ES2615339T3 - Disposición de las superficies de calentamiento de un generador de vapor o de un intercambiador de calor - Google Patents
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Abstract
Disposición de superficies de calentamiento de un generador de vapor o de un intercambiador de calor, con múltiples superficies de calentamiento (110, 112, 310, 312) y/o múltiples paquetes de superficies de calentamiento (110a, 112a, 210, 212, 310a, 312a, 410, 412), que están formadas por múltiples tubos de calentamiento (114, 214a, 214b, 214c, 214d, 214e, 314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414a, 414b, 414c, 414d, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j) dispuestos entre sí básicamente en paralelo, que presentan zonas formadas horizontalmente (116, 216, 316, 416) y, entre dos zonas formadas horizontalmente (116, 216, 316, 416), una respectiva zona de desviación (118, 218, 318, 418), donde, en las zonas formadas horizontalmente (116, 216, 316, 416), los tubos de calentamiento (114, 214a, 214b, 214c, 214d, 214e, 314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414a, 414b, 414c, 414d, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j) se disponen agrupados para formar pasos de superficies de calentamiento (120, 122, 220, 222, 320, 322, 420, 422), donde dos pasos de superficies de calentamiento (120, 122, 220, 222, 320, 322, 420, 422) adyacentes constituyen una aguja de superficies de calentamiento (124, 224, 324, 424), caracterizada porque, un paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) está formado de manera escalonada, donde n tubos de calentamiento (134, 334) de ese paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) escalonado están conectados a una primera superficie de calentamiento (110, 310) de las múltiples superficies de calentamiento (110, 112, 310, 312), situada por encima del paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) escalonado, o están conectados a una primera aguja de superficies de calentamiento (124, 324) de las múltiples agujas de superficies de calentamiento (124, 224, 324, 424), y m tubos de calentamiento (136, 336) de ese mismo paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) están conectados a una segunda superficie de calentamiento (112, 312) de las múltiples superficies de calentamiento (110, 112, 310, 312), situada por debajo del paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) escalonado, o están conectados a una segunda aguja de superficies de calentamiento (124, 324) de las múltiples agujas de superficies de calentamiento (124, 224, 324, 424), y/o porque, al menos, los dos tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b) situados en la parte interior de una zona de desviación (318) están dispuestos entre sí de manera escalonada por ambos lados y/o, al menos, los dos tubos de calentamiento (414a, 414b, 414c, 414d) situados en la parte interior de una zona de desviación (418) están dispuestos entre sí de manera escalonada por un solo lado, donde los tubos de calentamiento (214c, 214d, 214e, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j), situados respectivamente en la parte exterior de la zona de desviación (218, 318, 418), están dispuestos formando una hilera unos encima de otros, y al menos un tubo de calentamiento (214c, 214d, 214e, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j), situado en la parte exterior de la zona de desviación (218, 318, 418), rodea los tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b) situados en la parte interior y dispuestos entre sí de manera escalonada por ambos lados, o los tubos de calentamiento (414a, 414b, 414c, 414d) situados en la parte interior y dispuestos entre sí de manera escalonada por un solo lado.
Description
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Descripcion
Disposicion de las superficies de calentamiento de un generador de vapor o de un intercambiador de calor Descripcion
La presente invencion se refiere a una disposicion de superficies de calentamiento de un generador de vapor o de un intercambiador de calor con multiples superficies de calentamiento y/o multiples paquetes de superficies de calentamiento, que estan formadas por multiples tubos de calentamiento dispuestos entre sf basicamente en paralelo, que presentan zonas configuradas horizontalmente y, entre dos zonas configuradas horizontalmente, presentan una respectiva zona de desviacion en la que los tubos de calentamiento de las zonas configuradas horizontalmente estan agrupados para formar pasos de superficies de calentamiento, en que dos pasos de superficies de calentamiento adyacentes constituyen, respectivamente, una aguja de superficies de calentamiento.
La presente invencion se refiere, ademas, a un generador de vapor y/o intercambiador de calor que comprende una disposicion de superficies de calor.
Los generadores de vapor de centrales electricas, plantas de calefaccion, instalaciones de lecho fluidizado y/o plantas incineradoras de residuos, que son alimentados con polvo de carbon, gas o petroleo y otros combustibles, presentan, entre otros, por encima de una camara de combustion del generador de vapor o intercambiador de calor en cuestion, o a continuacion de esta, superficies de calentamiento formadas por grupos de tubos por los que circula un medio, agua o vapor, con el fin de absorber y transportar el calor generado por la combustion del material utilizado en la camara de combustion del generador de vapor.
Las superficies de calentamiento de una disposicion de superficies de calentamiento, concebidas como superficies de calentamiento por conveccion, estan generalmente formadas por multiples superficies de calentamiento, constituidas por grupos de tubos y configuradas de manera diferente, cuya colocacion y disposicion son el resultado de los requisitos de procedimiento correspondientes al circuito del medio utilizado, en particular, un circuito de vapor de agua. Dependiendo de la altura de una superficie de calentamiento y de la altura maxima de un paquete de superficies de calentamiento, se agruparan habitualmente los pasos de superficies de calentamiento de una superficie de calentamiento, individual o colectivamente, para formar un paquete de superficies de calentamiento, donde los tubos de calentamiento dispuestos paralelamente entre sf presentan zonas formadas horizontalmente y zonas de desviacion adyacentes a las mismas, para lograr una disposicion serpenteante de los tubos de calentamiento, donde, en las zonas formadas horizontalmente, los tubos de calentamiento se agrupan formando pasos de superficies de calentamiento, y donde dos pasos de superficies de calentamiento dispuestos uno encima de otro constituyen una aguja de superficies de calentamiento. A ese respecto, los tubos de calentamiento de un paso de superficies de calentamiento estan dispuestos de manera alineada. La altura maxima de un paquete de superficies de calentamiento se determina en funcion de un proceso lo mas optimo posible de limpieza de la disposicion de superficies de calentamiento mediante sopladores de hollm, una optima accesibilidad de los tubos de calentamiento en caso de avena y un control visual lo mas simple posible de la disposicion de superficies de calentamiento durante la supervision in situ.
La altura optima del paquete de superficies de calentamiento es el criterio esencial para calcular la cantidad de carriles necesarios entre los paquetes de superficies de calentamiento de toda la zona de grupos de tubos, dentro de una disposicion de superficies de calentamiento. Si no se aprovecha de manera optima la posible altura del paquete de superficies de calentamiento, aumentara por regla general el numero de carriles intercalados entre los paquetes de superficies de calentamiento y, por tanto, a la hora de instalar sopladores de hollm en esos carriles, tambien aumentara el numero de sopladores de hollm necesarios. La altura del generador de vapor o intercambiador de calor aumentara en funcion del numero de carriles adicionales resultantes. Tanto una mayor altura del generador de vapor o intercambiador de calor como un aumento del numero de sopladores de hollm instalados en el mismo conllevaran unos costes adicionales
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considerables para ese generador de vapor o intercambiador de calor. Si, por el contrario, se sobrepasa la posible altura del paquete de superficies de calentamiento, eso provocara, por ejemplo, una reduccion de la eficacia de los sopladores de hollm, lo que tendra como consecuencia una reduccion de la efectividad de una disposicion de superficies de calentamiento.
Las disposiciones de superficies de calentamiento convencionales tienen normalmente una altura del paquete de superficies de calentamiento que se configura a partir de n pasos de superficies de calentamiento, en que la altura del paquete de superficies de calentamiento que resulta del numero necesario de divisiones longitudinales interiores entre pasos de superficies de calentamiento dependera, basicamente, de la altura de un paso de superficies de calentamiento y/o el numero de agujas de superficies de calentamiento en un paquete de superficies de calentamiento y/o la altura de las divisiones longitudinales interiores de una aguja de superficies de calentamiento. En ese sentido, a menudo se da la situacion de que la posible altura del paquete de superficies de calentamiento no se aprovecha en su totalidad o se sobrepasa, lo que tiene como resultado las desventajas descritas anteriormente.
Una disposicion de superficies de calentamiento conforme a esa categona, que presenta multiples pasos de superficies de calentamiento con multiples tubos de calentamiento agrupados entre sf, se da a conocer en GB 347 547 A. Entre dos pasos de superficies de calentamiento se forma, respectivamente, una zona de desviacion. En el paso de superficies de calentamiento de una superficie de calentamiento, se encuentran los tres tubos de calentamiento inferiores dispuestos a una mayor distancia unos de otros que el resto de tubos de calentamiento dispuestos en el paso de superficies de calentamiento de dicha superficie de calentamiento. En la zona de desviacion, los tubos de calentamiento se han dispuesto entrecruzandose unos con otros.
Por consiguiente, la presente invencion tiene como objetivo proporcionar una disposicion de superficies de calentamiento de un generador de vapor o de un intercambiador de calor, mediante la cual se consiga un mejor aprovechamiento de la posible altura del paquete de superficies de calentamiento y, al mismo tiempo, se reduzca la altura de un generador de vapor o bien de un intercambiador de calor.
En una disposicion de superficies de calentamiento como la descrita mas detalladamente al principio, se consigue ese objetivo conforme a la invencion formando un paso de superficies de calentamiento escalonado, en el que n tubos de calentamiento de este paso de superficies de calentamiento escalonado estan conectados a una primera superficie de calentamiento de las multiples superficies de calentamiento, situada por encima del paso de superficies de calentamiento escalonado, o bien, estan conectados a una primera aguja de superficies de calentamiento de las multiples agujas de superficies de calentamiento, y en el que m tubos de calentamiento de ese mismo paso de superficies de calentamiento estan conectados a una segunda superficie de calentamiento de las multiples superficies de calentamiento, situada por debajo del paso de superficies de calentamiento escalonado, o bien, estan conectados a una segunda aguja de superficies de calentamiento de las multiples agujas de superficies de calentamiento, y/o disponiendo al menos los dos tubos de calentamiento, situados en la parte interior de una zona de desviacion, escalonados entre sf por ambos lados, y/o disponiendo al menos los dos tubos de calentamiento, situados en la parte interior de una zona de desviacion, escalonados entre sf por un solo lado, donde los respectivos tubos de calentamiento situados en la parte exterior de la zona de desviacion estan dispuestos en una hilera unos encima de otros, y al menos un tubo de calentamiento, situado en la parte exterior de la zona de desviacion, rodea los dos tubos de calentamiento situados en la parte interior de una zona de desviacion escalonados entre sf por ambos lados, o los dos tubos de calentamiento situados en la parte interior de una zona de desviacion escalonados entre sf por un solo lado.
De la misma manera, se consigue el objetivo descrito anteriormente mediante un generador de vapor y/o intercambiador de calor que contenga una disposicion de superficies de calentamiento formada y desarrollada segun lo descrito, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-7.
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Mediante la formacion escalonada de un paso de superficies de calentamiento en una disposicion de superficies de calentamiento y/o la disposicion escalonada lateralmente de, al menos, dos tubos de calentamiento situados en la parte interior de una zona de desviacion, es posible aprovechar de manera optima la altura disponible del paquete de superficies de calentamiento y, a la vez, minimizar la altura necesaria para la construccion del generador de vapor o intercambiador de calor.
En la formacion escalonada de un paso de superficies de calentamiento, se conectan n tubos de calentamiento del paso de superficies de calentamiento a una primera superficie de calentamiento situada por encima del paso de superficies de calentamiento escalonado, o a una primera aguja de superficies de calentamiento, y se conectan m tubos de calentamiento del paso de superficies de calentamiento a una segunda superficie de calentamiento situada por debajo del paso de superficies de calentamiento escalonado, o a una segunda aguja de superficies de calentamiento, donde el paso de superficies de calentamiento escalonado estara preferentemente formado en su totalidad por m+n tubos de calentamiento. Mediante el escalonado de un paso de superficies de calentamiento dentro de una disposicion de superficies de calentamiento, es posible realizar cualquier altura del paquete de superficies de calentamiento, se minimiza el numero de carriles necesarios entre los pasos de superficies de calentamiento y, por tanto, se reduce la altura de construccion del generador de vapor o intercambiador de calor. La altura optima del paquete de superficies de calentamiento puede ser el resultado, por ejemplo, de la altura de una o multiples agujas de superficies de calentamiento, mas la altura de los n tubos de calentamiento, o la altura de los m tubos de calentamiento del paso de superficies de calentamiento escalonado, donde, en esta configuracion, una superficie de calentamiento y/o un paquete de superficies de calentamiento estaran formados por una aguja de superficies de calentamiento y n tubos de calentamiento o m tubos de calentamiento del paso de superficies de calentamiento escalonado. En este caso, las variables “n” y “m” representan preferentemente cualquier numero entero > 1, en que “n” y “m” no representan necesariamente el mismo numero, sino que tambien pueden corresponder a numeros diferentes.
Un aprovechamiento optimo de la posible altura del paquete de superficies de calentamiento y, simultaneamente, una reduccion de la altura del generador de vapor o intercambiador de calor es posible, de manera alternativa o simultanea, mediante una disposicion escalonada lateralmente, especialmente a ambos lados, de al menos los dos tubos de calentamiento situados en la parte mas interior de la zona de desviacion, donde preferentemente se reducira en una division longitudinal la distancia vertical de los tubos de calentamiento situados en la desviacion interior de una aguja de superficies de calentamiento. En ese caso, los dos tubos de calentamiento interiores de una aguja de superficies de calentamiento estan, a ambos lados, dispuestos de manera escalonada entre sf en la zona de desviacion de la aguja de superficies de calentamiento, donde, preferentemente, los dos tubos de calentamiento interiores, escalonados entre sf a ambos lados, se entrecruzan en la zona de desviacion. Mediante una disposicion escalonada por ambos lados de los dos tubos de calentamiento situados en la parte mas interior de la zona de desviacion, se posibilita una formacion mas compacta de una aguja de superficies de calentamiento, especialmente en cuanto a su altura, a traves de lo cual se puede reducir la altura del paquete de superficies de calentamiento y, con ello, la altura total del generador de vapor o intercambiador de calor. Ademas, tambien es posible, disponer escalonadamente por un solo lado multiples tubos de calentamiento situados en la parte interior. El tubo de calentamiento situado en la parte exterior, o tambien multiples tubos de calentamiento situados en la parte mas exterior, estaran dispuestos en la zona de desviacion de tal manera que rodeen, preferentemente en forma de U, los tubos de calentamiento de la parte interior escalonados entre sf por un solo lado, con lo cual se puede reducir en la division longitudinal la distancia vertical de los tubos de calentamiento correspondientes a la desviacion interna en la aguja de superficies de calentamiento o en el paquete de superficies de calentamiento. Mediante la curvatura por un solo lado de unicamente los tubos de calentamiento interiores de una aguja de superficies de calentamiento, es posible lograr que, de entre los tubos de calentamiento exteriores no curvados, un tubo de calentamiento situado en un primer paso de superficies de calentamiento de una aguja de superficies de calentamiento, que se encuentre calentado al maximo, tras la desviacion en la zona de desviacion represente un tubo de calentamiento, calentado al mmimo, de los tubos de calentamiento agrupados en un segundo paso de superficies de calentamiento, asf
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como que un tubo de calentamiento mas bien fno, de los tubos de calentamiento exteriores no curvados del primer paso de superficies de calentamiento, se encuentre a continuacion situado en una zona mas caliente del segundo paso de superficies de calentamiento. De esta manera, se puede lograr una absorcion de calor uniforme y optimizada sobre toda la zona que comprende la disposicion de superficies de calentamiento. Si, por el contrario, todos los tubos de calentamiento de la zona de desviacion se dispusieran escalonadamente por un solo lado y, por tanto, tambien el tubo de calentamiento mas exterior de todos, de esa manera el tubo de calentamiento que se encuentre caliente en un primer paso de superficies de calentamiento de una aguja de superficies de calentamiento tambien sena, tras la desviacion en la zona de desviacion hacia un segundo paso de superficies de calentamiento, el tubo de calentamiento que se encontrana caliente, y el tubo de calentamiento mas fno del primer paso de superficies de calentamiento volvena a ser, asimismo, el tubo de calentamiento mas fno del segundo paso de superficies de calentamiento, con lo cual se dana una absorcion de calor sustancialmente menos uniforme a traves de los tubos de calentamiento de la disposicion de superficies de calentamiento, frente a la disposicion de superficies de calentamiento conforme a la invencion. El numero de tubos de calentamiento interiores, escalonados por un solo lado en la zona de desviacion, es el resultado, preferentemente, del radio de curvatura del tubo de calentamiento utilizado y de la compensacion de dilatacion requerida de los tubos de calentamiento.
En las reivindicaciones dependientes se describen formas de realizaciones ventajosas de la presente invencion.
Una forma de realizacion preferida de la presente invencion preve la formacion de un carril, en particular un carril de sopladores de hollm, entre los n tubos de calentamiento de un paso de superficies de calentamiento y los m tubos de calentamiento de ese mismo paso de superficies de calentamiento. Mediante la formacion de un carril en el propio paso de superficies de calentamiento escalonado, no sera necesario prever la formacion de un carril en una aguja de superficies de calentamiento prevista por encima de ese paso de superficies de calentamiento escalonado, ni tampoco prever la formacion de un carril en una aguja de superficies de calentamiento prevista por debajo de ese paso de superficies de calentamiento escalonado, de manera que se puede reducir el numero de carriles necesarios en una disposicion de superficies de calentamiento, con lo cual, a su vez, tambien se podra reducir la altura necesaria del paquete de superficies de calentamiento y, con ello, la altura total del generador de vapor o intercambiador de calor.
Tambien se preve, preferentemente, que los tubos de calentamiento escalonados entre sf por ambos lados y/o los tubos de calentamiento escalonados entre sf por un solo lado en la zona de desviacion presenten un mismo radio de curvatura. De esa manera, se puede aumentar la densidad de agrupamiento de los tubos de calentamiento en la zona de desviacion de una aguja de superficies de calentamiento y, con ello, en la totalidad de la aguja de superficies de calentamiento, con lo cual se puede reducir tambien la altura necesaria del paquete de superficies de calentamiento.
De acuerdo con otra forma de realizacion ventajosa de la presente invencion, los tubos de calentamiento escalonados entre sf por ambos lados, en particular los dos interiores, se configuran curvados hacia un lado, respectivamente, donde los tubos de calentamiento escalonados entre sf por ambos lados se configuran, respectivamente, curvados hacia lados opuestos. Por ejemplo, el tubo de calentamiento mas interior se configura curvandolo hacia el lado derecho, al observar una seccion de la superficie transversal de los tubos de calentamiento de una aguja de tubos de calentamiento, en la que el segundo tubo de calentamiento mas interior se configura curvandolo hacia el lado izquierdo. Mediante el hecho de que los tubos de calentamiento escalonados entre sf por ambos lados se configuran, respectivamente, curvados hacia lados opuestos en la zona de desviacion de la aguja de superficies de calentamiento, se puede mantener en la zona de desviacion el mismo radio de curvatura necesario para un tubo de calentamiento de los tubos de calentamiento escalonados entre sf por ambos lados, a la vez que se reduce la altura de la aguja de superficies de calentamiento y tambien se reduce la altura de construccion del generador de vapor o intercambiador de calor. Preferentemente, los tubos de calentamiento escalonados entre sf por ambos
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lados se entrecruzan y se intercalan en la zona de desviacion, con lo cual se puede lograr un aumento de la densidad de agrupamiento de los tubos de calentamiento en la zona de desviacion de una aguja de superficies de calentamiento.
Ademas, se preve preferentemente que una aguja de superficies de calentamiento este formada en la zona de desviacion de tal manera que la aguja de superficies de calentamiento presente una division longitudinal interior, que este formada de manera que se reduzca en una division longitudinal de una superficie de calentamiento. La division longitudinal interior de una aguja de superficies de calentamiento corresponde a la distancia del tubo de calentamiento mas interior, o bien, de los tubos de calentamiento mas interiores de dos pasos de superficies de calentamiento adyacentes de una aguja de superficies de calentamiento. La division longitudinal interior corresponde, normalmente, a dos veces el radio de curvatura del tubo de calentamiento situado mas al interior, o bien, de los tubos de calentamiento situados mas al interior en la zona de desviacion. De acuerdo con la invencion, en esta configuracion es posible reducir, preferentemente en una division longitudinal de un tubo de calentamiento, la division longitudinal interior de una aguja de superficies de calentamiento, prevista normalmente, con objeto de poder reducir la altura de una aguja de superficies de calentamiento y, con ello, la altura del paquete de superficies de calentamiento. En ese caso, la altura de la aguja de superficies de calentamiento puede reducirse, preferentemente, de tal manera que la division longitudinal interior de la aguja de superficies de calentamiento corresponda a una division longitudinal de una superficie de calentamiento.
Otra forma de realizacion ventajosa de la presente invencion preve que el numero de tubos de calentamiento interiores, dispuestos escalonadamente por un solo lado, se base en el radio de curvatura elegido para el tubo de calentamiento utilizado y en la compensacion de dilatacion necesaria de los tubos de calentamiento.
La invencion se refiere, ademas, a un generador de vapor y/o un intercambiador de calor que presenta una disposicion de superficies de calentamiento configurada y desarrollada, tal y como se ha descrito anteriormente.
A continuacion, se explica mas detalladamente la presente invencion mediante formas de realizacion preferentes, haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
En los dibujos adjuntos se muestra lo siguiente:
Fig. 1: Una representacion esquematica de una primera disposicion de superficies de calentamiento convencional;
Fig. 2: Una representacion esquematica de una disposicion de superficies de calentamiento conforme a la presente invencion, de acuerdo con una primera forma de realizacion con un paso de superficies de calentamiento escalonado;
Fig. 3: Una representacion esquematica en seccion que muestra la superficie transversal de una segunda aguja de superficies de calentamiento convencional;
Fig. 4: Una representacion esquematica de una disposicion de superficies de calentamiento conforme a la presente invencion, de acuerdo con una segunda forma de realizacion, con una representacion en seccion que muestra la superficie transversal de una aguja de superficies de calentamiento conforme a la presente invencion, que presenta una curvatura escalonada por ambos lados de los dos tubos de calentamiento situados en el interior de la misma;
Fig. 5: Una representacion esquematica de una disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con la presente invencion, segun una combinacion de la primera forma de realizacion mostrada en la Fig. 2 y la segunda forma de realizacion mostrada en la Fig. 4;
Fig. 6: Una representacion esquematica de una tercera disposicion de superficies de calentamiento convencional; y
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Fig. 7: Una representacion esquematica de una disposicion de superficies de calentamiento conforme a la presente invencion, segun una tercera forma de realizacion, que presenta una curvatura por un solo lado de multiples tubos de calentamiento situados en el interior de una aguja de superficies de calentamiento.
La Fig. 1 muestra una representacion esquematica, conocida en el estado de la tecnica, de una disposicion de superficies de calentamiento convencional en un generador de vapor, con un primer paquete de superficies de calentamiento 10 y un segundo paquete de superficies de calentamiento 12, que estan formadas por multiples tubos de calentamiento 14 dispuestos paralelamente entre sf en forma de serpentines. Los tubos de calentamiento 14 presentan zonas configuradas horizontalmente 16 y zonas de desviacion 18, donde, entre dos respectivas zonas configuradas horizontalmente 16 se han previsto las zonas de desviacion 18. En las zonas configuradas horizontalmente 16, los tubos de calentamiento 14 estan agrupados formando pasos de superficies de calentamiento 20, 22, en los que dos pasos de superficies de calentamiento 20, 22 adyacentes forman, respectivamente, una aguja de superficies de calentamiento 24.
En el ejemplo representado en la Fig. 1, la disposicion de superficies de calentamiento presenta cinco tubos de calentamiento 14 dispuestos paralelamente, que estan alineados entre sf. Los paquetes de superficies de calentamiento 10, 12 mostrados en la Fig. 1 estan compuestos, respectivamente, por dos agujas de superficies de calentamiento 24, de cuya altura resulta la altura del paquete de superficies de calentamiento 26 de los respectivos paquetes de superficies de calentamiento 10, 12. La altura del paquete de superficies de calentamiento 26 de un paquete de superficies de calentamiento 10, 12 se determina a partir del valor de la division longitudinal 28 de la altura de los pasos de superficies de calentamiento 20, 22 y del valor de la division longitudinal interior 30 de una aguja de superficies de calentamiento 24. La division longitudinal 28 de un paso de superficies de calentamiento 20, 22 es el resultado de la distancia vertical de dos tubos de calentamiento 14 dispuestos paralelamente uno encima de otro, donde la division longitudinal 28 se medira a partir de la mitad de cada uno de los tubos de calentamiento 14. La division longitudinal interior 30, medida igualmente a partir de la mitad de los tubos de calentamiento 14, se determina en base a la distancia de los dos pasos de superficies de calentamiento 20, 22 de una aguja de superficies de calentamiento 24, donde, por regla general, la division longitudinal interior 30 de una aguja de superficies de calentamiento 24 corresponde a dos veces el radio de curvatura del tubo de calentamiento 14 situado en la parte mas interior de la zona de desviacion 18 de una aguja de superficies de calentamiento 24. Entre dos paquetes de superficies de calentamiento 10, 12 se forma, respectivamente, un carril 32, en particular un carril de sopladores de hollm.
Sobre la base del aprovechamiento apropiado de la posible altura del paquete de superficies de calentamiento 26, se calcula el numero de carriles 32 necesarios de una disposicion de superficies de calentamiento. Con el numero de carriles 32 necesarios aumentara, sin embargo, la altura total del generador de vapor o intercambiador de calor. Mediante un aprovechamiento optimo de la posible altura del paquete de superficies de calentamiento 26, se puede reducir el numero de carriles 32 necesarios y, con ello, tambien la altura total del generador de vapor o intercambiador de calor. Mediante las formas de realizacion conforme a la presente invencion mostradas en las Fig. 2, 4, 5 y 7, se consigue un aprovechamiento optimo de la posible altura del paquete de superficies de calentamiento 26.
Las disposiciones de superficies de calentamiento descritas a continuacion se refieren a cualquier tipo de generador de vapor e intercambiador de calor como, por ejemplo, los que se utilizan en centrales electricas, en particular las que operan con combustibles fosiles y, preferentemente, con carbon.
La Fig. 2 muestra una primera forma de realizacion de una disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con la presente invencion, en la que se ha formado un paso de superficies de calentamiento 120a escalonado, en el cual se ha dispuesto una division de los tubos de calentamiento 114 del paso de superficies de calentamiento 120a escalonado, en la que n tubos de calentamiento 114, 134 del paso de superficies de calentamiento 120a estan conectados a una primera superficie de calentamiento 110, situada
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por encima del paso de superficies de calentamiento 120a, o bien, a una aguja de superficies de calentamiento 124 de la primera superficie de calentamiento 110, y en la que m tubos de calentamiento 114, 136 estan conectados a una segunda superficie de calentamiento 112, situada por debajo del paso de superficies de calentamiento 120a, o bien, a una aguja de superficies de calentamiento 124 de la segunda superficie de calentamiento 112. En el ejemplo mostrado en esta Fig. 2, la variable “n” equivale a cinco tubos de calentamiento 114 y la variable “m” equivale, asimismo, a cinco tubos de calentamiento 114, por lo que un paso de superficies de calentamiento 120, 120a, 122 abarcara un total de diez tubos de calentamiento 114 dispuestos basicamente en paralelo. La altura del paquete de superficies de calentamiento 126 del primer paquete de superficies de calentamiento 110a es el resultado, en este caso, de la altura de la aguja de superficies de calentamiento 124, que dependera de la division longitudinal 128 de la altura de los pasos de superficies de calentamiento 120, 122 y de la division longitudinal interior 130 de la aguja de superficies de calentamiento 124, asf como de la altura de los n tubos de calentamiento 114, 134 del paso de superficies de calentamiento 120a escalonado, o bien, de la altura de los tubos de calentamiento superiores 114, 134 del paso de superficies de calentamiento escalonado 120a y de una division longitudinal interior 130. La altura del paquete de superficies de calentamiento 126 del segundo paquete de superficies de calentamiento 112a es el resultado de la altura de la aguja de superficies de calentamiento 124, que dependera de la division longitudinal 128 de la altura de los pasos de superficies de calentamiento 120, 122 y de la division longitudinal interior 130 de la aguja de superficies de calentamiento 124, asf como de la altura de los m tubos de calentamiento 114, 136 del paso de superficies de calentamiento 120a, o bien, de la altura de los tubos de calentamiento inferiores 114, 136 del paso de superficies de calentamiento 120a escalonado y de una division longitudinal interior 130.
Tal y como se muestra en la Fig. 2, mediante la forma de realizacion conforme a la presente invencion de una disposicion de superficies de calentamiento de un generador de vapor o intercambiador de calor, se pueden conseguir unas alturas de los paquetes de superficies de calentamiento 126 que queden ajustadas de manera optima y, con ello, se puede lograr una reduccion de la altura total del generador de vapor o de la altura total del intercambiador de calor.
Entre los n tubos de calentamiento 114, 134 del paso de superficies de calentamiento 120a y los m tubos de calentamiento 114, 136 del paso de superficies de calentamiento 120a, se forma un carril 132 que, por ejemplo, puede estar configurado como un carril de sopladores de hollm.
Mediante el escalonado de un paso de superficies de calentamiento 120a se puede realizar cualquier altura del paquete de superficies de calentamiento 126, minimizar el numero de carriles 132 y, con ello, reducir la altura total del generador de vapor o intercambiador de calor.
La disposicion de superficies de calentamiento mostrada en la Fig. 2 presenta un espacio libre 142, en cuyo interior se puede disponer otra superficie de calentamiento 110, 112, o bien, otro paquete de superficies de calentamiento 110a, 112a. El espacio libre 142 representa una reserva, que se puede rellenar para lograr una altura del paquete de superficies de calentamiento 126 ajustada de manera lo mas optima posible, y que podna configurarse, por ejemplo, de forma que pudiese ahorrarse otro carril 132.
Para lograr un aprovechamiento optimo de la posible altura del paquete de superficies de calentamiento se puede prever ademas, tal y como se muestra en las Fig. 4, 5 y 7, una disposicion mas compacta de los tubos de calentamiento 214a, 214b, 214c, 214d, 214e, 314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414a, 414b, 414c, 414d, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j en la zona de desviacion 218, 318, 418 de una aguja de superficies de calentamiento 224, 324, 424.
Las Fig. 3 y Fig. 4 muestran representaciones en seccion de dos agujas de superficies de calentamiento 24, 224 del generador de vapor o intercambiador de calor, dispuestas una al lado de la otra en paralelo a una pared 40, 240.
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La Fig. 3 muestra una disposicion convencional de tubos de calentamiento 14a, 14b, 14c, 14d, 14e en una aguja de superficies de calentamiento 24 de un paquete de superficies de calentamiento 10, 12, conocida en el estado de la tecnica, en la que los tubos de calentamiento 14a, 14b, 14c, 14d, 14e estan dispuestos en una hilera uno encima de otro. La division longitudinal interior 30, es decir, la distancia del tubo de calentamiento 14a situado mas al interior de una aguja de superficies de calentamiento 24, entre un primer paso de superficies de calentamiento 20 y un segundo paso de superficies de calentamiento 22 situado debajo de este, asciende en esta realizacion convencional de una disposicion de superficies de calentamiento que se muestra a dos veces el radio de curvatura del tubo de calentamiento 14a.
La Fig. 4 muestra una segunda forma de realizacion conforme a la invencion de una disposicion de superficies de calentamiento en la que, a diferencia de la disposicion de superficies de calentamiento mostrada en la Fig. 3, los dos tubos de calentamiento 214a, 214b, situados en el interior de la zona de desviacion 218 de una aguja de superficies de calentamiento 224, dentro de un paquete de superficies de calentamiento 210, 212, estan dispuestos por ambos lados de manera escalonada entre sf, donde los tubos de calentamiento 214c, 214d, 214e situados en la parte exterior no estan dispuestos de manera escalonada entre sf, sino formando una hilera unos encima de otros, y donde los tubos de calentamiento 214c, 214d, 214e, situados en la parte exterior, rodean en forma de U los tubos de calentamiento 214a, 214b interiores escalonados entre sf lateralmente. En este caso, los tubos de calentamiento 214a, 214b escalonados entre sf por ambos lados presentan el mismo radio de curvatura, donde la division longitudinal interior 230 de la aguja de superficies de calentamiento 224 es menor que la division longitudinal interior 30 de la aguja de superficies de calentamiento 24 mostrada en la Fig. 3, de manera que la division longitudinal interior 230 se reduce en una division longitudinal 228, en comparacion con la altura total de una aguja de superficies de calentamiento 24 convencional, como la mostrada en la Fig. 3. Los tubos de calentamiento 214a, 214b escalonados entre sf por ambos lados se configuran curvados hacia un lado, respectivamente, donde los tubos de calentamiento 214a, 214b escalonados entre sf por ambos lados se configuran curvados hacia lados opuestos. En la forma de realizacion mostrada en la Fig. 4, el tubo de calentamiento 214a se configura curvado hacia el lado izquierdo y el tubo de calentamiento 214b se configura curvado hacia el lado derecho. La disposicion escalonada entre sf de los tubos de calentamiento 214a, 214b provoca que los tubos de calentamiento 214a, 214b se entrecrucen en un punto, de manera que, en la forma de realizacion mostrada, el tubo de calentamiento 214a situado mas al interior del segundo paso de superficies de calentamiento 222 representa el segundo tubo de calentamiento 214a situado mas al interior del primer paso de superficies de calentamiento 220, y de manera que los tubos de calentamiento 214a, 214b intercambian su posicion en la transicion del primer paso de superficies de calentamiento 220 al segundo paso de superficies de calentamiento 222. Mediante esta disposicion de los tubos de calentamiento 214a, 214b, 214c, 214d, 214e se puede reducir la altura de una aguja de superficies de calentamiento 224 en una division longitudinal 228.
La forma de realizacion de la Fig. 4 muestra, de esta manera, otra posibilidad de minimizar la altura del paquete de superficies de calentamiento y, con ello, la altura de un generador de vapor o la altura de un intercambiador de calor, al insertar de nuevo los dos tubos de calentamiento 214a, 214b interiores de una aguja de superficies de calentamiento 224 en los correspondientes pasos de superficies de calentamiento 220, 222, despues de ser curvados cada uno hacia un lado y desplazados en una division longitudinal 228, en la zona de desviacion 218 de la aguja de superficies de calentamiento 224.
La Fig. 5 muestra una forma de realizacion en la que se preve la combinacion, en una disposicion de superficies de calentamiento, de la primera forma de realizacion posible mostrada en la Fig. 2 con la segunda forma de realizacion posible mostrada en la Fig. 4.
La disposicion de superficies de calentamiento mostrada en la Fig. 5 presenta dos paquetes de superficies de calentamiento 310a, 312a, los cuales estan formados por multiples tubos de calentamiento 314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j dispuestos basicamente en paralelo, los cuales presentan zonas formadas horizontalmente 316 y una respectiva zona de desviacion 318 entre dos zonas formadas
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horizontalmente 316, donde, en las zonas formadas horizontalmente 316, los tubos de calentamiento 314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j se disponen agrupados para formar pasos de superficies de calentamiento 320, 322, donde dos pasos de superficies de calentamiento 320, 322 adyacentes conforman, respectivamente, una aguja de superficies de calentamiento 324. En este caso, se ha configurado un paso de superficies de calentamiento 320a escalonado, en el que estan conectados n tubos de calentamiento 334 del paso de superficies de calentamiento 320a a una primera superficie de calentamiento 310, o a una primera aguja de superficies de calentamiento 324 de la primera superficie de calentamiento 310, y en el que m tubos de calentamiento 336 del primer paso de superficies de calentamiento 320a estan conectados a una segunda superficie de calentamiento 312, o a una segunda aguja de superficies de calentamiento 324 de la segunda superficie de calentamiento. Ademas, los dos tubos de calentamiento 314a, 314b se entrecruzan en el interior de la zona de desviacion 318 y estan dispuestos de manera escalonada por ambos lados, donde, en la zona de desviacion 318, los tubos de calentamiento 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j situados en el exterior rodean los tubos de calentamiento 314a, 314b situados en el interior, escalonados entre sf por ambos lados. La altura del paquete de superficies de calentamiento 326 se determina en base a la division longitudinal 328 de la altura de los pasos de superficies de calentamiento 320, 322 de la division longitudinal interior 330 de la aguja de superficies de calentamiento 324, la altura del paso de superficies de calentamiento 334, 336 escalonado, y la division longitudinal interior 330 de la desviacion. Entre los n tubos de calentamiento 334 del paso de superficies de calentamiento 320a escalonado y los m tubos de calentamiento 336 del paso de superficies de calentamiento 320a escalonado, se forma un carril, en cuyo interior se puede formar un carril de sopladores de hollm. Ademas, la disposicion de superficies de calentamiento presenta un espacio libre 342, dentro del cual se puede prever otra superficie de calentamiento 310, 321, o bien, otro paquete de superficies de calentamiento 310a, 312a.
La Fig. 6 muestra una curvatura por un solo lado de todos los tubos de calentamiento 14 de un paquete de superficies de calentamiento 10, conocida en el estado de la tecnica. A traves de la curvatura por un solo lado de todos los n tubos de calentamiento 14 de un paso de superficies de calentamiento 20, 22 y un salto simultaneo de todas las n divisiones, se logra una reduccion de la altura del paquete de superficies de calentamiento 26 y, con ello, una reduccion de la altura total del generador de vapor o intercambiador de calor, al rebajar la altura de las divisiones longitudinales interiores 30 de una aguja de superficies de calentamiento 24 a la division longitudinal normal 28. La desventaja de este procedimiento es que, en el primer paso de superficies de calentamiento 20 de una aguja de superficies de calentamiento 24, el tubo de calentamiento 14 que se encuentra caliente tambien seguira siendo, tras la desviacion, el tubo de calentamiento 14 caliente en el segundo paso de tubos de calentamiento 22. El tubo de calentamiento 14 mas fno del primer paso de superficies de calentamiento 20 seguira siendo, de la misma manera, el tubo de calentamiento 14 mas fno en el segundo paso de superficies de calentamiento 22.
La Fig. 7 muestra una tercera forma de realizacion posible de la disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con la presente invencion, donde, en este caso, la altura de la aguja de superficies de calentamiento 424 y, con ello, la altura del paquete de superficies de calentamiento 426 se siguen reduciendo, en comparacion con la forma de realizacion mostrada en la Fig. 4, al reducir la division longitudinal interior 430 de la aguja de superficies de calentamiento 424 de tal manera que corresponda a las medidas de una division longitudinal 428 de los paquetes de superficies de calentamiento 410, 412. En el ejemplo mostrado en la Fig. 7, la aguja de superficies de calentamiento 424 presenta dos pasos de superficies de calentamiento 420, 422, los cuales estan formados por diez tubos de calentamiento 414a, 414b, 414c, 414d, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j dispuestos paralelamente entre sf, con zonas formadas horizontalmente 416 y una zona de desviacion 418, donde los tubos de calentamiento interiores 414a-414d estan dispuestos de manera escalonada entre sf y los tubos de calentamiento exteriores 414e- 414j estan dispuestos en una hilera unos encima de otros, rodeando en forma de U los tubos de calentamiento interiores 414a-414d. Los tubos de calentamiento interiores 414a-414d estan dispuestos de manera escalonada entre sf, de forma que se entrecruzan en la zona de desviacion de la aguja de superficies de calentamiento 424. Dado que los tubos de calentamiento exteriores 414e-414j no estan
curvados y, por tanto, no intercambian posiciones, el tubo de calentamiento 414j, por ejemplo, sera el tubo de calentamiento menos caliente en el primer paso de superficies de calentamiento 420 pero pasara a ser el tubo de calentamiento mas caliente en el segundo paso de superficies de calentamiento 422. De esa manera, la diferente absorcion de calor en el primer paso de superficies de calentamiento 420 y en el 5 segundo paso de superficies de calentamiento 422 se compensa, en su mayor parte, en comparacion con la disposicion de superficies de calentamiento mostrada en la Fig. 6, conocida en el estado de la tecnica.
Claims (8)
- 5101520253035404550Reivindicaciones1. Disposicion de superficies de calentamiento de un generador de vapor o de un intercambiador de calor, con multiples superficies de calentamiento (110, 112, 310, 312) y/o multiples paquetes de superficies de calentamiento (110a, 112a, 210, 212, 310a, 312a, 410, 412), que estan formadas por multiples tubos de calentamiento (114, 214a, 214b, 214c, 214d, 214e, 314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414a, 414b, 414c, 414d, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j) dispuestos entre sf basicamente en paralelo, que presentan zonas formadas horizontalmente (116, 216, 316, 416) y, entre dos zonas formadas horizontalmente (116, 216, 316, 416), una respectiva zona de desviacion (118, 218, 318, 418), donde, en las zonas formadas horizontalmente (116, 216, 316, 416), los tubos de calentamiento (114, 214a, 214b, 214c, 214d, 214e, 314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414a, 414b, 414c, 414d, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j) se disponen agrupados para formar pasos de superficies de calentamiento (120, 122, 220, 222, 320, 322, 420, 422), donde dos pasos de superficies de calentamiento (120, 122, 220, 222, 320, 322, 420, 422) adyacentes constituyen una aguja de superficies de calentamiento (124, 224, 324, 424), caracterizada porque,un paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) esta formado de manera escalonada, donde n tubos de calentamiento (134, 334) de ese paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) escalonado estan conectados a una primera superficie de calentamiento (110, 310) de las multiples superficies de calentamiento (110, 112, 310, 312), situada por encima del paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) escalonado, o estan conectados a una primera aguja de superficies de calentamiento (124, 324) de las multiples agujas de superficies de calentamiento (124, 224, 324, 424),y m tubos de calentamiento (136, 336) de ese mismo paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) estan conectados a una segunda superficie de calentamiento (112, 312) de las multiples superficies de calentamiento (110, 112, 310, 312), situada por debajo del paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) escalonado, o estan conectados a una segunda aguja de superficies de calentamiento (124, 324) de las multiples agujas de superficies de calentamiento (124, 224, 324, 424), y/oporque, al menos, los dos tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b) situados en la parte interior de una zona de desviacion (318) estan dispuestos entre sf de manera escalonada por ambos lados y/o, al menos, los dos tubos de calentamiento (414a, 414b, 414c, 414d) situados en la parte interior de una zona de desviacion (418) estan dispuestos entre sf de manera escalonada por un solo lado, donde los tubos de calentamiento (214c, 214d, 214e, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j), situados respectivamente en la parte exterior de la zona de desviacion (218, 318, 418), estan dispuestos formando una hilera unos encima de otros, yal menos un tubo de calentamiento (214c, 214d, 214e, 314c, 314d, 314e, 314f, 314g, 314h, 314i, 314j, 414e, 414f, 414g, 414h, 414i, 414j), situado en la parte exterior de la zona de desviacion (218, 318, 418), rodea los tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b) situados en la parte interior y dispuestos entre sf de manera escalonada por ambos lados, o los tubos de calentamiento (414a, 414b, 414c, 414d) situados en la parte interior y dispuestos entre sf de manera escalonada por un solo lado.
- 2. Disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque entre los n tubos de calentamiento (134, 334) de un paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) y los m tubos de calentamiento (136,336) de ese mismo paso de superficies de calentamiento (120a, 320a) se ha formado un carril (132, 332), en particular, un carril de sopladores de hollm.
- 3. Disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque los tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b) dispuestos de manera51015202530escalonada entre s^ por ambos lados y/o los tubos de calentamiento (414a, 414b, 414c, 414d) dispuestos de manera escalonada entre sf por un solo lado presentan, en la zona de desviacion (218, 318, 418), el mismo radio de curvatura.
- 4. Disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque cada uno de los tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b) dispuestos de manera escalonada entre sf por ambos lados se configura curvado hacia un lado, donde los tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b) escalonados entre sf lateralmente se configuran, respectivamente, curvados hacia lados opuestos.
- 5. Disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque una aguja de superficies de calentamiento (224, 324) esta configurada en la zona de desviacion (218, 318) de tal manera, que la aguja de superficies de calentamiento (224, 324) presenta una division longitudinal interior (230, 330) que esta reducida en una division longitudinal (228, 328) de una superficie de calentamiento (210, 212).
- 6. Disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque una aguja de superficies de calentamiento (424) esta configurada en la zona de desviacion (418) de tal manera, que la aguja de superficies de calentamiento (424) presenta una division longitudinal interior (430) que corresponde a una division longitudinal (428) de una superficie de calentamiento (410, 412).
- 7. Disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el numero de tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b, 414a, 414b, 414c, 414d) situados en el interior, escalonados entre sf por un solo lado, se determina por medio del radio de curvatura elegido para el tubo de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b, 414a, 414b, 414c, 414d) utilizado, y de la compensacion de dilatacion necesaria de los tubos de calentamiento (214a, 214b, 314a, 314b, 414a, 414b, 414c, 414d).
- 8. Generador de vapor y/o intercambiador de calor que comprende una disposicion de superficies de calentamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.
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