continua a fluir para um 8 segundo sobreaquecedor 4b, e depois para um terceiro sobreaquecedor 4c, que se encontra primeiro na direcção do fluxo do gás de combustão, e dai para um sobreaquecedor final 4d, que se situa entre o segundo e o terceiro sobreaquecedor, fluindo, a partir daí, para fora ao longo de um canal de vapor 17 para ser utilizado numa localização adequada do processo.

As paredes 1 da caldeira de recuperação são dotadas de bocais 18, pelos quais o licor residual (normalmente licor preto), que se formou durante o processo na fábrica de celulose, é introduzido na caldeira de recuperação para combustão. As paredes da caldeira de recuperação são também dotadas de bicos de jacto de ar 19 para introduzir o ar necessário para a combustão na caldeira de recuperação. 0 ar pode ser introduzido de diferentes maneiras bem conhecidas, a partir de diferentes partes da caldeira de recuperação. Todas as diferentes uniões de tubos, a circulação de água e vapor nos sistemas de tubos e sobre as superfícies de transferência de calor, assim como, a introdução de resíduos e de ar são, geralmente, soluções do conhecimento geral e óbvias para os profissionais na matéria e, por isso, não requerem aqui uma descrição detalhada. A figura 2 mostra uma vista lateral vertical de uma caldeira de recuperação em corte transversal, na qual se aplica a solução da invenção. Ao contrário da implementação apresentada na figura 1, os tubos do banco da caldeira 11a, que se encontram na primeira parte da conduta 10a, já não são dobrados para dentro da fornalha da caldeira de recuperação, continuando em vez disso a direito para baixo, de modo que a forma e o corte transversal do banco da 9 caldeira 11 a localizado na primeira parte da conduta são, preferencialmente, uniformes com o seu comprimento total. Os tubos de ecrã são substituídos por um sobreaquecedor 20, constituído por elementos paralelos do sobreaquecedor na direcção transversal da caldeira de recuperação formada por tubos horizontais sobrepostos uns sobre os outros na direcção vertical. O sobreaquecedor 20 é composto por elementos do sobreaquecedor e é suportado pelas suas duas extremidades na estrutura da caldeira de recuperação, ou seja, por exemplo na parede frontal e correspondentemente no nariz 3, como é do conhecimento geral. O sobreaquecedor 20 pode ser colocado ligeiramente oblíquo em relação à direcção horizontal, mas é substancialmente horizontal. O sobreaquecedor 20 pode ser adequadamente operado na direcção do fluxo do vapor como um primeiro sobreaquecedor, que é conhecido por sobreaquecedor primário, no qual o vapor saturado guiado para o cilindro na primeira fase é sobreaquecido ou aquecido. Para o efeito, o tubo 7 condutor de vapor saturado está, por exemplo, ligado a uma extremidade do sobreaquecedor 20 e o vapor flui sobreaquecido para fora da extremidade oposta do sobreaquecedor 20 pelo sistema de tubos 21 para o sobreaquecedor, de onde o vapor flui, como anteriormente ilustrado na figura 1, para a frente e é descarregado dos sobreaquecedores pelo sistema de tubos 17. A baixa temperatura do vapor faz com que o este fique num estado saturado ou aproximado. Além disso, como resultado da baixa temperatura, a corrosão dos tubos do sobreaquecedor permanece relativamente baixa. A baixa temperatura provoca ainda o arrefecimento adequado dos 10 gases de combustão, antes de chegarem aos sobreaquecedores 4a-4d localizados na extremidade superior da caldeira de recuperação, reduzindo assim o seu risco de corrosão. 0 sobreaquecedor 20 protege também os sobreaquecedores 4a-4d da radiação directa da fornalha. 0 número de elementos incluídos no sobreaquecedor 20 pode variar de diferentes maneiras em função do caso, mas o seu número tem de permitir que eles consigam aquecer suficientemente o vapor e arrefecer os gases de combustão para os sobreaquecedores 4a-4d na parte superior. Uma vez que o vapor pode ser sobreaquecido durante mais fases do que anteriormente e numa região maior da superfície de transferência de calor dos sobreaquecedores, é mais fácil providenciar vapor com uma determinada temperatura e aumentar a eficácia global da caldeira de recuperação.

Os elementos do sobreaquecedor que compõem o sobreaquecedor 20 também podem situar-se na direcção da parede frontal entre a parede frontal e o nariz, tendo de ser correspondentemente suportados ou fixados a partir das suas extremidades no lado das paredes laterais. A ligação do sobreaquecedor através de tubos a outro sistema de água e vapor é trivial e é uma solução óbvia aos profissionais na matéria, não precisando, por isso, de ser explicada com mais pormenor. A invenção foi explicada na descrição anterior e nos desenhos apenas a título exemplificativo, não se restringindo porém a isso. Essencial é que um sobreaquecedor composto por elementos suportados por ambas as suas extremidades na caldeira de recuperação seja, substancialmente, formado na horizontal por tubos 11 essencialmente horizontais por baixo dos sobreaquecedores normais para sobreaquecer o vapor. 12

DOCUMENTOS APRESENTADOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista dos documentos apresentados pelo requerente foi exclusivamente recolhida para informação do leitor e não faz parte do documento europeu da patente. Apesar de ter sido elaborado com o máximo cuidado, o IEP não assume, porém, qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos da patente apresentados na descrição US 31 6951 2 A [0003]

Lisboa, 12/05/2010

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma caldeira de recuperação, onde é introduzido licor residual por queimar e ar de combustão, compreendendo o dispositivo sobreaquecedores (4a-4d) na parte superior da caldeira de recuperação para recuperar calor, caracterizada pelo facto de na caldeira de recuperação por baixo dos sobreaquecedores (4a-4d) na parte superior da caldeira de recuperação, existir, em vez de tubos de ecrã, um sobreaquecedor substancialmente horizontal (20), que é composto por elementos de sobreaquecedor constituídos por tubos de sobreaquecedor substancialmente horizontais, que se sobrepõem verticalmente uns sobre os outros, e por elementos de sobreaquecedor transversalmente paralelos na caldeira de recuperação, de modo que praticamente todos os gases de combustão que se formaram na fornalha da caldeira de recuperação, fluem pelo sobreaquecedor (20) composto pelos elementos de sobreaquecedor substancialmente horizontais, e pelo facto de o sobreaquecedor horizontal (20) estar preparado para funcionar como um sobreaquecedor primário da caldeira de recuperação.

2. Uma caldeira de recuperação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de os elementos do sobreaquecedor (20) serem montados entre um nariz (3) da fornalha e a parede frontal, transversalmente em relação à parede frontal e suportados pelas suas extremidades no lado do nariz (3) e correspondentemente no lado da parede frontal. 2

3. Uma caldeira de recuperação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de os elementos do sobreaquecedor (20) serem montados entre o nariz (3) e a parede frontal na direcção da parede frontal e suportados pelas suas extremidades no lado das paredes frontais. Lisboa, 12/05/2010 1/2

FÍG. 1 2/2

RG.2