ES2251685T3 - Construccion de rejillar para reactor de lecho fluidizado y procedimiento de retirada de material grueso de un reactor de lecho fluidizado. - Google Patents
Construccion de rejillar para reactor de lecho fluidizado y procedimiento de retirada de material grueso de un reactor de lecho fluidizado.Info
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Abstract
Sin embargo, la presente construcción de rejilla -20- suministra un dispositivo y un procedimiento eficiente nuevo para el transporte del material grueso hacia el conducto de descarga -34-, como se muestra con
Description
Construcción de rejilla para reactor de lecho
fluidizado y procedimiento de retirada de material grueso de un
reactor de lecho fluidizado.
La presente invención hace referencia a una
construcción de rejilla para un reactor de lecho fluidizado y a un
procedimiento de utilización de dicha construcción de rejilla para
la retirada del material grueso de la parte inferior de un reactor
de lecho fluidizado. Más particularmente la presente invención hace
referencia a una construcción de rejilla durable optimizada para
una retirada eficiente y segura del material grueso de un reactor
de lecho fluidizado.
Los reactores de lecho fluidizado comprenden una
cámara de reacción, definida por paredes verticales, teniendo un
lecho fluidizado de partículas sólidas mantenido en su interior, una
caja de viento en una parte inferior del reactor debajo de la
cámara de reacción, y una construcción de rejilla entre la cámara de
reacción y la caja de viento para soportar el lecho fluidizado en
la cámara de reacción. En la construcción de rejilla, hay medios
típicos, tales como toberas para la distribución de aire de
fluidización u otro gas al interior de la cámara de reacción desde
la caja de viento.
Los reactores de lecho fluidizado son utilizados
para diferentes procesos, tales como combustión o gasificación de
combustibles sólidos, las cuales pueden producir materiales de
residuos gruesos los cuales se acumulan en la parte inferior de la
cámara del reactor, es decir, sobre la rejilla. La acumulación de
material grueso puede ser un problema especialmente cuando
combustibles sólidos ricos en materiales no combustibles tales como
piedras o fragmentos de hierro, son procesados en la cámara del
reactor, o cuando los procesos generan dicho material grueso,
tales, como por ejemplo aglomeraciones de cenizas. El material
grueso acumulado sobre la rejilla deberá de ser retirado antes de
que el mismo actúe en detrimento con funcionamiento del lecho
fluidizado, por ejemplo, impidiendo la apropiada distribución del
gas de fluidización o del gas de procesamiento en el interior de la
cámara de reacción. Por ello, es necesario un equipamiento efectivo
en los reactores de lecho fluidizado para una retirada adecuada del
material grueso de la parte inferior del reactor. Normalmente al
menos un conducto de descarga está previsto en la parte inferior de
la cámara del reactor para la retirada de los sólidos (es decir del
material grueso) desde el reactor.
Sin embargo, un canal de descarga de material
convencional o unas pocas tuberías de salida de material situadas
en la parte inferior de la cámara del reactor, a menudo no son
suficientes para una retirada efectiva del material grueso, puesto
que el movimiento al azar generado por el aire de fluidización no es
capaz de transportar las piezas pesadas o conformadas
desfavorablemente, horizontalmente para largas distancias. También,
la migración de material a lo largo de la parte inferior de la
cámara del reactor es impedida especialmente cuando la parte
inferior tiene toberas de aire de proyección ascendentemente u otras
irregularidades, en las cuales el material grueso puede
adherirse.
Un intento para mejorar la retirada de material
de la parte inferior de un lecho fluidizado es el de utilizar
toberas de aire de fluidización direccional, las cuales, mediante
soplado, guían el material hacia la abertura o conducto de
descarga, como se describe por ejemplo en la Patente U.S. 5.395.596.
Sin embargo las toberas de aire separadas son propensas a la
erosión y el material puede adherirse en el interior de las
toberas.
Otra aproximación es la de que la parte inferior
de la cámara del reactor pueda estar escalonada o inclinada hacia
abajo hacia la salida. Por lo cual la gravitación ayuda a la
migración horizontal del material. Una solución de esta clase ha
sido presentada por ejemplo, en la Patente No. 4,372.228. El
problema con estas soluciones puede ser sin embargo, la abrasión de
las toberas y de las regiones en su proximidad, causado por el
material desplazable y por el aire de transporte siendo suministrado
a una alta velocidad. Es también difícil el asegurar un suministro
de aire uniforme sobre la totalidad del área de rejilla debido a las
diferentes presiones de lecho en las diferentes toberas, al menos
cuando la parte inferior tiene diferencias de nivel
significativas.
La patente U.S. No. 4,748,916 describe una tobera
con una parte superior sustancialmente horizontal, y una
disposición de tales toberas dispuestas en la parte inferior de un
combustor de lecho fluidizado. Las toberas dirigen dos chorros de
aire divergentes desde sus extremos frontales horizontalmente hacia
áreas entre toberas adyacentes. La finalidad de esta patente es la
de suministrar una tobera durable la cual suministre aire en una
forma tal que el material grueso pueda ser desplazado a lo largo de
la parte inferior del lecho. Sin embargo, la construcción
suministra un campo de velocidad de fluido altamente variable en la
parte inferior, y por tanto, hay el riesgo de erosión o de
acumulación de partículas gruesas en las áreas de baja
velocidad.
Como puede deducirse de la anterior descripción
de la técnica anterior, hay una necesidad de una nueva construcción
de rejilla mediante la cual cenizas gruesas y otros materiales no
combustibles puedan ser transportados segura y eficientemente para
la retirada de cenizas desde el área inferior completa de un reactor
de lecho fluidizado.
Un objeto de la presente invención es por tanto
el suministrar una construcción de rejilla perfeccionada en la cual
los inconvenientes anteriormente mencionados han sido
minimizados.
Un objeto especial de la presente invención es la
de suministrar una construcción de rejilla durable con descarga de
material grueso perfeccionada.
Otro objeto de la presente invención es el de
suministrar una construcción de rejilla, en la cual la adherencia
del material de fluidización a las toberas ha sido minimizada.
Con el fin de alcanzar estos y otros objetos de
la presente invención, un nuevo aparato y procedimiento han sido
suministrados, tal y como son descritos en las adjuntas
Reivindicaciones.
Por lo tanto, de acuerdo con la presente
invención, una construcción de rejilla para un reactor de lecho
fluidizado es suministrada, comprendiendo el reactor una cámara de
reacción definida por paredes sustancialmente verticales en la cual
un lecho fluidizado de partículas sólidas es mantenido, y una caja
de viento debajo de la cámara de reacción en una parte inferior del
reactor, estando posicionada la construcción la construcción de
rejilla entre la cámara de reacción y la caja de viento y
comprendiendo al menos un conducto de descarga para la retirada del
material grueso de la cámara de reacción, lineas de toberas
múltiples teniendo estructuras continuas suministrando superficies
lisas para la distribución de gas de fluidización desde la caja de
aire al interior de la cámara de reacción, para la suspensión del
lecho fluidizado en la cámara de reacción, y canales continuos entre
las lineas de toberas, comprendiendo cada linea de tobera múltiples
salidas de gas, teniendo una dirección de fluido de gas principal,
en una cara lateral de una linea de tobera respectiva, para la
dirección de chorros de gas de fluidización hacia un canal
adyacente y formando la dirección de fluido de gas principal de las
múltiples salidas de gas un ángulo con la normal de un canal
adyacente para así dirigir el material sólido a lo largo del canal
hacia al menos uno de los conductos de descarga.
También, de acuerdo con la presente invención, un
procedimiento para la retirada de material grueso de un reactor
lecho fluidizado es suministrado, en el cual el procedimiento
comprende las fases de:
(a) mantenimiento de un lecho fluidizado de
partículas sólidas en una cámara de reacción de un reactor de lecho
fluidizado mediante la inyección de chorros de gas de fluidización
desde una caja de viento en una parte inferior del reactor al
interior de la cámara de reacción a través de una construcción de
rejilla, incluyendo la construcción de rejilla múltiples lineas de
toberas teniendo estructuras continuas suministrando unas
superficies lisas para la distribución de gas de fluidización desde
la caja de viento al interior de la cámara de reacción para la
suspensión del lecho fluidizado en la cámara de reacción, y b)
retirada del material grueso desde la parte inferior de la cámara
de reacción, en la cual la fase (b) comprende el transporte del
material grueso a lo largo de múltiples canales dispuestos en la
construcción de rejilla entre lineas de toberas múltiples mediante
corrientes de gas combinadas formadas desde los chorros de gas.
La construcción de rejilla de acuerdo con la
presente invención, comprendiendo lineas de toberas y canales entre
las lineas de toberas, difieren de la llamada rejilla de barras de
aire en que en la presente invención los canales son generalmente
estancos a los sólidos y, por tanto el material grueso no cae entre
las lineas de toberas a un embudo de recolección debajo de la
rejilla. Una función esencial de la rejilla es la de suministrar
medios para el transporte de material grueso horizontalmente a lo
largo de los canales a, por ejemplo un conducto de descarga. Las
lineas de toberas y los canales son simples, suministrando
estructuras continuas de superficies lisas y un campo de velocidad
de fluidización bien definido para así transportar el material
grueso eficientemente y en forma segura sobre la rejilla.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, las lineas de toberas múltiples comprenden
unidades de toberas múltiples teniendo caras laterales y caras
extremas, en las cuales unidades de toberas sucesivas están en
contacto mutuo en sus caras extremas para así formar una de las
múltiples lineas de toberas.
Preferiblemente, las lineas de toberas comprenden
salidas de gas en dos de sus caras laterales opuestas para la
dirección de chorros de gas de fluidización y dos canales
adyacentes. La dirección de fluido de las salidas de gas puede ser
sustancialmente horizontal, para así formar un chorro de gas
sustancialmente horizontal. Mediante la utilización de chorros de
gas horizontal, la eficiencia de la transferencia de material a lo
largo de la parte inferior de la cámara de reacción es maximizada.
Sin embargo, con algunos materiales puede ser ventajoso el tener
una dirección de fluido de gas inclinada ligeramente hacia abajo,
por ejemplo, mediante alrededor de cinco a diez grados, con el fin
de minimizar el riesgo de desplazamiento hacia atrás del material a
la caja de aire o al interior de las unidades de toberas.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, la construcción de rejilla comprende uno o mas
conductos de descarga para la retirada de material grueso desde la
cámara de reacción, y la dirección de fluido de las salidas de gas
forma un ángulo con la normal de un canal adyacente para así dirigir
el material sólido a lo largo del canal hacia un conducto de
descarga. Preferiblemente, la construcción de rejilla consta de
varias áreas de rejilla comprendiendo lineas de toberas y canales
paralelas, teniendo de esta forma una determinada dirección de
fluido del material. Las áreas de rejilla están dispuestas de forma
que el material grueso es eventualmente recolectado desde la
totalidad del área de rejilla a los conductos de descarga.
Los canales de salida de gas de las toberas
pueden tener una sección transversal circular. Sin embargo, con el
fin de obtener una distribución de aire muy uniforme en los canales,
las salidas de gas son preferentemente horizontales, es decir su
anchura horizontal es mucho más grande que su respectiva altura. La
anchura de las salidas de gas es preferiblemente al menos cuatro
veces su altura respectiva. Alternativamente, las salidas de gas
pueden comprender varias aberturas más pequeñas en una hilera. La
anchura de las salidas de gas pueden cubrir una porción sustancial
de las caras laterales de las unidades de toberas. La anchura total
horizontal de las salidas de gas en una cara lateral de una linea
de toberas se extiende preferiblemente al menos alrededor de 20%,
más preferiblemente al menos el 40% de la dimensión horizontal total
de la cara lateral de la linea de tobera respectiva.
Con el fin de suministrar el gas a las salidas de
gas, las unidades de toberas pueden comprender un conducto vertical
en una conexión de fluido con la caja de viento y las salidas de
gas. Las aberturas o canales de salida de gas pueden estar
conectados directamente al conducto vertical. Sin embargo,
especialmente cuando se utilizan salidas de gas planas, las
unidades de toberas pueden comprender un canal central
sustancialmente horizontal conectando el conducto vertical y las
salidas de gas. El canal central puede tener un área de sección
transversal vertical disminuyendo en la dirección de fluido para así
suministrar una velocidad de fluido uniforme en las salidas de gas
planas.
Una velocidad de fluido uniforme es muy
importante puesto que fluidos de retorno hacia la unidad de toberas
pueden de otra forma ser generados en algunas porciones de las
salidas. Un fluido de retorno puede acumular el material en el
interior de las toberas y producir una erosión rápida de las
toberas. Una velocidad de fluido no uniforme implicaría una
velocidad de fluido innecesariamente alta en alguna parte del chorro
de gas, lo cual incrementaría el riesgo de erosión debido al golpeo
en el interior de una superficie adyacente, por ejemplo la cara
lateral de una tobera del lado opuesto de un canal adyacente.
El campo de velocidad de fluido suministrado por
las toberas afecta fuertemente la eficiencia de transferencia de
material grueso en la parte inferior del reactor. Mediante la
utilización de la presente invención, una velocidad de fluido bien
definida puede ser suministrada. Cuando optimiza el número, tamaño y
formas de las salidas de gas, el fluido de gas en los canales es
bien dirigido a lo largo del canal y tiene una velocidad
relativamente constante, por ejemplo 30-50 m/s.
Inmediatamente por encima de los canales y de las lineas de
toberas, el fluido de gas es todavía bien dirigido y tiene una
velocidad de por ejemplo, l0/30 m/s. Por encima de la base del
reactor, la dirección principal del fluido de gas es hacia arriba y
la velocidad es a un nivel de velocidad de fluidización superficial
por ejemplo 2-8 m/s.
Las velocidades de fluido necesitan una
aplicación especifica dependiendo de los materiales y de la
construcción del reactor utilizado en la aplicación. Con la
presente construcción de rejilla, los materiales sólidos gruesos
son transportados eficientemente en la parte inferior del reactor
sin velocidades de fluido muy altas en las salidas de las toberas.
De esta forma, el riesgo de erosión de la rejilla es minimizado. Con
la presente construcción, las velocidades de fluido pueden ser
fácilmente optimizadas mediante la variación de las dimensiones de
las salidas de gas de las toberas o de la presión de la caja de
aire.
Las salidas de gas pueden ser simples aberturas o
canales teniendo una longitud axial suficiente y paredes laterales
las cuales definen la dirección de fluido de la salida. Sin embargo,
con algunas construcciones de unidades de toberas de acuerdo con la
invención, es ventajoso el tener elementos de guiado en el interior
de los canales de salida de gas con el fin de mejorar la dirección
de los chorros de gas. Dichos elementos de guiado pueden ser
utilizados por ejemplo cuando son utilizadas salidas de gas
horizontal anchas, cubriendo la mayoría de las caras laterales con
el fin de distribuir el gas uniformemente a través de los
canales.
Las toberas de fluidización de gas pueden tener
una caída de presión suficiente con el fin de garantizar una
fluidización estable y uniforme en la cámara del reactor. De acuerdo
con una realización preferida de la presente invención la caída de
presión principal de las toberas es suministrada mediante una placa
de control dispuesta en una parte superior del tubo de aire
vertical, preferiblemente en el canto superior del tubo.
Preferiblemente, la placa de control tiene un orificio, el tamaño
del cual puede ser regulado para obtener la caída de presión
requerida. Cuando se utilizan toberas de aire en una base inclinada
las caídas de presión pueden ser diferentes para las toberas a
elevaciones diferentes de la base con el fin de suministrar una
escala de fluido de gas uniforme a través de las toberas.
Con una placa de control, la caída de presión de
las toberas a elevaciones altas de la base puede ser fácilmente
reguladas para ser más alta que la caída de presión de las toberas
de las elevaciones más bajas.
Como una alternativa a la placa de control en la
porción superior de los tubos de aire verticales, la caída de
presión de las toberas puede también ser regulada en algunas otras
áreas de la construcción. La caída de presión puede ser regulada
mediante una constricción en la parte inferior del conducto de aire
vertical en el canal central, o en las aberturas de salida de las
toberas. Sin embargo, una constricción en la parte inferior del
conducto de aire incrementa el riesgo de retorno hacia atrás y una
constricción en el canal central de las aberturas de salida puede
perjudicar la distribución uniforme de la corriente de gas.
Las unidades de tobera están ventajosamente
hechas mediante fundición. Las mismas pueden estar hechas de metal
fundido o de un fundido refractario. Cuando las unidades de tobera
están hechas de un metal refractario y los canales están cubiertos
por un refractario, una construcción de rejilla extremadamente
durable es formada. Sin embargo, puesto que las toberas de la
rejilla son utilizadas típicamente en condiciones muy duras, después
de un tiempo de funcionamiento las mismas tienen que ser
reemplazadas por nuevas toberas. Por lo tanto, un sustitución
rápida es una característica esencial de las toberas de la rejilla.
Debido a una forma general ventajosa de las presentes toberas, las
mismas pueden ser instaladas mediante varias formas ventajosas. Una
posibilidad es la de fijar las toberas directamente al conducto de
aire vertical mediante un pasador a través de las toberas. Otra
posibilidad es la de instalar las toberas mediante aletas en los
laterales de las toberas. Cuando la instalación ha sido efectuada,
las toberas son ventajosamente inmersas en el material refractario,
cubriendo los medios de fijación y extendiéndose por encima del
nivel del canto inferior de las aberturas de salida.
El resumen de la descripción anterior, así como
otros objetos, características y ventajas de la presente invención
serán apreciadas más completamente mediante referencia a la
siguiente descripción detallada de las realizaciones presentemente
preferidas de acuerdo con la presente invención, pero simplemente
ilustrativas, tomadas en conjunción con los adjuntos dibujos, en
los cuales:
La Figura 1, es una vista en sección transversal
esquemática de un reactor de lecho fluidizado con una construcción
de rejilla de acuerdo con la presente invención.
La Figura 2, es una vista esquemática de un
porción de construcción de rejilla de acuerdo con la presente
invención.
La Figura 3a, es una vista en sección transversal
horizontal, esquemática de las unidades de tobera de acuerdo con
una primera realización de la presente invención.
La Figura 3b es una vista lateral parcialmente en
sección transversal, esquemática de una unidad de tobera de acuerdo
con la primera realización de la presente invención.
La Figura 3c, es una vista en sección transversal
vertical, esquemática, de una unidad de tobera de acuerdo con la
primera realización de la presente invención.
La Figura 3d, es otra vista en sección
transversal vertical, esquemática, de una unidad de tobera de
acuerdo con la primera realización de la presente invención.
La Figura 4a es una vista en sección transversal
horizontal esquemática de una unidad de tobera de acuerdo con una
segunda realización de la presente invención.
La Figura 4b, es una vista lateral esquemática de
una unidad de tobera de acuerdo con la segunda realización de la
presente invención.
La Figura 5a es una vista en sección transversal
horizontal esquemática de una unidad de tobera de acuerdo con una
tercera realización de la presente invención.
La Figura 5b es una vista lateral esquemática de
una unidad de tobera de acuerdo con la tercera realización de la
presente invención.
La Figura 5c es una vista en sección transversal
esquemática de una unidad de tobera de acuerdo con la tercera
realización de la presente invención.
La Figura 1, representa, en una sección
transversal vertical, un reactor de lecho fluidizado (10) con una
cámara de reacción (12) definida mediante las paredes verticales
(14) en las cuales un lecho fluidizado (16) de partículas sólidas
es mantenido en una parte inferior del reactor (10), debajo de la
cámara del reactor (12),hay una caja de viento (18). Entre la
cámara de reacción (12) y la caja de viento (18) está posicionada
una rejilla (20) para la suspensión del lecho fluidizado (18) en la
cámara de reacción. El lecho (16) es mantenido en un estado de
fluidización mediante la introducción de gas de fluidización a
través de los medios de entrada de gas de fluidización a la caja de
viento (18) desde donde el gas es inyectado a la cámara de reacción
(12) a través de lineas de tobera (24) dispuestas en la rejilla
(20).
La Figura 1, muestra un reactor de lecho
fluidizado rápido, en el cual la velocidad del gas de fluidización
en la cámara de reacción (12) esta alta que las partículas sólidas,
tales como combustible sólido, posibles absorbentes y material de
lecho inerte, son arrastradas con el gas de fluidización a la parte
superior de la cámara de reacción (12) y a través de la abertura de
salida (26) a un ciclón (28). En el ciclón (28), la mayoría de las
partículas sólidas arrastradas con los gases de combustión son
separadas de los gases de combustión. De esta forma los gases de
combustión limpios son descargados a través de una descarga de gas
(30) y las partículas sólidas separadas son retornadas a la cámara
de reacción (12) a través de un conducto de retorno (32).
Alternativamente, el reactor (10) podría ser de cualquier otro tipo
de reactor de lecho fluidizado, tal como un reactor de lecho
fluidizado lento.
Los procesos que tienen lugar en la cámara de
reacción (12), tal como combustión o gasificación de combustible
sólido, producen normalmente material residual fino, tal como
cenizas o carbones, lo cual es debido al gas de fluidización
estando en constante movimiento vigoroso y puede ser retirado de la
cámara de reacción (12) a través del conducto de descarga (34). Sin
embargo, los procesos en la cámara de reacción (12) pueden también
generar material sólido grueso, tales como aglomerados de cenizas,
los cuales descienden a la parte inferior de la cámara (12), y
solamente son llevados a la salida (34) con unas medidas especiales.
Los materiales sólidos introducidos en la cámara de reacción (12) a
través de medios de entrada (36) pueden también incluir partículas
sólidas gruesas, tales como piedras o pedazos fragmentos de hierro,
que tienen que ser retirados de la parte inferior de la cámara (12)
con el fin de ayudar a la migración de material sólido de la base de
la cámara de reacción (12), la rejilla (20) puede estar inclinada
hacia el conducto de descarga (34), como se muestra en la Figura 1.
Sin embargo, la presente construcción de rejilla (20) suministra un
dispositivo y un procedimiento eficiente nuevo para el transporte
del material grueso hacia el conducto de descarga (34), como se
muestra con mayor detalle en la Figura 2.
La Figura 2, ilustra una porción de una
construcción de rejilla (40) de acuerdo con la presente invención.
La construcción de rejilla (40) comprende unidades de toberas (42)
teniendo caras extremas (44) y caras laterales (46). Las unidades
de toberas (42) forman lineas de toberas continuas (48), (48')
mediante estar en contacto mutuo por sus caras extremas (44). Las
lineas de toberas (48), (48') son preferentemente lineas sólidas
simples sin protusiones o rebajos las cuales causarían modelos de
fluido de aire no uniforme e inestable. Dichos modelos de fluido de
aire no uniforme e inestable perjudicarían el fluido del material
sólido en la rejilla, e incrementarían el riesgo de erosión de la
construcción de rejilla (40). Un canal (50), es decir una porción
lineal suave de la rejilla (40) a un nivel más bajo que la parte
superior de las lineas de toberas (48), 48'), es formado entre cada
par de lineas de toberas paralelas adyacentes (48), (48').
Las caras laterales (46) de las unidades de
toberas (42) comprenden salidas de gas (52), a través de las cuales
chorros de gas de fluidización (54) son inyectados a los canales
adyacentes (50), (50'). Las salidas de gas (52) están formadas
preferiblemente de forma que las mismas dirigen los chorros de gas
(54) en un ángulo, de por ejemplo, alrededor de 20 grados a
alrededor de 70 grados con respecto de la normal del canal adyacente
(50), 50'). De esta forma, los chorros de gas (54) forman en cada
canal (50), (50') una corriente de gas combinada (56) la cual
desplaza el material sólido grueso de forma eficiente a lo largo del
canal (50), (50') hacia una abertura de descarga de material sólido
(58).
Las corrientes de gas combinado (56) pueden
conducir directamente el material sólido a la abertura de descarga
(58) o al área de recolección (60) donde el material recogido desde
los diferentes (50), (50') es transportado hacia las aberturas de
descarga (58), por una corriente de gas eficiente (62). Dicha
corriente de gas eficiente puede ser suministrada, por ejemplo, por
aberturas de salidas de gas especiales (64) en las caras extremas
(44') de las unidades de toberas (42), adyacentes al área de
recolección (60). La parte inferior del área de recolección (60)
puede estar inclinada hacia la abertura de descarga (58). El área de
recolección (60) puede también comprender lineas de toberas (66)
perpendiculares a las primeras lineas de toberas (48).
Como es obvio para una persona experta en la
técnica, hay varias formas alternativas para construir la parte
inferior de una rejilla de múltiples porciones de rejillas,
comprendiendo cada una de ellas lineas de toberas paralelas y
canales, y áreas de recolección de forma que el material sólido
grueso es transportado eficientemente as las aberturas de descarga
desde el área de la base completa de un reactor de lecho fluidizado.
La disposición de las aberturas de salida en las lineas y unidades
de las toberas pueden depender de su posición en la rejilla. Como
un ejemplo, las lineas de toberas en un canto de la rejilla, tal
como la linea de toberas (48'') pueden comprender salidas de gas
(52) solamente en una de sus caras laterales (46).
Las Figuras 3a, 3b, 3c y 3d representan una
primera realización preferida de una unidad de tobera (70) para ser
utilizada en una construcción de rejilla (40) de acuerdo con la
presente invención. La Figura 3a muestra una unidad de tobera (70)
en sección transversal horizontal, con dos salidas de gas (72) y
(72') en las caras laterales (74) y (74') de la unidad de tobera
respectivamente. Chorros de gas de fluidización (76) (76') son
inyectados a través de salidas de gas (72), (72') a los canales
adyacentes (78), (78').
La unidad de tobera (70) está conectada por sus
caras extremas adyacentes (80), (80') a unidades de toberas
adyacentes similares (70), (70') y (70''). Las unidades de toberas
(70), (70'), (70'')forman una parte de una linea de tobera (82) con
caras laterales combinadas lisas. En el canal (78) los chorros de
gas (76), y (76'') desde las unidades de tobera (70) y (70''')
situados en los lados opuestos del canal (78) convergen como una
corriente de gas combinada (84), la cual transporta el material
grueso eficientemente a lo largo del canal (78). Al propio tiempo,
por ejemplo el chorro (76'') y el material en el canal (78) protegen
la unidad de tobera (70) de la erosión la cual de otra forma sería
causada por el chorro de gas a alta velocidad (76) desde la unidad
de tobera (70).
Próxima a la cara extrema (80') de la unidad de
tobera (70) hay una entrada vertical (86) para la conducción de gas
desde una caja de viento (70) situada debajo de la construcción de
rejilla (40) a la unidad de tobera (70). La entrada vertical (86)
está conectada a las salidas de gas (72) por un canal central
horizontal (88). La entrada vertical (86) y el canal central (88)
son también mostrados en la Figura 3b, la cual es una vista lateral
parcialmente seccionada de la tobera (70). La Figura 3b muestra que
las salidas de gas (72) tienen preferiblemente una sección
transversal vertical plana, es decir su anchura individual es mucho
más grande que su altura individual.
La Figura 3b, muestra también que el canal
central (88) se estrecha en la dirección de fluido del gas, para
así mantener una velocidad de fluido constante y para distribuir el
gas tan uniformemente como sea posible a través de la anchura de
las aberturas de salida. La distribución de gas uniforme en la
salida (72) es muy importante con el fin de evitar la destrucción
del modelo de fluido de gas ideal en las salidas de gas (72) y en
el canal adyacente (78). El fluido de gas no uniforme puede también
producir corrientes de retorno e incrementar la erosión debido a la
recolección del material en el interior de la tobera.
La Figura 3b muestra también, como una vista
lateral, como la unidad de tobera (70) está por sus caras extremas
(80), (80') conectada a las unidades de tobera adyacentes (70),
(70'''). Las caras superiores (90) de las unidades de tobera
interconectadas (70), (70') y (70'') forman una superficie superior
lisa sin protusiones o rebajos a las cuales las partículas gruesas
en la parte inferior de la cámara de reacción puedan adherirse.
Las Figuras 3c y 3d muestran secciones
transversales verticales a lo largo de las lineas
A-A y B-B de la Figura 3b
respectivamente. Están secciones transversales representan una forma
preferida, pero todavía a titulo de ejemplo, de la unidad de tobera
(70). En las realizaciones individuales de la presente invención, la
sección transversal de la unidad de tobera (70) puede diferir en
muchos aspectos de aquella mostrada en las Figuras 3c y 3d. De
acuerdo con la Figura 3c, las partes inferiores del canal central
(88) y de las salidas de gas (72), (72') son planas. Con algunos
tipos de materiales sólidos en el lecho fluidizado, puede ser
ventajoso el tener salidas de gas (72), (72') que estén ligeramente
inclinadas hacia abajo en la dirección de salida de gas. El ángulo
de inclinación, que puede ser de 10 grados a alrededor de 20 grados,
minimizara además el riesgo de retorno del material en el interior
de la unidad de tobera (70).
Las Figuras 3c y 3d muestran como las caras
laterales (74), (74') de la unidad de tobera (70) son verticales.
Con algunos materiales de lecho, puede ser ventajoso el inclinar las
porciones superiores de las caras laterales mediante alguna
cantidad, por ejemplo 10 grados, hacia afuera con el fin de impedir
la corriente de retorno en el interior de la tobera (70). Las
Figuras 3c y 3d muestran una cara superior plana (90). En algunas
aplicaciones, puede ser ventajoso el tener una cara superior
diferente (90). Puede ser, por ejemplo acuñada, o sus cantos
exteriores (92) pueden ser redondeados.
La Figura 3d, muestra una sección transversal
vertical de la parte de entrada de la unidad de tobera (70) y un
conducto vertical (94) dispuesto en la abertura vertical (86) de la
unidad de tobera (70). El gas de fluidización es conducido desde
una caja de viento debajo de la construcción de rejilla a la unidad
de tobera (70) a través del conducto (94). Una placa (96) con una
abertura (98) está dispuesta en el canto superior del conducto (94).
La placa (96) suministra una construcción, la cual es utilizada
para regular la caída de presión de la unidad de tobera a un nivel
adecuado. Cuando la construcción de rejilla está inclinada hacia un
conducto de descarga, las unidades de tobera están a diferentes
niveles verticales y con diferentes promedios de presiones de lecho.
Por lo tanto, ellas requieren diferentes caídas de presión
requeridas, con el fin de mantener una fluidización estable del
material sólido en todas las partes del lecho fluidizado. Con las
aberturas (98) de las placas (96), es fácil el regular la caída de
presión de las toberas individuales, como se requiera.
Las Figuras 4a y 4b muestran otra unidad de
tobera preferida (110) la cual puede ser utilizada en una
construcción de rejilla de acuerdo con la presente invención. La
Figura 4a muestra una sección transversal horizontal y la Figura 4b
una vista lateral de la misma unidad de tobera (110), la cual
difiere de la mostrada en las Figuras -3a-3b- en
que la unidad de tobera (110) comprende dos aberturas verticales
(112), (112a), las cuales cada una de ellas inyecta gas de
fluidización a los canales adyacentes a través de salidas de gas
(114), (114') y (114a), (114a') respectivamente. Con el fin de
mejorar la dirección de los chorros de gas desde las salidas (114),
(114'), (114a), (114a''), cada una de las salidas de gas está
dividida por un divisor (116) en dos partes. Cuando las salidas de
gas (114) son muy anchas, ellas pueden estar divididas por dos, o
incluso por mas de dos divisores (116).
Las figuras 5a, 5b, y 5c representan una tercera
realización preferida de una unidad de tobera (120) la cual puede
ser utilizada en una construcción de rejilla de acuerdo con la
presente invención.
La figura 5a, muestra una sección transversal
horizontal. La figura 5b una vista lateral, y la Figura 5c, una
sección transversal vertical, tomada a lo largo de una de las
salidas de gas (122) de la Figura 5a, de la misma unidad de tobera
(120). La unidad de tobera (120) difiere de las anteriores en que
las salidas de gas (122) no son planas, sino que las mismas tienen
una sección transversal circular. Mediante la disposición de varias
salidas de gas circular, una corriente de gas combinada
relativamente uniforme puede ser suministrada en los canales
adyacentes. La figura 5c muestra en una sección transversal vertical
un ejemplo de una unidad de tobera (120) teniendo una superficie
superior acuñada (124), inclinada hacia las caras laterales (126) y
los canales de salida de gas
(122).
(122).
Naturalmente, hay también otras alternativas para
la construcción de una unidad de tobera para una construcción de
rejilla de acuerdo con la presente invención. Una posibilidad es la
de formar un canal central horizontal conectado a un canal de
entrada vertical, como se muestra en la figura 3a, cuyo canal
central está conectado a varios canales de salida circular como se
muestra en la figura 5a.
Aun cuando la invención ha sido descrita aquí por
medio de ejemplos en conexión con lo que es en el presente
considerado como la realización mas preferida, tiene que ser
entendido que la invención no está limitada a las realizaciones
descritas, sino que está destinada a cubrir otras varias
combinaciones o modificaciones de sus características y otras
varias aplicaciones incluidas dentro del alcance de la invención tal
y como es definida en las adjuntas reivindicaciones.
Claims (25)
1. Una construcción de rejilla (40) para un
reactor de lecho fluidizado, incluyendo el reactor una cámara de
reacción (12) definida por paredes sustancialmente verticales, en la
cual un lecho fluidizado de partículas solidas es mantenido, y una
caja de viento (18) debajo de la cámara de reacción, en una parte
inferior del reactor, estando dicha construcción de rejilla
posicionada entre la cámara de reacción y la caja de viento y
comprendiendo:
- -
- al menos un conducto de descarga (34) para la retirada del material grueso desde la cámara de reacción, múltiples líneas de toberas (48, 82) teniendo estructuras continuas suministrando superficies lisas para la distribución de gas de fluidización desde la caja de viento al interior de la cámara de reacción, para la suspensión del lecho fluidizado en la cámara de reacción; y
- -
- canales continuos (50,78) entre dichas lineas de toberas.
- -
- en la cual dichas lineas de toberas comprenden múltiples salidas de gas (52, 72, 114, 122), teniendo una dirección de fluido de gas principal, en las caras laterales (46,74,126) de dichas lineas de tobera, para la dirección de chorros de gas de fluidización (54,76) hacia un canal adyacente,
caracterizada porque la
dirección de fluido de gas principal de las múltiples salidas de gas
forma un ángulo con la normal de un canal adyacente para así
dirigir el material sólido a lo largo del canal hacia al menos uno
de los conductos de
descarga.
2. Una construcción de rejilla de acuerdo con la
Reivindicación 1, en la cual dichas lineas de tobera comprenden
salidas de gas en dos caras laterales opuestas de dichas lineas de
tobera, para la dirección de los chorros de gas de fluidización a
dos canales adyacentes.
3. Una construcción de rejilla de acuerdo con la
Reivindicación 1, en la cual la dirección principal de fluido de
gas de las múltiples salidas de gas es sustancialmente horizontal,
para así formar un chorro de gas sustancialmente horizontal.
4. Una construcción de rejilla de acuerdo con la
Reivindicación 1, en la cual las múltiples salidas de gas (72)
tienen una anchura horizontal de al menos cuatro veces su altura, y
la anchura total de las salidas de gas en una cara lateral de una
linea de tobera se extiende al menos alrededor del veinte por ciento
de la dimensión horizontal total de la cara lateral de la linea de
toberas.
5. Una construcción de rejilla de acuerdo con la
Reivindicación 4, en la cual la anchura horizontal total de las
salidas de gas en una cara lateral de una linea de toberas se
extiende al menos alrededor del cuarenta por ciento de la dimensión
horizontal total de la cara lateral de la linea de toberas.
6. Una construcción de rejilla de acuerdo con la
Reivindicación 1, en la cual dichas lineas de tobera comprenden
múltiples unidades de toberas sucesivas (70) teniendo caras
laterales (46) y caras extremas (44), en las cuales las unidades de
toberas sucesivas están en contacto mutuo de sus caras extremas
(44), para así formar una de dichas lineas de toberas múltiples
(48).
7. Una construcción de rejilla de acuerdo con la
Reivindicación 6, en la cual dichas unidades de toberas comprenden
un conducto vertical (94) estando en conexión de fluido con la caja
de viento y al menos una de las salidas de gas múltiples.
8. Una construcción de rejilla de acuerdo con la
Reivindicación 7, en la cual dichas unidades de toberas comprenden
un canal central sustancialmente horizontal (88) conectando el
conducto vertical y al menos una de las múltiples salidas de gas,
cuyo canal central tiene en una dirección de fluido un área de
sección transversal vertical en disminución.
9. Una construcción de rejilla de acuerdo con la
Reivindicación 7, en la cual una restricción (96) para regular la
caída de presión del gas de fluidización es dispuesta en la parte
superior del conducto vertical (94).
10. Una construcción de rejilla de acuerdo con
la Reivindicación 1, en dónde dicha linea de toberas múltiple (48,
82) son formadas de fundido refractario.
11. Procedimiento de retirada del material grueso
de un reactor de lecho fluidizado, comprendiendo dicho
procedimiento las fases de:
- -
- mantenimiento de un lecho fluidizado de partículas sólidas en una cámara de reacción de un reactor de lecho fluidizado mediante la inyección de chorros de gas de fluidización (64,76) desde una caja de viento en una parte inferior del reactor al interior de la cámara de reacción a través de una construcción de rejilla, incluyendo la construcción de rejilla múltiples lineas de toberas (48,82) teniendo estructuras continuas suministrando superficies suaves para la distribución de gas de fluidización desde la caja de viento al interior de la cámara de reacción, para la suspensión del lecho fluidizado en la cámara de reacción, y
- -
- retirada del material grueso desde la parte inferior de la cámara de reacción comprendiendo dicha fase de retirada el transporte del material grueso a lo largo de múltiples canales (50, 78) dispuestos en la construcción de rejilla entre las múltiples lineas de toberas, mediante corrientes de gas combinadas (56) formadas desde los chorros de gas.
12. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 11, comprendiendo además la inyección de chorros de
gas sustancialmente horizontalmente.
13. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 11, comprendiendo además la inyección de chorros de
gas en un ángulo desde alrededor de veinte grados a alrededor de
setenta grados con respecto a una normal de un canal adyacente,
para así dirigir el material sólido a lo largo del canal hacia el
conducto de descarga.
14. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 11,comprendiendo además la inyección de chorros de
gas como haces teniendo cada uno una anchura la cual es al menos
cuatro veces su altura respectiva.
15. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 11, en el cual las lineas de toberas comprenden
múltiples salidas de gas, teniendo una dirección de fluido de gas,
en las caras laterales de dichas lineas de toberas para la
dirección de chorros de gas de fluidización hacia un canal
adyacente.
16. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 15, en el cual las lineas de toberas comprenden
salidas de gas en al menos dos caras laterales opuestas de las
lineas de toberas, y comprendiendo además chorros de gas de
fluidización dirigidos a dos canales adyacentes.
17. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 15, en el cual la dirección de fluido de gas
principal de las múltiples salidas de gas es sustancialmente
horizontal para así formar un chorro de gas sustancialmente
horizontal.
18. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 15, en el cual al menos un conducto de descarga está
previsto para la retirada del material grueso desde la cámara de
reacción, en el cual la dirección de fluido de gas principal de las
múltiples salidas de gas forma un ángulo con la normal de un canal
adyacente para así dirigir el material sólido a lo largo del canal
hacia uno de al menos un canal de descarga.
19. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 15, en el cual las salidas de gas múltiples tienen
una anchura horizontal de al menos cuatro veces su altura y la
anchura horizontal total de las salidas de gas en una cara lateral
de una linea de toberas se extiende al menos el veinte por ciento de
la dimensión horizontal de la cara lateral de la linea de
toberas.
20. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 19, en el cual la anchura horizontal total de las
salidas de gas en una cara lateral de una linea de toberas se
extiende al menos alrededor del cuarenta por ciento de la dimensión
horizontal total de la cara lateral de la linea de toberas.
21. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 15, en el cual las lineas de toberas incluyen
múltiples unidades de toberas sucesivas teniendo caras laterales y
caras extremas, en las cuales unidades de toberas sucesivas están
en contacto mutuo con sus caras extremas para así formar una de las
lineas de toberas múltiples.
22. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 21, en el cual las unidades de tobera incluyen un
conducto vertical estando en conexión de fluido con la caja de
viento de al menos una de las salidas múltiples de gas.
23. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 22, en el cual las unidades de toberas incluyen un
canal central sustancialmente horizontal conectando el conducto
vertical y al menos una de las salidas múltiples de gas, cuyo canal
central tiene en la dirección de fluido una área de sección
transversal vertical en disminución.
24. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 22, comprendiendo además una restricción para la
regulación de la caída de presión del gas de fluidización, en una
parte superior, del conducto vertical.
25. Procedimiento de acuerdo con la
Reivindicación 11, en el cual las lineas de toberas múltiples están
formadas de material refractario fundido.
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