ES2583503T3 - Reactor de lecho fluidizado circulante con separador y conducto de aceleración integrado - Google Patents

Reactor de lecho fluidizado circulante con separador y conducto de aceleración integrado Download PDF

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ES2583503T3 ES03767921.4T ES03767921T ES2583503T3 ES 2583503 T3 ES2583503 T3 ES 2583503T3 ES 03767921 T ES03767921 T ES 03767921T ES 2583503 T3 ES2583503 T3 ES 2583503T3
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Abstract

Reactor de lecho fluidizado circulante que comprende una cámara de reacción (1) conectada por un conducto de aceleración (4) con un separador centrífugo (2) para separar partículas a partir de gases calientes procedentes de la indicada cámara de reacción (1), siendo el separador centrífugo 2 de forma redonda, poligonal o cuadrada, caracterizado por que: - el conducto de aceleración (4) está dispuesto en su totalidad en la parte alta de la cámara de reacción (1), de forma que el piso del conducto de aceleración (4) represente la totalidad de la anchura de la pared de la cámara de reacción (1) paralela al extradós del conducto de aceleración (4), y - el conducto de aceleración (4) comprende una boca de entrada (46) sustancialmente paralela al extradós del conducto (4).

Description

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DESCRIPCION
Reactor de lecho fluidizado circulante con separador y conducto de aceleracion integrado
La presente invencion se refiere a los reactores de lecho fluidizado circulante de reaccion de gases solidos y de produccion de energfa y a las calderas.
Estos reactores comprenden una camara de reacciones donde tienen lugar las reacciones de gases solidos, un separador centnfugo y al menos un intercambiador de calor de regulacion de la temperatura de la camara de reacciones.
Las calderas comprenden un hogar donde se quema el combustible, un separador centnfugo y al menos un intercambiador de calor de regulacion de la temperatura de la camara de reacciones.
Para simplificar, solo se describira en el estado de la tecnica de la presente solicitud el caso de la caldera de lecho fluidizado circulante.
El combustible circula en un lecho fluidizado constituido por partfculas en suspension en el aire. La fluidizacion arrastra las partfculas hacia lo alto del hogar o de la camara de reacciones donde son evacuadas a un separador centnfugo de seccion circular que permite separar las partfculas de los humos. La velocidad de los humos es de 3 a 6,5 m/s en el hogar y de 4 a 6,5 m/s en el eje del separador. La carga de partfculas solidas en los humos puede alcanzar los 20 kg/Nm3 y la granulometna de las partfculas en circulacion es inferior a 500|j.
El separador centnfugo comprende una camara vertical de torbellino que presenta paredes verticales, al menos un orificio de admision para recibir los humos a depurar y situado en la parte alta del separador, al menos un orificio de evacuacion para los humos depurados y al menos un orificio de evacuacion para las partfculas separadas situado en la parte baja del separador y conectado con la parte baja del hogar. El orificio de evacuacion de los humos depurados esta situado en la parte alta del separador o sea por encima de la zona donde se separan las partfculas.
Las paredes del separador se estrechan hacia abajo con el fin de canalizar las partfculas captadas hacia el orificio de evacuacion inferior. Segun la forma del separador esta parte baja es de forma conica.
Una parte de las partfculas captadas se refrigera mediante su paso por un circuito paralelo de refrigeracion y se reintroducen en la parte baja del hogar o de la camara de reacciones donde vuelven a comenzar un nuevo ciclo con el fin de mantener un lecho fluidizado en el hogar o la camara de reacciones, la otra parte de las partfculas es reintroducida directamente en la parte baja del hogar o de la camara de reacciones. Este circuito constituye el bucle de solidos de la camara de reacciones.
Con el fin de reducir el porcentaje de SO2 emitido, partfculas calizas son introducidas en el lecho fluidizado circulante. Sin embargo, estas partfculas solo estan parcialmente sulfatadas en cada paso por el hogar o la camara de reacciones. Es preciso por consiguiente asegurarse que las mismas permanecen el mayor tiempo posible en el lecho fluidizado circulante.
Los humos son evacuados a la atmosfera despues de un paso por una serie de intercambiadores situados en una caja posterior de la caldera donde son enfriados.
El control de la temperatura del hogar o de la camara de reacciones puede ser realizado por intercambiadores de lechos fluidizados situados en lechos exteriores entubados o no y que pueden estar pegados a la parte baja del hogar o de la camara de reacciones. Los intercambiadores situados en el hogar o la camara de reacciones son intercambiadores en forma de L o de U y/o paneles de tubos omega.
Las partfculas que circulan por el bucle de solidos de la camara de reacciones son muy erosivas para las paredes de algunos elementos del circuito, tal como la parte baja del hogar o la camara de reacciones, el separador el conducto de entrada y el conducto de retorno de los solidos, lo cual necesita recubrir las paredes con un espesor importante de material refractario. Esto produce un aumento importante del coste de fabricacion de la caldera y un aumento significativo del peso suspendido. El aumento del peso suspendido obliga a prever estructuras reforzadas para sostener estos elementos. Estos materiales refractarios tienen una inercia termica importante que aumenta el tiempo de calentamiento y de enfriamiento de la caldera, en paradas y re-arranques.
Tambien es posible realizar algunas paredes del separador con tubos paralelos conectados entre si mediante aletas, los tubos son atravesados por un fluido caloportador tal como agua y/o vapor y constituyen asf superficies de refrigeracion. Las paredes asf refrigeradas permiten reducir el espesor de la capa de material refractario necesario. Sin embargo, la realizacion de estas paredes para una geometna circular del separador es compleja y costosa. En efecto, la circulacion del agua por las paredes necesita una multitud de tubos de alimentacion, de evacuacion y de empalmes.
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Por otro lado, la disposicion del bucle de solidos de la camara de reacciones con elementos independientes conectados entre si mediante conductos por los cuales circulan los solidos o los gases presenta una voluminosidad y un peso importantes.
Se ha buscado por consiguiente optimizar este tipo de instalacion creando para ello paredes planas para el separador centnfugo de seccion de forma distinta no circular como en las patentes EP 481.438 y EP730.910. Esta solucion permite utilizar una capa fina de material refractario en la pared del separador y por consiguiente reducir con ello el peso. Esta solucion permite igualmente crear un modulo que puede ser reproducido cuando se desea aumentar la potencia de la instalacion. Sin embargo este tipo de solucion no es satisfactorio pues los humos entran en el separador centnfugo por un orificio que no permite acelerar lo suficientemente las partfculas y los gases contenidos en los indicados humos. Su velocidad al ser insuficiente, la separacion de las partfculas se realiza diffcilmente en el separador. Lo cual produce una perdida de las partfculas del lecho en los humos evacuados a la salida del separador. Lo cual es muy desfavorable desde el punto de vista de la transferencia de calor en el hogar, del porcentaje de sulfatacion de las finas partfculas de cal en el hogar y de la oxidacion de las finas partfculas de carbono en el hogar o la camara de reacciones. Las finas partfculas son lanzadas a la atmosfera antes de una casi total sulfatacion u oxidacion.
Se ha propuesto entonces, como en la solicitud EP 1.308.213A del solicitante, utilizar las paredes de la caja posterior como paredes comunes de refrigeracion en el hogar o en la camara de reacciones por una parte y en el separador centnfugo por otra parte con el fin de poder colocar un conducto de aceleracion entre el hogar o la camara de reacciones y el separador. Este conjunto constituye un modulo de base. Este conducto de aceleracion permite hacer pasar los humos de 15-20 m/s a la entrada del conducto a 25-35 m/s a la salida del conducto y lo cual permite acelerar las partfculas solidas con el fin de separarlas mejor por efecto centnfugo y provocar una pre- separacion de las partfculas contenidas en los humos en las paredes del conducto. Otra caractenstica fundamental reside en la forma piramidal de la parte baja del separador, esta forma en tronco de piramide permite evitar que reaparezca la corriente de torbellino de los humos en una de las paredes de la parte baja. Sin embargo, esta configuracion del modulo de base obliga a colocar el hogar (o la camara de reacciones), el separador y la caja posterior en angulo recto, teniendo el separador una pared comun con la caja posterior. Cuando se desea aumentar la potencia de la instalacion, es preciso aumentar el numero de separadores, y esta forma del modulo de base no permite realizar facilmente montajes impares a partir de tres separadores.
La presente invencion es a la vez sencilla y economica siendo modular sea cual fuere el numero de separadores deseados y permitiendo una excelente separacion de las partfculas en el separador, permite un aumento facil de capacidad, un aumento maximo de superficies de paredes comunes, una disminucion de los refractarios utilizados, juntas de expansion, de peso, de las estructuras, de la voluminosidad, mejorando los tiempos de calentamiento, de enfriamiento y la circulacion de las partfculas en el circuito y reduciendo el mantenimiento. La invencion permite igualmente una pre-separacion de las partfculas en la parte alta de la camara de reacciones. La invencion permite simultaneamente obtener excelentes rendimientos de separacion del separador y por consiguiente un mejor porcentaje de recirculacion interna de las partfculas finas, de ah un aumento del tiempo de permanencia de las partfculas, una disminucion de los reactivos que no han reaccionado y para las calderas, un aumento del porcentaje de sulfatacion de la cal introducida lo cual permite reducir la cantidad de cal introducida. El aumento de la recirculacion interna de las partfculas permite tambien un aumento de los coeficientes de intercambio en la parte superior de la camara de reacciones y el fuerte contenido en finas partfculas en circulacion en el lecho reduce su caracter erosivo. La fraccion de cenizas volatiles que se escapan del separador se reduce, lo cual disminuye la erosion, el ensuciamiento y las emisiones secundarias de CO por los intercambiadores de calor de la caja posterior no abajo del separador.
Un reactor de lecho fluidizado circulante que comprende una camara de reacciones conectada por un conducto de aceleracion con un separador centnfugo para separar partfculas a partir de gases calientes procedentes de la indicada camara de reacciones, estando el conducto de aceleracion situado al menos en parte en la parte alta de la camara de reaccion, es conocido por el documento EP 559.368A. La colocacion del conducto de aceleracion en la camara permite una circulacion horizontal centnfuga de los humos en la cima de la camara que hace pasar las partfculas de aproximadamente 6m/s en vertical a 16m/s en horizontal. Esta solucion permite reducir la distancia entre la camara de reacciones y el separador permitiendo utilizar un conducto de aceleracion que mejora los rendimientos de separacion del separador. La misma permite tambien utilizar los tubos de la camara de reacciones como paredes del conducto a la vez en el lado exterior, llamado tambien extrados, y en el techo. La camara de reacciones asegura igualmente el soporte del conducto. Esta configuracion proporciona una compacidad muy elevada ya que el conducto esta integrado en parte en la camara de reacciones.
Los problemas de la tecnica anterior se resuelven, segun la presente invencion, mediante un reactor de lecho fluidizado circulante con las caractensticas de la reivindicacion 1. Otras caractensticas particulares se describen en las reivindicaciones dependientes.
Segun la invencion, el conducto de aceleracion esta dispuesto en su totalidad en la parte alta de la camara de reacciones. Si se desea reducir al maximo la distancia entre la camara y el separador, basta con integrar el conducto de aceleracion completo en la camara de reacciones.
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Segun la invencion, el conducto de aceleracion comprende una boca de entrada sustancialmente paralela al extrados del conducto. Las dos partes del conducto forman un angulo. Esta configuracion es mas sencilla de fabricar. El piso del conducto representa la totalidad del ancho de la pared de la camara de reacciones paralela al extrados del conducto y pudiendo constituir el mencionado extrados.
Segun una caractenstica particular de la invencion, el separador centnfugo presenta en seccion transversal paredes verticales sustancialmente rectilmeas.
Segun otra caractenstica particular, el separador centnfugo comprende una pared comun con la camara de reacciones. Las paredes del separador al ser rectilmeas como las de la camara de reacciones, las mismas pueden juntarse. Esta pared puede ser sencilla o doble.
Segun una caractenstica particular de la invencion, el separador centnfugo comprende una pared comun con la caja posterior. Con el fin de reducir todavfa los costes de fabricacion del reactor, se fusionan las dos paredes en una sola. La union entre las salidas del separador y la caja posterior se realizan de forma convencional entubada o no. La extrema compacidad de la configuracion permite minimizar la extension de estos conductos de union, incluso de conservar solo un simple plenum de union. Se entiende por plenum en este caso, la prolongacion de las paredes del separador y de la caja posterior que constituyen entonces una prolongacion hacia lo alto de los indicados elementos y que sirven de conductos por una abertura en la pared comun.
Segun una caractenstica particular, la camara de reacciones comprende una pared comun con la caja posterior. En esta configuracion en escuadra, la camara de reacciones esta situada entre el separador y la caja posterior.
La disposicion de los diferentes elementos conduce a aumentar la compacidad del reactor y permite asf realizar facilmente llegado el caso reactores bajo presion. La relacion entre las paredes acercadas, es decir cuya distancia es inferior al 15% de la mayor de las dimensiones de la seccion horizontal de la camara de reacciones, y las paredes aisladas se maximiza.
Segun otra caractenstica particular, el conjunto constituido por la camara de reacciones, el separador y la caja posterior constituye un modulo de base alineado o en escuadra segun la variante retenida. Un modulo asf constituido puede proporcionar una potencia maxima de 100MWe para una caldera.
Asf en la variante en lmea, con un modulo de base de 100MWe, se pueden por ejemplo realizar calderas de 100MWe a 500MWe pegando los modulo y de 200MWe a 1000MWe duplicando el numero de modulos por simetna del primer modulo.
Por ejemplo, en la variante en escuadra y para un modulo de base de 100MWe, se duplica el modulo de base por simetna con relacion al plano de la camara de reacciones de la caja posterior, luego se yuxtapone de forma multiple este nuevo subconjunto si se desean realizar calderas de 100M We a 1000MWe.
Para las configuraciones con separador a uno y otro lado en simetna con la camara de reacciones, se puede simplificar el conjunto realizado previendo una sola caja posterior situada por un lado y conectada con las salidas de los separadores por el otro lado de forma convencional por conductos de conexiones entubados o no y situados o no por encima de la camara de reacciones. En el caso en que los conductos de conexion estuviesen situados por encima de la camara de reacciones, los mismos constituinan asf una extension de la camara de reacciones. El techo de la camara de reacciones puede por consiguiente formar el piso de estos conductos de conexion y las paredes verticales de estos conductos se encuentran entonces en la continuidad de las paredes verticales de la camara de reacciones y soportan entonces el peso de estas paredes.
Segun una caractenstica particular la camara de reacciones y el separador tienen paredes exteriores alineadas. Asf el exterior del modulo o del conjunto de modulos de base simetrizados y/o yuxtapuestos, tiene paredes laterales exteriores planas por consiguiente alineadas por el lado de la camara de reacciones y del separador.
Segun otra caractenstica particular, la potencia del reactor va en funcion del numero de modulos utilizados. Si se desea obtener una potencia determinada, basta con multiplicar el numero de modulos por el coeficiente obtenido dividiendo la potencia deseada por la potencia del modulo de base. En estos modulos, es posible reagrupar la parte de la camara de reacciones de cada uno de los modulos para constituir una sola camara de reacciones. Del mismo modo, la parte caja posterior de cada modulo puede reagruparse en una sola caja.
Segun una caractenstica particular, dos modulos adyacentes comprenden al menos una pared comun. La configuracion particular del modulo de base permite facilmente construir el reactor, en efecto como sus lados son rectilmeos, se pueden facilmente yuxtaponer dos o varios modulos de base.
Segun otra caractenstica, la pared comun a dos modulos y situada entre dos separadores es parcial. Esta pared puede ser cortada en su totalidad o en parte bien sea verticalmente, bien horizontalmente, o comprender orificios. Los dos separadores de los modulos de base proximos comprenden una pared que parte de la parte alta del
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separador y que se detiene a una cierta distancia de la parte alta, y en la mas baja en la zona de estrechamiento del separador correspondiente a la evacuacion de las partfculas. Esta pared es recta sin estrechamiento hacia la parte baja, la misma es asf mas sencilla por consiguiente mas facil de realizar. Por razones de equilibrado de presion interna entre separadores adyacentes (orificio de evacuacion taponado por ejemplo), puede mostrarse necesario que la pared comun lleve aberturas incluso pasos de pared completo.
Segun otra caractenstica particular, las camaras de reaccion de dos modulos adyacentes se juntan. La camara de reacciones es unica sea cual fuere el numero de modulos de base utilizados, pero su tamano esta definido por el numero de modulos utilizados.
Segun otra caractenstica particular, las cajas posterior de dos modulos adyacentes estan unidas. La caja posterior es unica sea cual fuere el numero de modulos utilizados, su tamano puede por consiguiente ser mas pequeno que el definido por el numero de modulos utilizados. En el caso en que los modulos esten dispuestos por simetna con relacion a la camara de reacciones, una sola caja posterior esta prevista por uno de los lados y los conductos de conexiones pasan entonces por encima de la camara.
Segun una caractenstica particular, una de las paredes de la camara de reacciones comprende al menos un deflector de entrada del conducto de aceleracion. Con el fin de facilitar la entrada de partfculas y de humos en el conducto un deflector esta dispuesto de forma apropiada.
Segun una caractenstica particular, las paredes estan entubadas. El hecho de que sean rectilmeas facilita su realizacion y por consiguiente su coste. Asf las paredes del conducto de aceleracion, del separador, comprendida la parte baja, y de la camara de reacciones estan entubadas.
Segun otra caractenstica particular, las paredes del tubo de aceleracion, del separador, la parte baja y la parte alta de la camara de reacciones estan recubiertas con una capa de material refractario. La temperatura y la erosividad de las partfculas que circulan por los diferentes elementos necesita la utilizacion de una capa de material refractario que puede ser menos densa cuando las paredes estan refrigeradas, lo que permite reducir el peso, pues estos materiales son bastante pesados. La capa de refractario es asf mucho mas pequena en las paredes del conducto de aceleracion, del separador y de la parte baja y de la parte alta de la camara de reacciones en la zona del conducto que la solucion tradicional no entubada.
Segun una caractenstica particular, las paredes de la parte del conducto de aceleracion situada en la parte alta de la camara de reacciones utilizan tubos tomados en las paredes de la camara de reacciones. En este caso los tubos tomados en derivacion en las paredes de la camara de reacciones se encuentran en la continuidad de los circuitos agua/vapor de refrigeracion de estas paredes. Por ejemplo, una parte de los tubos de una de las paredes de la camara de reacciones son desviados hacia el interior de la camara de reacciones con el fin de formar primero el piso del conducto, luego en la continuidad la pared vertical situada en la camara de reacciones, o sea el intrados del conducto. El extrados del conducto esta formado por los tubos no desviados que quedan de la pared de la camara de reacciones. El techo del conducto puede estar formado por el techo de la camara de reacciones. Si el piso del conducto necesita ser reforzado, varias hileras de tubos pueden colocarse. Los tubos desviados forman primeramente una primera hilera y luego una segunda hilera superpuesta y conectada con la primera con el fin de proporcionar al piso la inercia suficiente y volver a tomar su lugar en la pared de la camara de reacciones. El tubo forma asf un ida y vuelta bajo el piso del conducto. Los tubos utilizados para formar las paredes del conducto pueden ser bien sea los de la cubierta exterior de la camara de reacciones o de las paredes internas de separacion de la camara de reacciones. La camara de reacciones soporta asf el conducto de aceleracion.
Segun otra caractenstica, las paredes de la parte del conducto de aceleracion situada en la camara de reacciones utilizan tubos tomados de las paredes del separador. El conducto situado en la camara de reacciones puede asf estar constituido por tubos de la camara y/o por tubos del separador.
Segun una caractenstica particular, las paredes del conducto de aceleracion estan constituidas por tubos que forman un circuito distinto. Los tubos del conducto son independientes de los de las paredes de la camara de reacciones te de las paredes del separador.
Segun otra caractenstica particular, las paredes del conducto se realizan utilizando tubos de las paredes de la camara de reacciones y del separador. Una parte de la pared se realiza con los tubos procedentes de la camara de reacciones y la otra parte con los procedentes del separador en cualquier proporcion, se optimizan asf los dos circuitos.
Segun otra caractenstica particular, el deflector esta formado por tubos desviados procedentes de las paredes de la camara de reacciones. El angulo de la camara de reacciones donde esta situado el deflector es redondeado o biselado para constituir un reflector y por consiguiente los tubos que constituyen las paredes de la camara de reacciones estan desviados para constituir el mencionado deflector.
Segun otra caractenstica particular, un deflector esta formado por un redondeado de los tubos del piso del conducto.
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De este modo, los tubos del piso del conducto constituido de derivacion de las paredes de la camara de reacciones, y/o del separador, y/o de un circuito distinto, pueden formar un redondeado o un bisel bajo el indicado piso y constituir asf el deflector.
Segun otra caractenstica particular, el piso del conducto tiene al menos una inclinacion hacia el separador. El piso presenta una inclinacion dirigida hacia el separador con el fin de guiar las partfculas que se depositan en el separador.
Segun otra caractenstica particular, el piso del conducto tiene al menos una inclinacion hacia el extrados del conducto. Con el fin de favorecer la separacion de las partfculas el piso esta inclinado hacia el extrados del conducto, o sea sobre una pared que se encuentra en la prolongacion de la superficie de captacion de los solidos en el separador.
Segun una caractenstica particular, las paredes exterior e interior del conducto presentan varios cambios de seccion. Estos cambios de seccion permiten optimizar la velocidad de las partfculas.
El control de la temperatura de la camara de reacciones puede ser realizado mediante intercambiadores de lechos fluidizados situados en lechos exteriores de tubos o no y que pueden pegarse a la parte baja de la camara de reacciones. Los intercambiadores situados en la camara de reacciones son intercambiadores en L, y/o en U, y/o paneles omega.
Segun una variante particular de la invencion, la evacuacion de los gases del separador centnfugo se realiza mediante un conducto vertical situado en el interior de dicho separador y que dirige los gases hacia la parte baja del separador. El conducto podra estar cubierto de refractario a la vez por el interior y por el exterior. El conducto podra estar entubado o no. La salida de los gases al ser efectuada por la parte baja el conducto no sobrepasa la parte superior del separador lo cual permite disponer de una altura reducida para el conjunto y poder eventualmente colocar la indicada caja posterior en el suelo. Esta construccion permite reducir el numero de colectores de los intercambiadores y las longitudes de tubenas asociadas.
Segun otra caractenstica de la variante particular, el conducto esta situado en el centro del separador. La posicion central permite una mejor circulacion de las partfculas y de los humos. El lugar ocupado en la seccion del separador debera compensarse mediante un aumento de la seccion horizontal del separador con el fin de que el lugar dejado a la circulacion de partfculas sea identico a la solucion de evacuacion de los gases por la parte alta de forma clasica. Si se esta limitado por el tamano de la camara de reaccion, es preciso entonces ensanchar la seccion por la parte posterior utilizando una seccion rectangular.
Segun una caractenstica suplementaria, un deflector esta situado en la parte alta del separador. Este deflector sirve para dirigir los gases hacia el conducto central de evacuacion de los gases, esta posicionado sustancialmente en alineacion con el conducto de evacuacion.
Segun una caractenstica complementaria, el deflector tiene una seccion al menos igual a la del conducto de evacuacion de humos, su posicion esta sustancialmente alineada con la del conducto de evacuacion y su altura es inferior a la de la parte de seccion constante del separador. Facilita asf el paso de los gases hacia el conducto de evacuacion.
Segun otra caractenstica, el separador esta soportado por al menos uno de los conductos de evacuacion del separador. El conducto vertical de evacuacion de los humos sube al menos hasta la parte conica del separador y baja hasta la caja posterior si esta es lo suficientemente baja el conducto puede servir de pie al separador. El conducto de evacuacion de las partfculas del separador desciende lo suficientemente bajo para servir de soporte al separador y como la caja posterior no esta ya suspendida de dicho separador el peso de este se encuentra ampliamente reducido.
Segun otra caractenstica, la caja posterior es horizontal. Como el separador es autoportador y la evacuacion de los humos se realiza por la parte baja, la caja posterior no tiene ya necesidad de ser mas alta que el separador, la misma puede por consiguiente ser colocada horizontalmente y en la parte baja. Esta construccion permite una recuperacion fraccionada de los metales pesados contenidos en las cenizas. En efecto, los metales pesados se condensan en las cenizas contenidas en los humos de forma progresiva a medida que se va produciendo el enfriamiento de los humos. Las temperaturas de condensacion son espedficas a cada tipo de metal. Por consiguiente es posible en una caldera horizontal que comprende varias tolvas para las cenizas bajo los aparatos colgados extraer cenizas mas o menos cargadas de metales pesados lo cual puede presentar una ventaja para su valoracion ulterior.
Segun otra caractenstica, la caja posterior esta situada por debajo del separador. Con el fin de mejorar la compacidad del conjunto, es posible situar la caja posterior bajo el separador que esta entonces sostenido por la indicada caja posterior.
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Segun otra disposicion, la caja posterior se coloca sobre macizos de hormigon. La evacuacion de los gases del separador al realizarse por la parte baja, pudiendo la caja posterior que puede colocarse en la parte baja, es posible colocarla directamente sobre el suelo sobre un macizo de sostenimiento. Se puede entonces suprimir la carpintena metalica que soportan habitualmente estos conjuntos, de ah una ganancia importante de coste y de peso del conjunto. Esto presenta igualmente el interes de acortar las tubenas de conexion entre la caja posterior y la turbina lo cual es una fuente de reduccion de costes suplementaria. El conjunto esta entonces directamente soportado en el suelo por un macizo de hormigon o una estructura metalica de sostenimiento. Resulta igualmente posible suspender a media altura el conjunto, lo cual presenta la ventaja de limitar la utilizacion de patines de rozamiento necesarios para la solucion planteada minimizando la carpintena metalica. Se dispone asf un abanico de elecciones mas extenso lo cual permite responder a mas pretensiones de los clientes y por consiguiente ofrecer la solucion mas adaptada.
Segun otra variante, un separador secundario esta situado entre el separador principal y la caja posterior. Este separador podra ser redondo, poligonal o cuadrado. Este separador secundario permite aumentar la captacion de polvos contenidos en los humos con el fin de poder reinyectarlos en el hogar y aumentar su conversion (o sea reducir los inquemados solidos y el consumo de cal) asf como reducir la carga erosiva en la caldera de recuperacion.
La invencion se comprendera mejor con la lectura de la descripcion que sigue sobre una caldera que es un tipo particular de reactor, dada unicamente a tttulo de ejemplo y realizada haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
- La figura 1 representa una caldera o reactor, con un conducto que comprende una boca de entrada perpendicular al extrados del conducto y situado en la camara de reacciones, que no forma parte de la presente invencion.
- La figura 2 representa una caldera o un reactor segun la invencion en vista por encima con un conducto que comprende una boca paralela al extrados del conducto y situado en el hogar.
- La figura 3 es una caldera o reactor en vista por encima.
- La figura 4 es una caldera o reactor con dos modulos segun la invencion en vista por encima.
- La figura 5 es una caldera o reactor con tres modulos en vista por encima.
- La figura 6 es una caldera o reactor con dos modulos en vista por encima.
- La figura 7 es una vista en perspectiva de la caldera o del reactor segun la invencion con cuatro separadores.
- La figura 8 es una vista en alzado de la caldera o del reactor con lechos y sifones integrados no pegados a la camara de reacciones.
- La figura 9 es una vista en alzado de la caldera o del reactor con paneles en la camara de reacciones.
- La figura 10 es una vista en alzado de la caldera o del reactor con lechos y sifones separada y pegados.
- La figura 11 es una vista en alzado de la caldera o del reactor segun la invencion.
- La figura 12 es una vista detallada en alzado del conducto integrado segun una primera version, que no
forma parte de la presente invencion.
- La figura 12a es una vista segun A del conducto de la figura 12.
- La figura 12b es una vista por encima del conducto de la figura 12.
- La figura 13 es una vista detallada en alzado del conducto integrado segun una segunda version, que no forma parte de la presente invencion.
- La figura 13a es una vista segun A del conducto de la figura 13.
- La figura 13b es una vista por encima del conducto de la figura 13.
- La figura 14 es una vista detallada en alzado del conducto integrado segun una tercera version, que no forma parte de la presente invencion.
- La figura 14a es una vista segun A del conducto de la figura 14.
- La figura 14b es una vista por encima del conducto de la figura 14.
- La figura 15 es una vista detallada en alzado del conducto integrado segun la invencion.
- La figura 15a es una vista segun A del conducto de la figura 15.
- La figura 15b es una vista por encima del conducto de la figura 15.
- La figura 15c es una vista segun C del conducto de la figura 15.
- La figura 16 es una vista detallada en alzado del conducto integrado segun una version de la invencion.
- La figura 16a es una vista segun A del conducto de la figura 16.
- La figura 16b es una vista por encima del conducto de la figura 16.
- La figura 16c es una vista segun C del conducto de la figura 16.
- La figura 17 es una vista detallada en alzado del conducto integrado segun una version de la invencion.
- La figura 17a es una vista segun A del conducto de la figura 17.
- La figura 17b es una vista por encima del conducto de la figura 17.
- La figura 17c es una vista segun C del conducto de la figura 17.
- La figura 18 es una vista detallada en alzado del conducto integrado segun una version de la invencion.
- La figura 18a es una vista segun A del conducto de la figura 18.
- La figura 18b es una vista por encima del conducto de la figura 18.
- La figura 18c es una vista segun C del conducto de la figura 18.
- La figura 19 es una vista en alzado detallada del conducto con parte final en parte en el separador y en
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parte entre la camara de reacciones y el separador que no forma parte de la invencion.
- La figura 19a es una vista por encima del conducto de la figura 19.
- La figura 20 es una vista detallada en alzado del conducto con parte final en el separador.
- La figura 20a es una vista por encima del conducto de la figura 20.
- La figura 21 es una vista detallada en alzado del conducto con la parte final en la camara de reacciones.
- La figura 21a es una vista por encima del conducto de la figura 21.
- La figura 22 es una vista en alzado de una caldera o de un reactor segun la invencion constituida por dos
modulos de base.
- La figura 23 es una vista por encima de una caldera o un reactor segun la invencion con un separador de seccion circular.
- La figura 24 es una vista por encima de una caldera o de un reactor segun la invencion con un separador de seccion poligonal.
- La figura 25 es una vista en alzado de una caldera o de un reactor con una evacuacion de los gases hacia abajo y salida hacia lo alto de la caja posterior.
- La figura 26 es una vista en alzado de una caldera o de un reactor con evacuacion de los gases hacia la parte baja y salida hacia la parte baja de la caja posterior.
- La figura 27 es una vista en alzado de una caldera o de un reactor con evacuacion de los gases hacia la parte baja y caja posterior horizontal a media altura.
- La figura 28 es una vista en alzado de una caldera o de un reactor con evacuacion de los gases hacia la parte baja y caja posterior horizontal en posicion baja.
- La figura 28a es una vista en alzado de una caldera o de un reactor con evacuacion de los gases hacia la parte baja y caja posterior horizontal en posicion baja y soportado a media altura del reactor.
- La figura 29 es una vista en alzado de una caldera o de un reactor con evacuacion de los gases hacia la parte baja y caja posterior horizontal a media altura comun para dos separadores.
- Las figuras 30 y 31 son vistas por encima de una caldera o de un reactor con caja posterior comun para una o dos camaras de reacciones.
La caldera o el reactor segun la invencion esta constituida por una camara de reacciones 1, un separador 2 y una caja posterior 3, como se puede apreciar en la figura 1. En la primera variante (fig. 1), estos tres elementos estan alineados. Un conducto 4 conecta la camara de reacciones 1 con el separador 2.
El separador 2 comprende una evacuacion 5 para las partfculas. Segun la invencion el separador 2 puede ser de forma clasica redonda (figura 23), de forma poligonal (figura 24) o de forma cuadrada (figuras 1 a 7 y 12 a 21).
Como se muestra en la figura 1, un deflector 20 redondeado esta situado frente a la entrada de los humos en el separador 2.
Los gases son evacuados por un orificio 22 situado en la parte alta del separador 2 (figuras 8 a 11).
El conducto 4 de la figura 1, que no forma parte de la presente invencion, presenta una boca de entrada 46 perpendicular a la pared 1d mientras que la de la invencion, figura 2, es paralela a la indicada pared 1d. La entrada del conducto 4 se encuentra en la prolongacion del conducto 4 en el primer caso, y perpendicular al eje del conducto 4 en el segundo.
En la variante de caldera, o de reactor, presentada en la figura 3, el separador 2 esta situado en uno de los lados 1a de la camara de reacciones 1, mientras que la caja posterior 3 esta situada por el lado 1b adyacente al precedente.
La figura 4 muestra una caldera, o un reactor, constituido por dos modulos identicos a los presentados en la figura 2 y yuxtapuestos. Se puede doblar la capacidad de la caldera o del reactor duplicando el modulo de la figura 4 por simetna con relacion a la camara de reaccion.
La figura 5 representa una caldera, o un reactor, constituido por tres modulos de la primera variante alineados juntos. Aqrn tambien, es posible duplicar la capacidad de la caldera, o del reactor, duplicando los modulos por simetna. Las camaras de reaccion 1 de cada modulo pueden ser reagrupadas en una sola camara de reacciones con una separacion 10 posicionada en la parte alta solamente. Esta separacion 10 esta entubada y sirve de soporte a el (o los) conducto(s) de aceleracion 4 intermedio(s). La caja posterior 3 esta dimensionada para tres separadores 2, su longitud es inferior a la suma de las longitudes de los tres separadores 2, como se puede apreciar en la figura 5.
La figura 6 muestra una caldera, o un reactor, constituido por dos modulos de la segunda variante frente a frente. En esta configuracion, las dos camaras de reaccion 1 del modulo estan unidas para formar solo una camara de reacciones, y las dos cajas posteriores 3 del modulo igualmente.
La caldera o el reactor, sea cual fuere la variante, puede comprender sifones 6 y/o lechos exteriores 7, que estan integrados o no y/o pegados o no a la camara de reaccion. Eso constituye aproximadamente 5 configuraciones posibles, de las cuales solo tres estan representadas.
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Segun una primera configuracion representada en la figura 8, los lechos 7 y los sifones 6 estan integrados pero no pegados a la camara de reacciones 1.
Segun una segunda configuracion representada en la figura 9, el sifon 7 esta separado y no pegado a la camara de reacciones 1. Paneles de intercambio 9a y 9b estan dispuestos en la camara de reacciones 1.
Segun una tercera configuracion representada en la figura 10, los lechos 7 y los sifones 6 estan separados y pegados a la camara de reacciones 1.
En la segunda variante de la caldera representada en la figura 11, el conjunto de estas configuraciones de lechos 7 y de sifones 6 son posibles.
El conducto 4 puede presentarse segun varias formas.
Segun las figuras 12, 13, 14, que no forman parte de la invencion el conducto 4 integrado en la camara de reacciones 1 es rectilmeo con una entrada en la prolongacion del eje del conducto 4 y de seccion sustancialmente rectangular. El piso 40 esta ligeramente inclinado hacia el exterior de la camara de reacciones 1 (figuras 12a, 13a, 14a) con el fin de dirigir las partfculas hacia la superficie 41a del conducto 4 que se encuentra en la prolongacion de la superficie 21 de captacion de solidos en el separador 2.
El piso 40 del conducto 4 esta inclinado desde el interior de la camara de reacciones 1 al exterior (vease figura 12) y desde la entrada del conducto al separador 2. La pared interior 41 del conducto 4 converge hacia el separador 2 (vease figura 12b).
Un deflector 11 esta situado en la parte alta de la camara de reacciones 1 frente a la entrada del conducto 4 (figuras 12, 13, 14), con el fin de facilitar la entrada de las partfculas en el conducto 4. Una variante no representada puede no comprender este deflector 11.
Segun una segunda disposicion representada en la figura 13, el conducto 4 presenta cambios de seccion. El piso 40 es primeramente horizontal como se puede apreciar en la figura 13, luego toma una pendiente inclinada hacia el separador 2. La pared interior 41 presenta un cambio de seccion (vease figura 13b). El conducto 4 es asf cada vez mas estrecho hacia el separador 2, lo cual permite una buena aceleracion de las partfculas y de los humos y por consiguiente una mejor separacion de las partfculas de los gases.
Segun una tercera disposicion, el piso 40 del conducto 4 es primeramente dirigido hacia la parte alta de la camara de reacciones 1 con el fin de reducir su seccion, luego hacia la parte baja, como se ha representado en la figura 14. La pared 41 presenta un cambio de seccion (vease figura 14b) como en la disposicion precedente (figura 13b).
En las figuras 15 a 18, la entrada del conducto 46 es entonces perpendicular al eje del conducto 4.
Como en el caso precedente, la seccion del conducto con una boca de entrada paralela al extrados del conducto es sustancialmente rectangular con una ligera pendiente hacia el exterior (figuras 15a, 16a, 17a, 18a) en la zona 43 del conducto 4.
Segun una primera disposicion representada en la figura 15 el piso 40 esta en pendiente hacia el separador 2. El piso 40 esta ligeramente inclinado hacia el exterior de la camara de reacciones 1 (figuras 15a, 16a, 17a, 18a) con el fin de dirigir las partfculas hacia la superficie 41a del conducto 4 que se encuentra en la prolongacion de la superficie 21 de captacion de los solidos en el separador 2. El piso 40 puede ser redondeado hacia la pared de la camara de reacciones con el fin de constituir un deflector (no representado).
La pared 41 converge hacia el separador 2 (vease figuras 15b, 16b; 17b, 18b) con el fin de acelerar las partfculas y los humos.
Segun una segunda disposicion representada en la figura 16 el piso 40 es primeramente dirigido hacia lo alto en la zona 42 correspondiente a la entrada del conducto 4. Esta disposicion favorece la entrada de las partfculas y de los gases en el conducto 1. En la zona siguiente 43, el piso esta dirigido hacia la parte baja como en la disposicion anterior.
En la tercera disposicion (figura 17), el piso 40 es horizontal en la zona 42 de la entrada del conducto 4 y luego en pendiente en la zona 43 como en la disposicion precedente.
En el conjunto de estas variantes, la camara de reacciones 1 y los conductos 4 estan entubados. Los tubos 8 que constituyen el entubado de los conductos 4 son alimentados con fluido caloportador por los tubos de la pared 1c o 1d de la camara de reacciones 1.
En la variante donde los conductos 4 esta acodados, el piso 40 de la entrada del indicado conducto 4
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correspondiente a la zona 42 esta constituido por tubos 80 que vienen de la pared 1c (figura 18c) o 1d (figuras 15c, 16c, 17c) de la camara de reacciones 1 y volviendo a la misma. El tubo 80 realiza asf un ida y vuelta que constituye el piso 40 en la zona 42 del conducto 4 (figuras 15c a 18c).
El conducto 4 puede continuarse por una parte final 44 que esta integrada o no, en parte o en su totalidad en el separador 2 (figuras 19 a 21).
En el caso en que esta parte 44 del conducto 4 este totalmente incluida en la camara de reacciones 1 (figuras 21, 21a), los tubos 8 de las paredes del conducto 4 son derivaciones de los de la camara de reacciones 1 para el piso 40 y la pared 41, los tubos de la pared de la camara de reacciones 1 para la pared 41a.
En el caso en que esta parte 44 este integrada en su totalidad o en parte en el separador 2, los tubos 8 de las paredes del conducto 4 son derivaciones de los del separador 2 para la parte dispuesta en el interior del separador 2 (figuras 19, 19a, 20, 20a).
La parte 44a situada entre la camara de reacciones 1 y el separador 2 esta, tambien, entubada por derivaciones que pueden proceder de la camara de reacciones 1 y/o del separador 2 (figuras 19, 19a).
Una caldera o un reactor constituida por dos (ref. figura 22) o varios modulos es realizada pegando dos modulos o mas. En la figura 22, la caldera, o el reactor, esta realizada con dos modulos de base de la primera variante posicionados por simetna con relacion a la camara de reacciones 1.
La camara de reacciones 1 es la reunion de las dos camaras de reaccion de base que constituye entonces una camara de reacciones en la parte baja 1e dividida.
Los dos separadores 2 situados a uno y otro lado de la camara de reacciones 1 estan conectados con la caja posterior 3 mediante conductos de union 23.
En la configuracion presentada en la figura 22, solo existe una caja posterior 3: el conducto de union 23a se vuelve a juntar con la caja posterior 3 alojando la parte superior de la camara de reacciones 1, mientras que el otro conducto 23b accede directamente a la indicada caja 3. Esta configuracion con una sola caja posterior permite ganar en compacidad.
Un deflector 45 esta dispuesto en la parte alta del conducto 4 por el lado de la salida de los gases hacia el separador 2.
Como se puede apreciar en las figuras 25 a 31, otra variante es posible; el conducto de union 23 que sirve para la evacuacion de los gases esta colocado en el interior de dicho ciclon 2, un deflector (no representado) puede ser instalado en el techo del separador 2 con el fin de facilitar la entrada de los gases en el conducto 23. La evacuacion de los gases 23 parte por encima de la parte conica 24 (poligonal o circular) del separador 2 y baja hasta la parte baja de dicho separador 2, asf el conducto 23 es suficientemente ngido para sostener el separador 2. El conjunto de camara de reaccion 1 - separador 2 - caja posterior 3 esta colocado en macizos de hormigon 9 por mediacion de una viga 90.
En la figura 25, el separador 2 es sostenido por el conducto 5 y el sifon 6 por el conducto 23. Los gases son evacuados del separador 2 por el conducto 23 que dirige el gas hacia la parte baja, luego los dirige, hacia el paso posterior donde suben de nuevo antes de salir.
En la figura 26, el separador es sostenido por el conducto 5, el sifon 6 y el lecho exterior 7 unicamente. Aqrn, los gases son evacuados como anteriormente por el conducto 23 que dirige los gases a media altura del separador 2, los suben de nuevo antes de que vuelvan a bajar a la caja posterior 3 de donde salen por la parte baja de la indicada caja 3.
En la figura 27, el separador es sostenido por el conducto 5 y el conjunto de sifon 6 del lecho exterior 7 unicamente. Los gases son evacuados a media altura y dirigidos hacia la caja posterior 3 dispuesta horizontalmente por mediacion del conducto 23.
La figura 28 representa una variante donde el separador 2 es sostenido por el conducto 5 y el sifon 6 asf como por el conducto 23 y la caja posterior 3 esta dispuesta horizontalmente.
La figura 28a representa una variante de la figura 28 donde el conjunto hogar 1, separador 2 esta suspendido a media altura en una carpintena metalica 91. Esta configuracion permite realizar una carpintena mucho menos alta que las carpintenas clasicas.
La figura 29 muestra una variante donde dos separadores 2 alimentan la misma caja posterior 3. Los dos conductos 23a y 23b se juntan en un conducto comun 230 que une la caja posterior 3 situada horizontalmente en esta figura.
El separador 2 es sostenido por el conducto 5, el sifon 6 y el lecho exterior 7.
La figura 30 representa el conjunto de camara de reaccion 1, separador 2 y caja posterior 3 pegados con una caja posterior 3 comun a los dos separadores 2 y horizontal, este conjunto constituye un modulo doble.
La figura 31 ilustra otra variante de modulo, constituido por dos camaras de reacciones 1 de cuatro separadores 2 y 5 por un solo paso posterior 3 horizontal y comun a los cuatro separadores 2.

Claims (23)

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    REIVINDICACIONES
    1. Reactor de lecho fluidizado circulante que comprende una camara de reaccion (1) conectada por un conducto de aceleracion (4) con un separador centnfugo (2) para separar partfculas a partir de gases calientes procedentes de la indicada camara de reaccion (1), siendo el separador centnfugo 2 de forma redonda, poligonal o cuadrada, caracterizado por que:
    - el conducto de aceleracion (4) esta dispuesto en su totalidad en la parte alta de la camara de reaccion (1), de forma que el piso del conducto de aceleracion (4) represente la totalidad de la anchura de la pared de la camara de reaccion (1) paralela al extrados del conducto de aceleracion (4), y
    - el conducto de aceleracion (4) comprende una boca de entrada (46) sustancialmente paralela al extrados del conducto (4).
  2. 2. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el separador centnfugo (2) presenta en seccion transversal paredes verticales sustancialmente rectilmeas.
  3. 3. Reactor segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el separador centnfugo (2) comprende una pared comun con la camara de reaccion (1).
  4. 4. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 2 o 3, caracterizado por que el separador centnfugo (2) comprende una pared comun con una caja posterior de la caldera.
  5. 5. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 3, caracterizado por que la camara de reaccion (1) comprende una pared (1b) comun con la caja posterior (3).
  6. 6. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por que el conjunto constituido por la camara de reacciones (1), del separador (2) y de la caja posterior (3) constituye un modulo de base.
  7. 7. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 6, caracterizado por que la camara de reaccion (1) y el separador (2) tienen paredes exteriores alineadas.
  8. 8. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 6 o 7, caracterizado por que la potencia del reactor es funcion del numero de modulos de base utilizados.
  9. 9. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que dos modulos adyacentes comprenden una pared comun.
  10. 10. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 9, caracterizado por que la pared comun a dos modulos y colocada entre dos separadores (2) es parcial.
  11. 11. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 6 reaccion (1) de dos modulos adyacentes estan juntas.
  12. 12. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 6 (3) de dos modulos adyacentes estan juntas.
  13. 13. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 2 la camara de reaccion (1) comprende al menos un deflector (11) de
  14. 14. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 2 entubadas.
  15. 15. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 14, caracterizado por que las paredes del conducto de aceleracion (4), del separador (2), de la parte baja y de la parte alta de la camara de reaccion (1) estan recubiertas con una capa de material refractario.
  16. 16. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 14, caracterizado por que las paredes de la parte del conducto de aceleracion (4) situadas en la camara de reaccion utiliza tubos (8) tomados de las paredes de la camara de reaccion (80).
  17. 17. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 14, caracterizado por que las paredes de la parte del conducto de aceleracion (4) situadas en la camara de reaccion utiliza tubos (8) tomados de las paredes del separador (2).
    a 10, caracterizado por que las camaras de
    a 11, caracterizado por que las cajas posterior
    a 12, caracterizado por que la pared interior de entrada del conducto de aceleracion.
    a 13, caracterizado por que las paredes estan
  18. 18. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 2 a 17, caracterizado por que las paredes del conducto de aceleracion (4) estan constituidas por tubos (8) que forman un circuito distinto.
  19. 19. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 14 o 16, caracterizado por que las paredes (44a) del conducto de aceleracion (4) estan realizadas utilizando tubos (80) de las paredes de la camara de reaccion (1) y del
    5 separador (2).
  20. 20. Reactor de lecho fluidizado segun la reivindicacion 13, caracterizado por que el deflector (11,45) esta formado por tubos (8) desviados procedentes de las paredes de la camara de reaccion (1).
  21. 21. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 2 a 20, caracterizado por que un deflector esta formado por un redondeado de los tubos (8) del piso del conducto (4).
    10 22. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 2 a 21, caracterizado por que el piso (40, 42, 43)
    del conducto (4) tiene al menos una inclinacion hacia el separador (2).
  22. 23. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 2 a 22, caracterizado por que el piso (40, 42, 43) del conducto (4) tiene al menos una inclinacion hacia el extrados del conducto (4).
  23. 24. Reactor de lecho fluidizado segun una de las reivindicaciones 2 a 23, caracterizado por que las paredes 15 exterior e interior (41) del conducto (4) presentan varios cambios de seccion.
ES03767921.4T 2002-10-14 2003-10-07 Reactor de lecho fluidizado circulante con separador y conducto de aceleración integrado Expired - Lifetime ES2583503T3 (es)

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