ES2289237T3 - Sistema para alimentar aire de combustion en una caldera de recuperacion de liquidos alcalinos. - Google Patents
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Abstract
Un método para la alimentación de aire de combustión en una caldera de recuperación de líquidos alcalinos, en el cual el aire es suministrado al horno (7) de caldera en la forma de chorros (5) de aire principales y chorros de aire auxiliares (6), cuyos chorros de aire auxiliares son más cortos que los chorros de aire principales, caracterizado por que al menos está situado un chorro (5) de aire principal entre dos chorros de aire auxiliares (6) en la dirección opuesta, y el chorro de aire principal entra en contacto con dicho chorro de aire auxiliar cuando el chorro de aire principal y el chorro de aire auxiliar se entrecruzan.
Description
Sistema para alimentar aire de combustión en una
caldera de recuperación de líquidos alcalinos.
El invento se refiere a un método para
introducir aire de combustión en una caldera de recuperación de
líquidos alcalinos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación
1ª anexa. El invento se refiere también a un sistema para alimentar
aire de combustión en una caldera de recuperación de líquidos
alcalinos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 3ª
anexa, así como a una caldera de recuperación de líquidos alcalinos
que utiliza el sistema para la alimentación de aire de combustión
de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 10ª anexa.
Se genera líquido residual, o la denominada
lejía negra, en particular en algunos procesos de fabricación de la
industria papelera, tales como la conversión en pasta. La lejía
negra se quema en calderas de recuperación concebidas para el
tratamiento de la lejía negra, las denominadas calderas de
recuperación de líquidos alcalinos, en las que se libera energía de
la lejía negra, gases de combustión y productos químicos utilizados
durante la conversión en pasta. La alimentación de aire de
combustión afecta particularmente a la usabilidad del aparato y los
productos liberados.
Es conocida la técnica de alimentar aire de
combustión a diferentes niveles de alimentación de aire de la
caldera de recuperación de líquidos alcalinos, a saber los
denominados niveles primario, secundario, terciario y cuaternario,
en los que es posible controlar la combustión en las diferentes
partes de la caldera y conseguir así una combustión lo más completa
posible. En la alimentación de aire de combustión, ha vuelto a ser
problemático el hecho de que el aire de combustión típicamente no
se divide uniformemente en todo el nivel de alimentación de aire,
sino que se generan diversas turbulencias en la caldera que impiden
la combustión adecuada de la lejía negra.
Para eliminar el problema, se han desarrollado
diversos sistemas para la alimentación de aire de combustión. La
patente US 5 305 698 describe una disposición en la cual se
introduce el aire de combustión en el horno de la caldera desde
bordes opuestos, de tal modo que los chorros de aire emitidos desde
los bordes opuestos del horno se entrelazan. Un problema en tal
disposición es que los chorros de aire inciden sobre la pared
opuesta del horno, o bien se quedan demasiado cortos. En el impacto
entre el chorro de aire y la pared, se genera un área de
turbulencia que es peligrosa para el proceso de combustión. Si los
chorros de aire se quedan cortos, el aire de combustión no se
mezcla de un modo deseado con las sustancias a quemar.
La patente US 5 305 698 también describe una
disposición en la cual se introduce aire de combustión desde bordes
opuestos del horno de la caldera de tal modo que se introducen
alternativamente chorros de aire cortos y largos desde los bordes
del horno, y de tal modo que los chorros de aire emitidos desde los
bordes opuestos del horno se encuentran de tal modo que un chorro
de aire corto se encuentra con un chorro de aire largo procedente
del lado opuesto (en otras palabras, tiene lugar el denominado
entrelazado parcial de los chorros de aire). Típicamente, en tal
disposición, los chorros de aire inciden entre sí y se genera un
denominado efecto de elevación de gota en la zona de impacto, en la
que las gotas de lejía negra son arrastradas en un flujo fuerte de
gas de combustión hacia arriba que lleva dichas gotas a la parte
superior del horno. En este caso, el proceso de combustión en la
caldera se distorsiona al realizarse la combustión "en el lugar
equivocado", situación en la cual, por ejemplo, se modifica la
eficiencia de la caldera y aumentan los productos residuales
liberados.
La patente US 5 022 331 describe, a su vez, un
método y un aparato para introducir aire de combustión en la forma
de chorros de aire en un horno de una caldera de recuperación de
líquidos alcalinos. El aire de combustión se introduce a través de
bocas de aire dispuestas sustancialmente al mismo nivel. Las bocas
de entrada de aire en las paredes del horno están dimensionadas con
tamaños diferentes, de tal modo que sus diámetros aumentan desde
las esquinas del horno hacia los centros de las paredes del
horno.
Un objetivo principal del presente invento es
describir una disposición para la alimentación de aire de
combustión, mediante la cual el aire de combustión puede
introducirse en el horno de un modo sustancialmente uniforme en
todo el nivel de alimentación de aire.
Para conseguir este fin, el método de acuerdo
con el invento está caracterizado principalmente por los aspectos
que se presentarán en la parte de caracterización de la
reivindicación 1ª independiente.
El sistema para la alimentación de aire de
combustión de acuerdo con el invento está caracterizado
principalmente por los aspectos que se presentarán en la parte de
caracterización de la reivindicación independiente 3ª. La caldera
de recuperación de líquidos alcalinos que utiliza el sistema para la
alimentación de aire de combustión, a su vez, está caracterizado
principalmente por los aspectos que se presentarán en la parte de
caracterización de la reivindicación independiente 10ª.
Las otras reivindicaciones dependientes
presentarán algunas realizaciones preferidas del invento.
El objeto del invento es alimentar el aire de
combustión al horno de la caldera de un modo sustancialmente
uniforme en todo el nivel de alimentación de aire. El aire de
combustión es introducido en el horno desde bordes opuestos del
mismo de tal modo que se introducen chorros de aire tanto cortos
como largos desde bordes opuestos del horno. Los chorros de aire
largos se extienden muy cerca del borde opuesto del horno, y los
chorros de aire cortos se extienden preferiblemente a menos de la
mitad de la distancia entre los bordes opuestos del horno. De
acuerdo con el invento, el chorro de aire largo llega casi hasta el
borde opuesto entre dos chorros de aire cortos emitidos desde dicho
borde opuesto.
Las paredes opuestas del horno de la caldera
están equipadas con boquillas para la introducción de aire de
combustión. Existen dos tipos principales diferentes de boquillas:
boquillas primarias, que se utilizan para generar un chorro de aire
de largo alcance en el horno (los denominados chorros de aire
principales), y boquillas auxiliares cuyos chorros de aire tienen
un alcance sustancialmente corto (los denominados chorros de aire
auxiliares). Las boquillas están situadas en la pared de la caldera
de tal modo que las boquillas auxiliares están situadas a ambos
lados de la boquilla principal, y dos boquillas auxiliares que están
situadas entre dos boquillas principales. La boquilla principal y
la boquilla auxiliar pueden estar compuestas por varias boquillas,
siempre que produzcan un chorro que corresponda sustancialmente al
chorro emitido por una sola boquilla.
Las boquillas principales y las boquillas
auxiliares que han de estar situadas en la misma pared del horno de
la caldera pueden estar situadas a la misma altura o a diferentes
alturas en la dirección vertical. Sin embargo, desde el punto de
vista de las características de los chorros de aire, es ventajoso
colocar las boquillas sustancialmente a la misma altura, de modo
que las boquillas auxiliares estén ligeramente por encima de las
boquillas principales.
Las boquillas que han de estar situadas en
paredes opuestas pueden colocarse indistintamente a la misma altura
o a diferentes alturas en la dirección vertical, de modo que las
boquillas estén dirigidas sustancialmente hacia las boquillas de la
pared opuesta del horno. Colocando las boquillas de las paredes
opuestas a alturas ligeramente diferentes, el nivel de alimentación
del aire queda inclinado, lo cual tiene en algunos modos de uso un
efecto ventajoso sobre el aire y el gas que fluyen en el horno.
La alimentación de aire de combustión de acuerdo
con el invento crea una "rejilla de flujo" uniforme que cubre
sustancialmente todo el nivel de alimentación de aire y en el cual
los chorros de aire están preferiblemente vueltos hacia arriba,
disposición que, a su vez, tiene el efecto ventajoso de la mezcla
del gas de combustión con aire.
El suministro de aire de combustión de acuerdo
con el invento puede utilizarse en niveles diferentes para
alimentar aire de combustión a la caldera, tales como, por ejemplo,
los niveles primario, secundario, terciario o cuaternario.
Se describirá el invento a continuación con más
detalle con referencia a los dibujos asociados, en los cuales:
La figura 1 representa una sección transversal
vertical de una caldera de recuperación de líquidos alcalinos;
La figura 2 muestra un corte transversal
horizontal del sistema para la alimentación de aire de combustión
de acuerdo con una realización del invento;
La figura 3 representa la sección transversal
horizontal de un sistema para la alimentación de aire de combustión
de acuerdo con otra realización del invento;
La figura 4 representa la sección transversal
vertical de un sistema para la alimentación de aire de combustión
de acuerdo con otra realización del invento; y
La figura 5 representa la sección transversal
horizontal del sistema para la alimentación de aire de combustión
de acuerdo con una tercera realización del invento.
La figura 1 representa la estructura típica de
una caldera de recuperación de líquidos alcalinos. La caldera de
recuperación de líquidos alcalinos es una construcción a modo de
torre cuyo horno 7 tiene típicamente una sección transversal
horizontal rectangular o cuadrada. La caldera comprende medios TP
que son adecuados para la alimentación de combustible, tales como
boquillas adecuadas para lejía negra, por medio de las cuales la
sustancia a quemar se introduce en el horno 7. El aire de combustión
necesario para la combustión se introduce en el horno 7 a niveles
funcionales de alimentación de aire diferentes, tales como un nivel
primario T1, un nivel secundario T2, un nivel terciario T3 y un
nivel cuaternario T4 representados en la figura. Los niveles
funcionales
T1-T4 de alimentación de aire comprende típicamente de uno a tres subniveles.
T1-T4 de alimentación de aire comprende típicamente de uno a tres subniveles.
El sistema 1 para la alimentación de aire de
combustión de acuerdo con el invento puede situarse en cualquier
nivel funcional T1-T4 de alimentación de aire o en
cualquier subnivel del nivel funcional de alimentación de aire. La
siguiente discusión del invento se referirá a un nivel o subnivel de
alimentación de aire y a un sistema 1 de alimentación de aire
colocado en el mismo. En la figura 2 se representa una de las
realizaciones más simples del sistema 1 de alimentación de aire de
acuerdo con el invento. En la figura 3 se representa otra
realización, vista desde arriba, del sistema 1 de alimentación de
aire de acuerdo con el invento, y en la figura 4 se muestra la
misma realización en una vista lateral.
Las paredes opuestas 2 del horno 7 están
equipadas con boquillas 3, 4 para la alimentación de aire de
combustión. Existen dos tipos principales diferentes de boquillas:
boquillas principales 3, que se utilizan para producir un chorro 5
de aire de largo alcance en el horno 7, (denominados chorros de aire
principales), y boquillas auxiliares 4, cuyos chorros 5 de aire
tienen un alcance corto (denominados chorros de aire auxiliares).
Las boquillas 3, 4 están situadas sobre la pared 2 como se muestra
en la figura 3, en la que existen boquillas auxiliares 4 a ambos
lados de la boquilla principal 3, y dos boquillas auxiliares entre
dos boquillas principales. Es posible también formar la boquilla
principal 3 y la boquilla auxiliar 4 con varias boquillas
independientes, siempre que el chorro 5, 6 producido por ellas se
corresponda sustancialmente con un chorro emitido por una sola
boquilla. En la siguiente descripción del invento, las boquillas
principales 3 y las boquillas auxiliares 4 se comentarán como si
fuesen boquillas únicas, pero, en la esencia del invento, dichas
boquillas pueden consistir también en varias boquillas.
Es ventajoso situar boquillas en paredes
opuestas 2 del horno 7 de tal modo que el número de boquillas
principales 3 difiera en una unidad entre las paredes. Por ejemplo,
cuando existen dos boquillas primarias 3 en la primera pared 2, es
ventajoso utilizar una o tres boquillas principales en la pared
opuesta. Dicha disposición ha mostrado tener un efecto ventajoso
sobre la mezcla de aire con gas de combustión en el horno 7.
Naturalmente, será obvio que el número de boquillas principales 3 y
el número de chorros 5 de aire principales producidos por ellas
puede variar libremente dentro de la idea básica del invento, y
naturalmente es posible disponer el sistema de suministro de aire
de tal modo que no existan boquillas principales en una de las
paredes.
Las boquillas 3, 4 situadas en las paredes
opuestas 2 están dispuestas horizontalmente de modo que el chorro 5
de la boquilla principal 3 esté situado sustancialmente entre los
chorros 6 de dos boquillas auxiliares 4 adyacentes en la pared
opuesta, como se muestra en la figura 3. Las boquillas auxiliares 4
de las paredes opuestas 2 pueden estar situadas como se muestra en
la figura 3 de modo que los chorros 6 de las boquillas auxiliares
estén alineados. Es posible también situar las boquillas auxiliares
4 como se muestra en la figura 5, en cuya disposición los chorros 6
de las boquillas auxiliares están en líneas diferentes. La
disposición de la figura 5 es ventajosa cuando el número de
boquillas principales 3 es relativamente pequeño.
Las boquillas principales 3 y las boquillas
auxiliares 4 situadas en la misma pared 2 pueden estar en el mismo
plano o en planos diferentes en la dirección vertical. Sin embargo
es ventajoso situar las boquillas, como se muestra en la figura 4,
sustancialmente en el mismo plano de modo que las boquillas
auxiliares estén ligeramente por encima de las boquillas
principales.
Las boquillas 3, 4 colocadas en paredes opuestas
2 pueden estar situadas indistintamente al mismo nivel o a niveles
diferentes en la dirección vertical de modo que las boquillas estén
dirigidas sustancialmente hacia las boquillas de la pared opuesta.
Situando las boquillas 3, 4 de las paredes opuestas 2 en niveles
ligeramente diferentes, el nivel de soplado puede inclinarse, lo
cual tiene un efecto ventajoso en algunos usos.
Se describirá a continuación el principio de
funcionamiento del sistema mencionado anteriormente para la
alimentación de aire de combustión.
El chorro 5 de aire suministrado por la boquilla
principal 3 es sustancialmente más fuerte que los chorros
auxiliares 6 generados por las boquillas auxiliares 4. El chorro 5
de aire penetra en el gas de combustión que fluye verticalmente en
el horno 7 de la caldera hacia la pared opuesta 2. Muy próximo a la
pared opuesta 2, el chorro 5 de aire está situado entre dos chorros
auxiliares 6 suministrados desde dicha pared opuesta. La intensidad
del chorro 5 de aire es preferiblemente tal que el chorro no llega a
la pared opuesta 2, para evitar las turbulencias generadas por la
incidencia del chorro sobre la pared. Preferiblemente, la longitud
del chorro 5 de aire es aproximadamente ¾ de la distancia entre las
paredes opuestas 2. La intensidad de los chorros auxiliares 6, que
llegan a los costados del chorro 5 de aire opuesto es, a su vez,
preferiblemente tal que los chorros no se extienden hasta el área
de influencia de los chorros de aire opuestos, zona en la cual no
se genera el denominado efecto de elevación de gota en el horno 7.
Preferiblemente, la longitud de los chorros auxiliares 6 es menor
que la mitad de la distancia entre las paredes opuestas 2.
Cuando los costados del chorro 5 de aire y de
los chorros auxiliares 6 opuestos se encuentran, se forma un área
de turbulencia en dicha zona. Este fenómeno hará más eficiente la
mezcla de aire y gases de combustión y así mismo interrumpe los
chorros 5, 6 de aire de un modo deseado, evitando los impactos no
deseados mencionados anteriormente sobre otros chorros y/o paredes
2. El chorro 5 de aire y los chorros auxiliares 6 situados a sus
lados constituyen un área de flujo sustancialmente uniforme que
penetra en el horno 7. En consecuencia, los chorros 5 de aire
paralelos y opuestos y los chorros auxiliares 6 mutuamente
adyacentes, a su vez, constituyen una "rejilla de flujo"
sustancialmente uniforme que cubre el horno 7 en la dirección
horizontal. En la zona de dicha rejilla de flujo, los flujos de los
chorros 5, 6 se vuelven preferiblemente hacia arriba cuando se
mezclan con los gases de combustión, en cuya disposición la mezcla
de aire con el gas de combustión se hace más eficiente y dicha
mezcla tiene lugar uniformemente en el área de todo el nivel de
alimentación de aire.
La alimentación de aire de combustión de acuerdo
con el invento puede utilizarse en diferentes niveles de
alimentación de aire en la caldera, tales como, por ejemplo, los
niveles primario T1, secundario T2, terciario T3 y cuaternario T4,
así como en otros niveles de alimentación de aire posibles y sus
subniveles. El sistema de suministro de aire de combustión puede
disponerse en cada nivel de alimentación de aire diferente
uniformemente con otros niveles, o bien la alimentación de aire de
combustión puede implementarse en uno o más niveles de alimentación
de aire con simetría especular o en una dirección transversal a las
entradas de otros niveles de alimentación de aire.
Naturalmente, el invento no está limitado
solamente a las realizaciones presentadas en el ejemplo precedente,
sino que el método para introducir aire de combustión en una caldera
puede utilizarse también en calderas u otros tipos de dispositivos
diferentes de la caldera de recuperación de líquidos alcalinos
propuesta en el ejemplo, tales como, por ejemplo, calderas de
generación de potencia; particularmente en calderas de lecho
fluido, dicho método para introducir aire puede ser una disposición
ventajosa.
Claims (12)
1. Un método para la alimentación de aire de
combustión en una caldera de recuperación de líquidos alcalinos, en
el cual el aire es suministrado al horno (7) de caldera en la forma
de chorros (5) de aire principales y chorros de aire auxiliares
(6), cuyos chorros de aire auxiliares son más cortos que los chorros
de aire principales, caracterizado porque al menos está
situado un chorro (5) de aire principal entre dos chorros de aire
auxiliares (6) en la dirección opuesta, y el chorro de aire
principal entra en contacto con dicho chorro de aire auxiliar
cuando el chorro de aire principal y el chorro de aire auxiliar se
entrecruzan.
2. El método (1) para la alimentación de aire de
combustión de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado
porque está dispuesto un chorro (5) de aire principal más saliendo
de la primera pared (2) que saliendo de la segunda pared del horno
(7) de caldera.
3. Un sistema (1) para la alimentación de aire
de combustión en una caldera de recuperación de líquidos alcalinos,
para introducir aire en un horno (7) de caldera limitado por paredes
verticales (2), cuyo sistema comprende boquillas (3, 4) para la
alimentación de aire de combustión en paredes opuestas (2) del horno
(7) de caldera, en el que dichas boquillas son boquillas
principales (3) para producir un chorro (5) de aire principal, y
algunas de las boquillas son boquillas auxiliares (4) para producir
chorros de aire auxiliares (6), cuyos chorros de aire auxiliares
son más cortos que el chorro de aire principal, caracterizado
porque están situadas dos boquillas auxiliares entre dos boquillas
principales adyacentes, y las boquillas (3, 4) sobre paredes
opuestas (2) están entrelazadas de modo que el chorro (5) de aire
principal de la boquilla principal (3) está situado sustancialmente
entre dos chorros de aire auxiliares (6) adyacentes procedentes de
dos boquillas auxiliares (4) adyacentes situadas en la pared
opuesta, y el chorro de aire principal entra en contacto con dichos
chorros de aire auxiliares cuando el chorro de aire principal y los
chorros de aire auxiliares se entrecruzan.
4. El sistema (1) para la alimentación de aire
de combustión de acuerdo con la reivindicación 3ª,
caracterizado porque están dispuestas al menos dos boquillas
auxiliares (4) entre dos boquillas primarias (3) adyacentes que
producen chorros (5) de aire opuestos, y los chorros de aire
auxiliares (6) de dichas al menos dos boquillas auxiliares son
sustancialmente opuestos entre sí.
5. El sistema (1) para la alimentación de aire
de combustión de acuerdo con la reivindicación 3ª,
caracterizado porque comprende varios grupos de boquillas,
en los cuales un grupo de boquillas está formado por una boquilla
principal (3) y dos boquillas auxiliares (4) situadas de acuerdo con
la reivindicación 3ª, y los grupos de boquillas están situados en
paredes opuestas (2) de tal modo que las boquillas principales de
grupos de boquillas adyacentes están dispuestas en paredes
opuestas.
6. El sistema (1) para la alimentación de aire
de combustión de acuerdo con la reivindicación 3ª,
caracterizado porque están situadas al menos dos boquillas
auxiliares (4) entre dos boquillas primarias (3) adyacentes que
producen dichos chorros (5) de aire.
7. El sistema (1) para la alimentación de aire
de combustión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3ª
a 6ª, caracterizado porque las boquillas primarias (3) y las
boquillas auxiliares (4) están situadas sustancialmente en el mismo
nivel horizontal.
8. El sistema (1) para la alimentación de aire
de combustión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3ª
a 6ª, caracterizado porque las boquillas primarias (3) están
situadas por encima de las boquillas auxiliares (4).
9. El sistema (1) para la alimentación de aire
de combustión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3ª
a 8ª, caracterizado porque las boquillas primarias (3) y/o la
boquilla auxiliar 4 comprenden una o más boquillas.
10. Una caldera de recuperación de líquidos
alcalinos, caracterizada porque la caldera de recuperación de
líquidos alcalinos comprende el sistema (1) de alimentación de aire
de combustión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3ª
o 5ª, provisto de un nivel de alimentación de aire o un subnivel
para un nivel de alimentación de aire, para introducir aire en la
caldera.
11. La caldera de recuperación de líquidos
alcalinos de acuerdo con la reivindicación 10ª, caracterizada
porque el sistema (1) para la alimentación de aire de combustión
está situado en al menos uno de los siguientes niveles o subniveles
de alimentación de aire: nivel primario (T1), nivel secundario (T2),
nivel terciario (T3), nivel cuaternario (T4).
12. La caldera de recuperación de líquidos
alcalinos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10ª u
11ª, caracterizada porque el sistema (1) para la alimentación
de aire de combustión está situado al menos en dos o más de los
siguientes niveles de alimentación de aire o sus subniveles: nivel
primario (T1), nivel secundario (T2), nivel terciario (T3), nivel
cuaternario (T).
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