ES2710825T3 - Lecho fluidizado circulante con boquillas de aire secundarias en el horno - Google Patents
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Abstract
Una caldera de lecho fluidizado circulante que comprende: una cámara de reacción de lecho fluidizado circulante que tiene paredes laterales (2a-2d) y una rejilla (9) que define un suelo en un extremo inferior de la cámara de reacción de lecho fluidizado circulante para proporcionar gas fluidizante (8, 45, 46) en la cámara de reacción de lecho fluidizado circulante; un lecho fluidizado burbujeante (4) ubicado dentro de una porción inferior de la cámara de reacción de lecho fluidizado circulante que se limita por una o más de las paredes laterales de la cámara de reacción de lecho fluidizado circulante, el suelo de la cámara de reacción de lecho fluidizado circulante, y un pared de cerramiento (30) formada por tubos enfriados que se extienden hacia arriba desde el suelo del lecho fluidizado circulante a una altura del lecho fluidizado burbujeante; al menos un intercambiador de calor en lecho controlable (3) sumergido en el lecho fluidizado burbujeante, el intercambiador de calor en lecho que comprende una superficie de calentamiento y ocupa parte del suelo de cámara de reacción de lecho fluidizado circulante y que se rodea por la pared de cerramiento y una o más de las paredes laterales; y caracterizado por que comprende además al menos una boquilla de aire secundaria en el horno (55) formada por tubos enfriados (50) de la pared de cerramiento de lecho fluidizado burbujeante que se forman en al menos un grupo que se extiende desde una parte superior de la pared de cerramiento de lecho fluidizado burbujeante por la anchura del lecho fluidizado burbujeante hasta alcanzar una de las paredes laterales del lecho fluidizado circulante, las boquillas de aire secundarias (55) que proporcionan así que el aire introducido por las boquillas de aire secundarias no desvíe sólidos (18, 19) para que caigan sobre el lecho fluidizado burbujeante.
Description
DESCRIPCION
Lecho fluidizado circulante con boquillas de aire secundarias en el horno
Campo
La presente invencion se refiere en general al campo de los reactores o calderas de lecho fluidizado circulante (CFB) tal como las usadas en instalaciones de generacion de potencia electrica o industrial, y en particular pero no en exclusiva, a boquillas de aire secundarias en el horno disenadas para evitar el desvfo de solidos que caen en el lecho fluidizado burbujeante (BFB) desde el CFB mediante chorros de aire secundarios.
Antecedentes
La Patente de Estados Unidos n.° 6.532.905 de Belin et al. describe una caldera CFB con intercambiador de calor en lecho controlable (IBHX). La caldera comprende una camara de reaccion CFB asf como un intercambiador de calor BFB ubicado dentro de la camara de reaccion. La transferencia de calor en el intercambiador de calor se controla mediante el control del mdice de descarga de solidos desde la parte inferior del BFB en la camara de reaccion. La capacidad de transferencia de calor general del IBHX depende del flujo descendente de solidos en la parte superior del lecho burbujeante en el IBHX desde el horno CFB. Un mdice de flujo descendente superior resulta en una capacidad de transferencia de calor superior. El aire secundario se suministra normalmente a un horno CFB mediante boquillas ubicadas en las paredes de horno delantera y trasera. Las boquillas se ubican fuera del cerramiento del horno y sus aberturas de salida estan alineadas con esas paredes. Ya que el IBHX esta ubicado adyacente a las paredes que contienen las boquillas, los chorros desde las boquillas desviaran parte del flujo descendente de solidos desde el IBHX reduciendo asf su capacidad de transferencia de calor.
La Patente de Estados Unidos n.° 5.836.257 de Belin et al. describe un horno CFB con un pleno de aire secundario integral. Tal pleno permite colocar boquillas de aire secundarias dentro del horno evitando asf la interferencia de sus chorros con el flujo descendente de solidos al IBHX. Sin embargo, la estructura de soporte y/o el medio de suministro de aire del pleno puede interferir con el movimiento de gas y/o solidos en el horno, y acomodar boquillas del tamano suficiente para permitir una penetracion de chorro adecuada en un CFB grande requiere que el pleno sea mucho mayor de lo aconsejable.
El documento US 5.054.436 describe un sistema de combustion de lecho fluidizado de acuerdo con el preambulo de la reivindicación 1 y un metodo en el que una seccion de reciclado se ubica integralmente con la seccion de horno en un cerramiento y opera como una camara de combustion. Unas superficies de intercambio de calor se proporcionan en el al menos un compartimento de la camara de combustion/intercambiador de calor para retirar calor de los solidos, y un compartimento de desvm se proporciona a traves del que los solidos pasan directamente al horno durante el inicio y las condiciones de carga baja. El aire fluidizante se descarga en la recirculacion interna de los solidos y una division se ubica en la porcion central del cerramiento de horno para introducir aire secundario. Este documento no ensena, al menos, al menos una boquilla de aire secundaria en el horno (55) formada por tubos enfriados (50) de una pared de cerramiento de lecho fluidizado burbujeante que se forman en al menos un grupo que se extiende desde la parte superior de la pared de cerramiento de lecho fluidizado burbujeante por la anchura del lecho fluidizado burbujeante hasta alcanzar una pared exterior del lecho fluidizado circulante, las boquillas de aire secundario que proporcionan que el aire introducido por las boquillas de aire secundario no desvfe solidos y caigan sobre el lecho fluidizado circulante.
Sumario
La presente invencion se ha realizado con conocimiento de los inconvenientes y limitaciones de los sistemas convencionales.
Los aspectos particulares y realizaciónes de la invencion se exponen en las reivindicaciones independientes y dependientes adjuntas.
Visto desde un primer aspecto, se proporciona un sistema para impedir, inhibir o evitar el desvm de los solidos que caen en un lecho fluidizado burbujeante desde un lecho fluidizado circulante mediante chorros de aire secundarios mientras se evita una estructura complicada que interferina con el movimiento de gas y/o solidos en un horno.
Visto desde otro aspecto, puede proporcionarse una caldera de lecho fluidizado circulante (CFB) que comprende: una camara de reaccion CFB que tiene paredes laterales y una rejilla que define un suelo en un extremo inferior de la camara de reaccion CFB para proporcionar gas fluidizante en la camara de reaccion CFB; un lecho fluidizado burbujeante (BFB) ubicado dentro de una porcion inferior de la camara de reaccion CFB y que se limita por las paredes exteriores de la camara de reaccion CFB, el suelo de la camara de reaccion CFB y las paredes de cerramiento formadas por tubos enfriados que se extienden hacia arriba desde el suelo del CFB a la altura del BFB; al menos un intercambiador de calor en lecho controlable (IBHX), el IBHX comprendiendo una superficie de calentamiento y ocupando parte del suelo de la camara de reaccion CFB y que se rodea por las paredes de
cerramiento del BFB; y al menos una boquilla de aire secundaria en el horno formada por tubos enfriados de la pared de cerramiento BFB que se forman en al menos un grupo que se extiende desde la parte superior de la pared de cerramiento BFB por la anchura del BFB hasta alcanzar la pared exterior del CFB.
Los tubos que forman la al menos una boquilla de aire secundaria en el horno pueden volverse parte de la pared exterior cuando alcanzan la pared exterior del CFB. Adicionalmente, la abertura de salida de la al menos una boquilla de aire secundaria en el horno puede estar alineada, o casi alineada, con la pared de cerramiento del BFB. Las diversas caractensticas de novedad proporcionadas por la invencion se senalan con particularidad en las reivindicaciones adjuntas a y que forman una parte de esta divulgacion. Para un mejor entendimiento de la invencion, sus ventajas operativas y beneficios espedficos logrados por los usos, se hace referencia a los dibujos adjuntos y materia descriptiva en la que las realizaciónes de ejemplos se ilustran.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es una vista en alzado lateral en seccion de una caldera CFB que ilustra boquillas de aire secundarias;
la Figura 2 es una vista en planta en seccion de la caldera CFB de la Figura 1, vista en la direccion de las flechas 2-2 de la Figura 1;
la Figura 3 es una vista en perspectiva esquematica del cerramiento BFB, donde los tubos que forman las boquillas de aire secundarias en el horno se representan como lmeas unicas;
la Figura 4 es una vista en alzado lateral en seccion de una caldera CFB de acuerdo con otra realización; y la Figura 5 es una vista en planta en seccion de la caldera CFB de la Figura 4 vista en la direccion de las flechas 5-5 de la Figura 4.
Aunque la invencion es susceptible de tener diversas modificaciones y formas alternativas, las realizaciónes espedficas se muestran solo a modo de ejemplo en los dibujos y se describen en detalle en este caso. Debena entenderse sin embargo que los dibujos y la descripcion detallada en este caso no pretenden limitar la invencion a la forma particular divulgada, sino al contrario, la invencion debe cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que entran dentro del alcance de la presente invencion como se define por las reivindicaciones adjuntas. Descripcion detallada
La presente invencion se refiere en general al campo de los reactores o calderas de lecho fluidizado circulante (CFB), tal como aquellas usadas en instalaciones de generacion de potencia electrica o industrial y en particular pero no en exclusiva, a boquillas de aire secundario en el horno disenadas para evitar el desvfo de los solidos que caen en el BFB desde el CFB mediante chorros de aire secundario.
Tal como se usa en este caso, el termino caldera CFB se usara para referirse a reactores o camaras de combustion CFB en las que un proceso de combustion tiene lugar. Aunque la presente invencion es aplicable a y se explica en el contexto de calderas o generadores de vapor que emplean camaras de combustion CFB como el medio por el que se produce calor, se entiende que la presente invencion puede emplearse facilmente en un tipo diferente de reactor CFB. Por ejemplo, la invencion podna aplicarse en un reactor que se emplea para reacciones qrnmicas diferentes de un proceso de combustion, o donde una mezcla de gas/solidos desde un proceso de combustion que ocurre en otro lugar se proporciona al reactor para procesamiento adicional.
En referencia ahora a los dibujos, en los que los numeros de referencia similares designan los elementos iguales o funcionalmente similares a traves de los varios dibujos, y a la Figura 1 en particular, una vista en alzado lateral en seccion de un horno CFB 1 se muestra que comprende paredes 2 y un IBHX 3 sumergido en un BFB 4. El CFB se compone predominantemente de solidos que se conforman de la ceniza de la combustion del combustible 5, sorbente sulfatado 6 y, en algunos casos, material inerte externo 7 suministrado a traves de al menos una de las paredes 2 y fluidizado por el aire primario 8 suministrado a traves de la rejilla de distribucion 9. Algunos solidos se atrapan por los gases que resultan de la combustion del combustible y se mueven hacia arriba 15 eventualmente alcanzando un separador de partfculas 16 en la salida del horno. Aunque algunos de los solidos 17 pasan por el separador, la masa de ellos 18 se captura y se recicla de vuelta al horno. Esos solidos junto con otros 19, que caen fuera de la corriente de solidos corriente arriba 15, se suministran al BFB 4 que se esta fluidizando mediante el medio fluidizante 25 suministrado a traves de una rejilla de distribucion 26. Los medios para retirar solidos del CFB y del BFB (27 y 28 respectivamente) se proporcionan en las areas pertinentes del suelo de horno.
El BFB se separa del CFB mediante un cerramiento 30. El mdice de reciclado de solidos 35 devueltos al CFB a traves de la valvula 40 se controla al controlar corrientes del medio fluidizante 45 y 46. El cerramiento se compone de tubos 50 que se enfnan normalmente por agua o vapor. Los tubos se protegen normalmente de la erosion y/o la corrosion por una capa protectora, normalmente formada por un material refractario sujeto por clavos soldados a los tubos. Los tubos que forman el cerramiento se extienden hacia arriba a una elevacion que permite la altura del BFB 4 requerida dentro del horno CFB 1. Por encima de la altura requerida, los tubos 50 se agrupan formando boquillas de aire secundarias 55. El aire 60 suministrado a estas boquillas se inyecta en el CFB mas alla del BFB 4, asf sus
chorros 65 no desvfan corrientes de solidos 18 y 19 para que caigan sobre el BFB 4. La agrupacion de los tubos 50 permite formar las aberturas 70 a traves de las que las corrientes de solidos 18 y 19 caen sobre el BFB 4. Despues de alcanzar la pared 2b, los tubos 50 pueden formar parte de esta pared. Las boquillas de aire secundarias 75 en la pared opuesta 2d se ubican externamente al horno CFB 1. Ya que ningun iBHX se coloca por debajo de las boquillas 75, sus chorros 80 no provocan ningun efecto indeseado.
La Figura 3 ilustra una posible construccion de las boquillas de aire secundarias en el horno 55 formada por tubos 50. En la Figura 3, los tubos 50 que forman las boquillas de aire secundarias en el horno 55 se representan esquematicamente como lmeas unicas.
En una realización alternativa, ilustrada en las Figuras 4 y 5, el BFB 4 con el IBHX sumergido 3 se ubica en ambas paredes de horno opuestas 2b y 2d. Los tubos 50 del cerramiento 30 en ambos lados del horno se agrupan para formar boquillas de aire secundarias 55. Para suministrar el combustible, la cal y otras corrientes de solidos directamente sobre el CFB, el BFB en al menos una pared de horno (la pared 2d en esta realización de las Figuras 4 y 5) se rompe en varios compartimentos 80. Cada compartimento 80 se forma por una pared de horno 2d, cerramiento 30 y dos paredes laterales 85 (o una pared lateral 85 y una pared de horno 2a o 2c). Los compartimentos se separan entre sf por huecos 90 donde el combustible, la cal etc., se suministran.
Aunque la aplicacion y principios de la invencion se han ilustrado por la provision de diversas realizaciónes espedficas, se entendera que esto no pretende que la presente invencion se limite a ello y que la invencion puede incorporarse de otra manera sin apartarse de tales principios En algunas realizaciónes de la invencion, algunas caractensticas de la invencion pueden a veces usarse para tomar ventaja sin un uso correspondiente de otras caractensticas. Por consiguiente, todos esos cambios y realizaciónes entran adecuadamente dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.
Claims (7)
1. Una caldera de lecho fluidizado circulante que comprende:
una camara de reaccion de lecho fluidizado circulante que tiene paredes laterales (2a-2d) y una rejilla (9) que define un suelo en un extremo inferior de la camara de reaccion de lecho fluidizado circulante para proporcionar gas fluidizante (8, 45, 46) en la camara de reaccion de lecho fluidizado circulante;
un lecho fluidizado burbujeante (4) ubicado dentro de una porcion inferior de la camara de reaccion de lecho fluidizado circulante que se limita por una o mas de las paredes laterales de la camara de reaccion de lecho fluidizado circulante, el suelo de la camara de reaccion de lecho fluidizado circulante, y un pared de cerramiento (30) formada por tubos enfriados que se extienden hacia arriba desde el suelo del lecho fluidizado circulante a una altura del lecho fluidizado burbujeante;
al menos un intercambiador de calor en lecho controlable (3) sumergido en el lecho fluidizado burbujeante, el intercambiador de calor en lecho que comprende una superficie de calentamiento y ocupa parte del suelo de camara de reaccion de lecho fluidizado circulante y que se rodea por la pared de cerramiento y una o mas de las paredes laterales; y
caracterizado por que comprende ademas al menos una boquilla de aire secundaria en el horno (55) formada por tubos enfriados (50) de la pared de cerramiento de lecho fluidizado burbujeante que se forman en al menos un grupo que se extiende desde una parte superior de la pared de cerramiento de lecho fluidizado burbujeante por la anchura del lecho fluidizado burbujeante hasta alcanzar una de las paredes laterales del lecho fluidizado circulante, las boquillas de aire secundarias (55) que proporcionan asf que el aire introducido por las boquillas de aire secundarias no desvfe solidos (18, 19) para que caigan sobre el lecho fluidizado burbujeante.
2. La caldera de lecho fluidizado circulante de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que cuando los tubos (50) que forman la al menos una boquilla de aire secundaria en el horno (55) alcanzan una de las paredes laterales del lecho fluidizado circulante, los tubos se convierten en parte de la una pared lateral.
3. La caldera de lecho fluidizado circulante de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que una abertura de salida de la al menos una boquilla de aire secundaria en el horno se alinea, o casi se alinea, con la pared de cerramiento (30) del lecho fluidizado burbujeante (4).
4. La caldera de lecho fluidizado circulante de acuerdo con la reivindicacion 1, 2 o 3, en la que los tubos que comprenden la pared de cerramiento del lecho fluidizado burbujeante (30) se cubren con una capa protectora.
5. La caldera de lecho fluidizado circulante de acuerdo con la reivindicacion 4, en la que la capa protectora se forma por un material refractario sujeto por clavos soldados a los tubos.
6. La caldera de lecho fluidizado circulante de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en la que los tubos (50) que forman las boquillas de aire secundarias en el horno (55) se cubren con una capa protectora.
7. La caldera de lecho fluidizado circulante de acuerdo con la reivindicacion 6, en la que la capa protectora se forma por un material refractario sujeto por clavos soldados a los tubos (50).
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