ES2884109T3 - Caldera de lecho fluidizado circulante con un intercambiador de calor de sello de bucle - Google Patents

Caldera de lecho fluidizado circulante con un intercambiador de calor de sello de bucle Download PDF

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Abstract

Caldera de lecho fluidizado circulante (1), que comprende - un horno (50), - un ciclón (40) para separar material de lecho de gases, - un sello de bucle (5), y - un intercambiador de calor de sello de bucle (10) dispuesto en el sello de bucle (5), comprendiendo el intercambiador de calor de sello de bucle (10) - paredes (500, 505, 507, 510, 520, 530, 540, 550, 560) que limitan un interior (11) del intercambiador de calor de sello de bucle (10), - una primera salida de partículas (590) para permitir la salida de material en partículas desde el intercambiador de calor de sello de bucle (10), - una entrada (31) para recibir material de lecho desde el horno (50) a través del ciclón (40), - tubos de intercambiador de calor (810, 820, 830) dispuestos en el interior (11) del intercambiador de calor de sello de bucle (10), y - un primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) configurado para permitir la salida de ceniza desde el intercambiador de calor de sello de bucle (10), en donde - el primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) está dispuesto a un nivel más bajo que la primera salida de partículas (590) y las paredes (500) limitan - un primer compartimento (21) que comprende la entrada (31) para recibir material de lecho y - un segundo compartimento (22) que comprende los tubos de intercambiador de calor (820), en donde - una primera pared (510) de las paredes (500) separa el primer compartimento (21) del segundo compartimento (22) y limita un primer canal (512) para transportar material de lecho desde el primer compartimento (21) al segundo compartimento (22), - el primer canal de eliminación de ceniza (211) está configurado para permitir la salida de ceniza desde el primer compartimento (21) o el segundo compartimento (22), y la caldera de lecho fluidizado circulante (1) comprende - un enfriador de ceniza (600) configurado para recibir ceniza desde el primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) de manera que la ceniza no es transportada a través del horno (50) desde el intercambiador de calor de sello de bucle (10) al enfriador de ceniza (600).

Description

DESCRIPCIÓN
Caldera de lecho fluidizado circulante con un intercambiador de calor de sello de bucle
Campo técnico
La invención se refiere a calderas de lecho fluidizado circulante. La invención se refiere a intercambiadores de calor de sello de bucle. La invención se refiere a enfriadores de partículas.
Antecedentes
Un intercambiador de calor de lecho fluidizado se conoce por US 5.184.671. El intercambiador de calor de lecho fluidizado puede disponerse en conexión con un generador de vapor para recuperar calor del material de lecho del lecho fluidizado. Normalmente, en un intercambiador de calor de este tipo, el vapor se sobrecalienta, por lo que dicho intercambiador de calor de lecho fluidizado puede denominarse supercalentador de lecho fluidizado. En una caldera de lecho fluidizado circulante, se puede disponer un intercambiador de calor de lecho fluidizado en el sello de bucle. En tal caso, el intercambiador de calor puede denominarse intercambiador de calor de sello de bucle o supercalentador de sello de bucle.
Un aparato de pirólisis rápida que utiliza un lecho fluidizado puede comprender un intercambiador de calor, como se describe en el documento US 2009/0242377.
El material de lecho de una caldera de lecho fluidizado comprende material inerte en partículas y ceniza. En las soluciones conocidas, todo el material de lecho (es decir, también la ceniza) es transportado desde el intercambiador de calor de sello de bucle al horno de la caldera de lecho fluidizado, desde donde se puede recoger la ceniza como ceniza de fondo. Sin embargo, parte de la ceniza puede formar aglomerados que dificultan el funcionamiento del reactor de lecho fluidizado. La ceniza o los aglomerados pueden, por ejemplo, limitar el flujo de aire desde una rejilla de un horno, lo que da como resultado un flujo de aire desigual en el horno. Además de afectar el funcionamiento del horno, debido a la ceniza, las tuberías deben diseñarse lo suficientemente grandes para transportar también la ceniza. Esto puede limitar la capacidad de la caldera.
El documento US 6.230.633 describe un transportador para material suelto caliente producido en una caldera de lecho fluido. El transportador puede enfriar el material. El documento US 5.624.469 describe que el calor se recupera de los sólidos calientes descargados desde una cámara de combustión de un reactor de lecho fluidizado. El documento US 4.869.207 describe un reactor de lecho fluidizado circulante equipado con un enfriador de ceniza.
Resumen
Para solucionar estos problemas, una caldera de lecho fluidizado circulante según una realización de la invención comprende un intercambiador de calor de sello de bucle que comprende una primera salida de partículas para permitir la salida de material en partículas desde el intercambiador de calor de sello de bucle y un primer canal de eliminación de ceniza para permitir la salida ceniza desde el intercambiador de calor de sello de bucle. Además, para tamizar el material de lecho de manera que el contenido de ceniza sea mayor en el primer canal de eliminación de ceniza que en la primera salida de partículas, el primer canal de eliminación de ceniza está dispuesto a un nivel más bajo que la primera salida de partículas. Por lo tanto, la ceniza pesada desciende hacia el primer canal de eliminación de ceniza de manera natural por gravedad. En una realización preferida, el intercambiador de calor de sello de bucle comprende toberas para fluidizar el material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle. Al fluidizar el material de lecho, el intercambiador de calor de sello de bucle funciona también como un tamiz de aire para ayudar a separar la ceniza pesada del material en partículas. Por tanto, la ceniza, o al menos principalmente la ceniza, puede retirarse del intercambiador de calor de sello de bucle y ser transportada a un enfriador para su procesamiento adicional en lugar del horno de la caldera de lecho fluidizado circulante.
La invención se describe más específicamente en la reivindicación independiente. Las reivindicaciones dependientes y la siguiente descripción describen realizaciones, de las cuales algunas son las preferidas.
Breve descripción de los dibujos
Figura 1
muestra una caldera de lecho fluidizado circulante en una vista lateral,
Figura 2a
muestra diferentes cámaras de un intercambiador de calor de sello de bucle según una primera realización en una vista superior,
Figura 2b
muestra una sección transversal del intercambiador de calor de sello de bucle de la Figura 2a en una vista superior, Figura 3
muestra la vista en sección III-III del intercambiador de calor de sello de bucle de la Figura 2b, indicándose la sección III-IN en la Figura 2b,
Figura 4
muestra la vista en sección IV-IV del intercambiador de calor de sello de bucle de la Figura 2b, indicándose la sección III-III en la Figura 2b,
Figura 5
muestra la vista en sección V-V del intercambiador de calor de sello de bucle de la Figura 2b, indicándose la sección III-III en la Figura 2b,
Figura 6
muestra diferentes cámaras de un intercambiador de calor de sello de bucle según una segunda realización en una vista superior,
Figura 7
muestra diferentes cámaras de un intercambiador de calor de sello de bucle según una tercera realización en una vista superior,
Figuras 8a a 8c
muestran disposiciones de tubos de intercambiador de calor en el intercambiador de calor de sello de bucle de la Figura 7 en una vista superior,
Figuras 9a y 9b
muestran disposiciones de tubos de intercambiador de calor en el intercambiador de calor de sello de bucle de la Figura 7 en una vista de extremo, y
Figura 10
muestra un tubo de intercambiador de calor que tiene un tubo interior y un tubo exterior que lo rodea radialmente. Para ilustrar diferentes vistas de las realizaciones, en las figuras se indican tres direcciones ortogonales Sx, Sy y Sz. La dirección Sz es sustancialmente vertical y hacia arriba. De esta manera, la dirección Sz es sustancialmente inversa a la gravedad.
Descripción detallada
La Figura 1 muestra una caldera de lecho fluidizado circulante 1 en una vista lateral. La caldera de lecho fluidizado circulante 1 comprende un horno 50, un ciclón 40 y un sello de bucle 5. En la Figura 1, unos canales de gas de tiro se indican mediante el número de referencia 20. Normalmente, la caldera 1 comprende intercambiadores de calor 26, 28 dentro de un canal de gas de tiro 20, estando configurados los intercambiadores de calor 26, 28 para recuperar calor de gases de tiro. Algunos de los intercambiadores de calor pueden ser supercalentadores 26 configurados para sobrecalentar vapor. Algunos de los intercambiadores de calor pueden ser economizadores 28 configurados para calentar y/o hervir agua.
Dentro del horno 50, algo de material combustible está configurado para quemarse. Algún material en partículas inerte, p. ej. arena, también se dispone en el horno 50. La mezcla del material en partículas y el material combustible y/o ceniza se denomina material de lecho. En el fondo del horno 50 está dispuesta una rejilla 52. La rejilla 52 está configurada para suministrar aire al horno con el fin de fluidizar el material de lecho y quemar al menos parte del material combustible para formar calor, gas de tiro y ceniza. En un lecho fluidizado circulante, el suministro de aire es tan intenso que el material de lecho está configurado para fluir hacia arriba en el horno 50. La rejilla 52 comprende toberas de rejilla 54 para suministrar el aire. La rejilla 52 limita canales de ceniza de fondo 56 para eliminar ceniza del horno 50.
Desde la parte superior del horno 50, el material de lecho es transportado a un ciclón 40 para separar el material de lecho de los gases. Desde el ciclón 40, el material de lecho cae a través de un canal 60 hasta un sello de bucle 5. En el sello de bucle 5, se forma una capa de material de lecho. La capa evita que el aire de combustión o el aire fluidizante fluya en una dirección opuesta desde el horno 50 al ciclón 40. Preferiblemente, el sello de bucle 5 no tiene una pared común con el horno 50. Esto da más flexibilidad al diseño estructural de la caldera 1. Al menos cuando el sello de bucle 5 no tiene una pared común con el horno 50, el material de lecho vuelve del sello de bucle 5 al horno 50 a través de una tubería 15 configurada para transportar material de lecho desde el bucle 5 al horno 50.
Haciendo referencia a la Figura 1, un intercambiador de calor de sello de bucle 10 está dispuesto en el sello de bucle 5. Con referencia a las Figuras 2a a 5, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende paredes 500, algunas de las cuales son paredes verticales 505. Normalmente, las paredes 500 están formadas por tubos de transferencia de calor, que están configurados para recuperar calor del material de lecho. Las paredes 500 limitan un interior 11 del intercambiador de calor de sello de bucle.
Las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle 10 limitan (es decir, el intercambiador de calor de sello de bucle tiene) una primera salida de partículas 590, que está configurada para permitir la salida de al menos material en partículas desde el intercambiador de calor de sello de bucle 10. La primera salida de partículas está limitada desde abajo por una pared de salida 507. En las figuras 2b y 3, la pared de salida 507 es vertical. La primera salida de partículas 590 está configurada para permitir la salida de al menos material en partículas desde el interior 11 del intercambiador de calor de sello de bucle al exterior del mismo, como, por ejemplo, a la tubería 15. Además del material en partículas, se puede transportar algo de ceniza ligera a la tubería 15 a través de la primera salida de partículas 590. También se puede transportar algo de ceniza pesada a lo largo del material en partículas; sin embargo, debido a un efecto de tamizado del intercambiador de calor de sello de bucle 10, la mayor parte de la ceniza pesada se separa y expulsa a través de un primer canal de eliminación de ceniza (211,421,431). Además, debido al efecto de tamizado, el material eliminado a través del primer canal de eliminación de ceniza (211, 421, 431) comprende principalmente ceniza. Por ejemplo, el material eliminado a través del primer canal de eliminación de ceniza (211, 421, 431) comprende ceniza en mayor medida que el material eliminado a través de la primera salida de partículas 590.
Las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle limitan (es decir, el intercambiador de calor de sello de bucle tiene) un primer compartimento 21. El primer compartimento 21 comprende una entrada 31 para recibir material de lecho del horno 50 a través del ciclón 40.
En la realización de las Figuras 2a a 5, las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle limitan (es decir, el calor de sello de bucle tiene) un segundo compartimento 22. El segundo compartimento 22 comprende tubos de intercambiador de calor 820 (ver Figura 2b) configurados para recuperar calor de material de lecho dentro del sello de bucle 5. Los tubos de intercambiador de calor 820 (dentro del segundo compartimento 22) y los tubos de transferencia de calor (de las paredes) pueden ser similares.
En una realización, un borde inferior de la primera salida de partículas 590 está dispuesto a un nivel vertical más alto que al menos algunos de los tubos de intercambiador de calor 820, que están dispuestos en el interior 11 del intercambiador de calor de sello de bucle 10. Esto tiene el efecto de que, en uso, al menos algunos de los tubos de intercambiador de calor 820 están dispuestos en un lecho de material en partículas, ya que la primera salida de partículas 590 define la superficie del lecho de material en partículas dentro del intercambiador de calor de sello de bucle 10. Preferiblemente, un borde inferior de la primera salida de partículas 590 está dispuesto a un nivel vertical más alto que al menos la mitad de los tubos de intercambiador de calor que están dispuestos en el interior 11 del intercambiador de calor de sello de bucle 10. Más preferiblemente, un borde inferior de la primera salida de partículas 590 está dispuesto a un nivel vertical más alto que todos los tubos de intercambiador de calor que están dispuestos en el interior 11 del intercambiador de calor de sello de bucle 10.
Una primera pared 510 de las paredes 500 separa el primer compartimento 21 del segundo compartimento 22. La primera pared 510 puede ser una pared vertical 505. En una realización, la primera pared 510 se extiende desde el fondo del primer compartimento 21 y/o el fondo del segundo compartimento 22 hacia arriba. Al tener diferentes compartimentos, puede disponerse un cierre de gas localmente cerca de la entrada 31, como se detallará a continuación. La primera pared 510 puede ser plana. Al menos una parte de la primera pared 510 puede ser común al primer compartimento 21 y al segundo compartimento 22. Por tanto, en una realización, una parte de la primera pared 510 limita tanto el primer compartimento 21 como el segundo compartimento 22. Más específicamente, una parte de la primera pared 510 limita el primer compartimento 21 y la misma parte de la primera pared 510 limita también el segundo compartimento 22.
En cuanto a los términos utilizados a lo largo de esta descripción, a menos que se especifique lo contrario, dos compartimentos diferentes (21, 22) están separados por una pared 500 que se extiende desde el fondo de ambos compartimentos hacia arriba (21, 22). Preferiblemente, el fondo del primer compartimento 21 está ubicado al mismo nivel vertical que el fondo del segundo compartimiento 22. Preferiblemente, el techo del primer compartimiento 21 está dispuesto al mismo nivel vertical que el techo del segundo compartimiento 22. En caso de que los fondos estén ubicados a diferentes alturas, los compartimentos (21, 22) están separados por una pared que se extiende desde el fondo del compartimento inferior hacia arriba hasta el fondo del compartimento superior.
La pared puede extenderse aún más hacia arriba. Sin embargo, como se indica, p. ej., en las Figuras 4 y 5, típicamente se deja un canal 512 entre la parte superior (inferior) de los compartimentos y un borde superior de la pared, p. ej., la primera pared 510.
La primera pared limita 510 (por ejemplo, desde abajo y/o desde arriba) un primer canal 512 para transportar material de lecho. En las Figuras 2a a 5, el primer canal 512 está configurado para transportar material de lecho desde el primer compartimento 21 al segundo compartimento 22. El primer canal 512 puede estar limitado, p. ej., por una primera pared 510 que se extiende desde la parte superior del primer compartimento 21 y/o la parte superior del segundo compartimento 22 hacia abajo una distancia menor que la altura de los compartimentos. Por tanto, tal primer canal 512 estaría situado entre [i] el fondo del primer compartimento y/o el fondo del segundo compartimento y [ii] el borde inferior de la primera pared. Como se indica en las Figuras 4 y 5, el primer canal 512 puede estar limitado, p. ej., por una primera pared 510 que se extiende desde el fondo del primer compartimento 21 y/o el fondo del segundo compartimento 22 hacia arriba una distancia menor que la altura de los compartimentos. Por tanto, tal primer canal estaría situado entre [i] la parte superior del primer compartimento y/o la parte superior del segundo compartimento y [ii] el borde superior de la primera pared. El primer canal 512 también puede ser un orificio limitado por una primera pared 510 que se extiende lateralmente en todas las direcciones desde el orificio.
El intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende además un primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) configurado para transportar ceniza fuera del primer compartimento 21 o del segundo compartimento 22. Preferiblemente, el primer canal de eliminación de ceniza (211,421) está configurado para transportar ceniza desde el fondo del primer compartimento 21 o desde el fondo del segundo compartimento 22. Esto tiene el efecto de que la ceniza no se acumulará dentro del intercambiador de calor de sello de bucle 10, lo que mejora la capacidad de recuperación de calor del intercambiador de calor de sello de bucle 10. De manera alternativa, el primer canal de eliminación de ceniza (211,421) puede estar dispuesto en una pared vertical del intercambiador de calor de sello de bucle. Sin embargo, con el propósito de vaciar el intercambiador de calor de sello de bucle para mantenimiento, un borde inferior del primer canal de eliminación de ceniza se ubica preferiblemente como máximo 50 cm sobre el fondo del intercambiador de calor de sello de bucle 10.
Además, el primer canal de eliminación de ceniza (211,421) está dispuesto a un nivel más bajo que la primera salida de partículas 590. Como se indicó anteriormente, en tal disposición, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 funciona como un tamiz que separa ceniza pesada de material en partículas. La ceniza pesada se puede recoger de este modo desde el fondo del primer o segundo compartimento (21,22) al primer canal de eliminación de ceniza (211, 421). Cuando el material de lecho en el intercambiador de calor de sello de bucle 10 se fluidiza, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 funciona además como un tamiz de aire, que separa aún más eficazmente la ceniza pesada del material en partículas. El primer canal de eliminación de ceniza (211,421) puede estar dispuesto con relación a la primera salida de partículas 590 de manera que un borde superior del primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) queda dispuesto a un nivel más bajo que un borde inferior de la primera salida de partículas 590. El término "nivel más bajo" se refiere a un nivel vertical, es decir, una posición vertical.
En una realización, un borde superior del primer canal de eliminación de ceniza (211,421) está dispuesto a un nivel más bajo que un borde inferior de la primera salida de partículas 590. En una realización, un borde superior del primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) está dispuesto al menos 50 cm o al menos 1 m más bajo que un borde inferior de la primera salida de partículas 590. En una realización, un borde inferior de la primera salida de partículas 590 está dispuesto al menos 1,5 m o al menos 2 m sobre el fondo del intercambiador de calor de sello de bucle. En correspondencia, en una realización, un borde inferior de la primera salida de partículas 590 está dispuesto al menos 1 m o al menos 1,5 m sobre un borde superior del primer canal de eliminación de ceniza (211,421).
En una realización, el primer canal 211 de eliminación de ceniza está configurado para permitir la salida de ceniza desde el primer compartimento 21. Como se indicó anteriormente, en una realización, la primera pared 510 se extiende desde el fondo del segundo compartimento hacia arriba. En tal realización, la primera pared 510 puede obstaculizar el flujo de ceniza desde el segundo compartimiento 22 al primer compartimiento 21. Por lo tanto, al menos en tal realización, el intercambiador de calor de sello de bucle comprende preferiblemente un segundo canal de eliminación de ceniza 421 configurado para permitir la salida de ceniza desde el segundo compartimento 22. Preferiblemente, el segundo canal de eliminación de ceniza 421 está configurado para permitir la salida de ceniza desde un fondo del segundo compartimento 22. El segundo canal de eliminación de ceniza 421 puede estar dispuesto en una pared vertical del intercambiador de calor de sello de bucle. En una realización, el segundo canal de eliminación de ceniza 421 está dispuesto a un nivel más bajo que la primera salida de partículas 590. El segundo canal de eliminación de ceniza 421 puede estar dispuesto con relación a la primera salida de partículas 590 de manera que un borde superior del segundo canal de eliminación de ceniza 421 está dispuesto a un nivel más bajo que un borde inferior de la primera salida de partículas 590. En cuanto a las distancias verticales entre la primera salida de partículas 590 y el segundo canal de eliminación de ceniza 421, se aplican las mismas distancias que se han mencionado anteriormente para la primera salida de partículas 590 y el primer canal de eliminación de ceniza 211. En cuanto a la posición vertical del segundo canal de eliminación de ceniza 421 con respecto al fondo del intercambiador de calor de sello de bucle, se aplica la misma distancia que la mencionada anteriormente para el primer canal de eliminación de ceniza 211.
Haciendo referencia a las Figuras 6 a 9b, y como se detallará a continuación, el flujo de material de lecho se dirige típicamente desde una entrada 31 a la primera salida de partículas 590 a través de (al menos una) cámara de calentamiento 320 y/o a través de una cámara de baipás 200. El material de lecho puede tener solo una dirección de flujo específica, por lo que la ceniza puede ser difícil de descargar utilizando solamente un único canal de eliminación de ceniza. Por tanto, en una realización, el primer canal de eliminación de ceniza 211 está configurado para permitir la salida de ceniza desde una cámara de baipás 200 del intercambiador de calor de sello de bucle 10. Lo que se ha mencionado anteriormente acerca de la posición vertical del primer canal de eliminación de ceniza 211 con respecto a la primera salida de partículas 590 se aplica también en esta realización. Además, también en estas realizaciones, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende preferiblemente un segundo canal de eliminación de ceniza 421 configurado para permitir la salida de ceniza desde la cámara de calentamiento 320. Lo que se ha mencionado anteriormente acerca de la posición vertical del segundo canal de eliminación de ceniza 421 con respecto a la primera salida de partículas 590 se aplica también en esta realización.
Como se indica en la Figura 2a, la entrada 31 para recibir material de lecho puede configurarse para suministrar material de lecho al segundo compartimento 22 equipado con tubos de transferencia de calor 820. Además, la entrada 31 para recibir material de lecho puede configurarse para suministrar material de lecho a un tercer compartimiento 23 equipado con tubos de transferencia de calor 830. Esto hace que la estructura sea compacta, ya que permite que se usen muchas superficies de intercambiador de calor para una sola entrada de partículas 31. Por lo tanto, en una realización, las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle 10 limitan (es decir, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 tiene) un tercer compartimento 23. Algunos tubos de intercambiador de calor 830 configurados para recuperar calor de material de lecho dentro del sello de bucle 5 están dispuestos también en el tercer compartimento 23, es decir, en el interior del mismo. Como se indica en las Figuras 2a y 2b, la entrada de partículas 31 puede estar dispuesta entre el segundo compartimento 22 y el tercer compartimento 23. Además, una segunda pared 520 de las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle separa el tercer compartimento 23 del primer compartimento 21. La segunda pared 520 limita un segundo canal 522 para transportar material de lecho desde el primer compartimento 21 al tercer compartimento 23. Lo que se ha mencionado acerca de la primera pared 510 y el primer canal 512 se aplica en la segunda pared 520 y el segundo canal 522 mutatis mutandis.
Como se indicó anteriormente en relación con la primera pared 510, dependiendo de la estructura de la segunda pared 520, es posible que la ceniza no pueda, en todos los casos, fluir desde el tercer compartimento 23 al primer compartimento 21. Por lo tanto, en una realización, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende un tercer canal de eliminación de ceniza 431 configurado para permitir la salida de ceniza desde el tercer compartimento 23. El tercer canal de eliminación de ceniza 431 puede estar configurado para permitir la salida de ceniza desde el fondo del tercer compartimento 23. El tercer canal de eliminación de ceniza 431 puede disponerse a un nivel más bajo que la primera salida de partículas 590, en el mismo sentido que se describió anteriormente para el primer canal de eliminación de ceniza 211. En cuanto a la distancia vertical entre la primera salida de partículas 590 y el tercer canal de eliminación de ceniza 431, se aplican las mismas distancias que las indicadas anteriormente para la primera salida de partículas y el primer canal de eliminación de ceniza.
Cuando la ceniza se retira del intercambiador de calor de sello de bucle 10, y como se indicó anteriormente, la ceniza preferiblemente no se transporta al horno 50 de la caldera de lecho fluidizado 1. Dado que la ceniza está caliente, contiene calor recuperable. Por tanto, en una realización preferida, la caldera de lecho fluidizado circulante 1 comprende un enfriador de ceniza 600 (figuras 3 a 5 y 9a y 9b). El enfriador de ceniza 600 está configurado para recibir ceniza de al menos el primer canal de eliminación de ceniza 211. El enfriador de ceniza 600 puede configurarse para recibir ceniza del primer canal de eliminación de ceniza 211 a través de una tubería 212 que no está conectada al horno 50 de la caldera de lecho fluidizado 1. Es económicamente factible utilizar el mismo enfriador de ceniza 600 para toda la ceniza que sale del intercambiador de calor de sello de bucle 10. Por lo tanto, preferiblemente, los canales de eliminación de ceniza (el primero 211 y, opcionalmente, el segundo 421 y el tercero 431) están dispuestos entre sí de tal manera que el enfriador de ceniza 600 está configurado para recibir ceniza de los canales de eliminación de ceniza. El enfriador de ceniza 600 está dispuesto con relación a los canales de eliminación de ceniza (el primero 211 y, opcionalmente, el segundo 421 y el tercero 431) de manera similar. El enfriador de ceniza 600 puede configurarse para recibir ceniza desde el segundo canal de eliminación de ceniza 421 a través de una tubería 422. El enfriador de ceniza 600 puede configurarse para recibir ceniza desde el tercer canal de eliminación de ceniza 431 a través de una tubería 432.
Además, preferiblemente, el enfriador de ceniza 600 está configurado para recibir material de lecho solo desde el sello de bucle 5 de la caldera de lecho fluidizado 1. Preferiblemente, el enfriador de ceniza 600 está configurado para recibir material de lecho solo del intercambiador o intercambiadores de calor de sello de bucle de la caldera de lecho fluidizado 1. Preferiblemente, el enfriador de ceniza 600 está configurado para recibir material de lecho solo desde el intercambiador de calor de sello de bucle 10 que comprende el primer canal de eliminación de ceniza 211. Además, el enfriador de ceniza 600 está configurado para recibir material de lecho desde el intercambiador de calor de sello de bucle 10 de manera que la ceniza no se transporta a través del horno 50 desde el intercambiador de calor de sello de bucle 10 al enfriador de ceniza 600. El enfriador de ceniza 600 puede incluir una circulación de medio de transferencia de calor para recuperar calor de la ceniza. El enfriador de ceniza 600 puede comprender un transportador de tornillo sin fin. El enfriador de ceniza 600 puede comprender un transportador de tornillo sin fin, en el que el transportador de tornillo sin fin está equipado con una circulación de medio refrigerante, tal como agua.
En una realización, el sistema comprende otro enfriador de ceniza 650 configurado para recibir ceniza de fondo del horno 50 y para enfriar la ceniza de fondo recibida del horno 50. El otro enfriador de ceniza 650 puede incluir una circulación de medio de transferencia de calor para recuperar calor de la ceniza. El otro enfriador de ceniza 650 puede comprender un transportador de tornillo sinfín refrigerado por agua, como se indicó anteriormente.
Para mejorar el flujo de material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle 10, el intercambiador de calor de sello de bucle comprende toberas 900 (véase la Figura 4). Las toberas 900 están configuradas para fluidizar el material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle 10 transportando gas fluidizante al intercambiador de calor de sello de bucle 10. Las toberas están dispuestas en el fondo del intercambiador de calor de sello de bucle 10.
En una realización, algunas primeras toberas 910 de las toberas 900 están configuradas para impulsar ceniza hacia el primer canal 212 de eliminación de ceniza mediante un flujo del gas fluidizante. Las primeras toberas 910 pueden disponerse para dirigir el flujo de aire fluidizante en una dirección. La dirección puede ser, p. ej., sustancialmente vertical, o la dirección puede formar un ángulo de como máximo 60 grados con la vertical, para fluidizar el material de lecho. Para impulsar la ceniza, la proyección de la dirección del flujo de aire fluidizante en un plano horizontal tiene una longitud distinta de cero. Además, la dirección de la proyección indica la dirección en la que se impulsa la ceniza. Un guiado de este tipo se puede obtener, p. ej., cuando al menos una tobera 900 no es simétrica axialmente con respecto a un eje vertical. La tobera puede ser axialmente simétrica de modo que el eje de simetría está inclinado hacia el primer canal de eliminación de ceniza 212 (véase la Figura 3). En tales casos, las primeras toberas 910 pueden usarse para guiar la ceniza hacia o principalmente hacia el canal 212 de eliminación de ceniza. Las primeras toberas pueden estar dispuestas dentro del primer compartimento 21.
En una realización en la que el intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende el segundo canal de eliminación de ceniza 421, al menos algunas segundas toberas 920 de las toberas 900 están configuradas para impulsar ceniza hacia o principalmente hacia el segundo canal de eliminación de ceniza 421 mediante un flujo del gas fluidizante. Siempre que los intercambiadores de calor de sello de bucle tengan un segundo compartimento, las segundas toberas 920 pueden disponerse dentro del segundo compartimento 22. Lo que se ha mencionado acerca de la forma y orientación de las primeras toberas 910 se aplica en las segundas toberas 920 mutatis mutandis.
Además, cuando el intercambiador de calor de sello de bucle comprende el tercer canal de eliminación de ceniza 431, al menos algunas terceras toberas 930 de las toberas 900 están configuradas preferiblemente para impulsar ceniza hacia el tercer canal de eliminación de ceniza 431 mediante un flujo del gas fluidizante. Las terceras toberas 930 pueden estar dispuestas dentro del tercer compartimento 23. Lo que se ha mencionado acerca de la forma y orientación de las primeras toberas 910 se aplica en las terceras toberas 930 mutatis mutandis.
Haciendo referencia a las Figuras 2a, 2b y 3, una realización del intercambiador de calor de sello de bucle comprende una tercera pared 530. La tercera pared 530 divide el primer compartimento 21 en una cámara de entrada 100 y una cámara de baipás 200, comprendiendo la cámara de entrada 100 la entrada 31 para recibir material de lecho desde el horno 50 a través de la tubería 60. La tercera pared 530 es una de las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle 10. La tercera pared 530 limita (por ejemplo, desde arriba) un tercer canal 532 para transportar material de lecho desde la cámara de entrada 100 a la cámara de baipás 200. Como se indica en la Figura 3, la tercera pared 530 puede ser una pared que se extiende desde la parte superior del primer compartimento 21 hacia abajo. La realización comprende además una cuarta pared 540 que limita la cámara de baipás 200. La cuarta pared 540 limita (por ejemplo, desde abajo) también una segunda salida de partículas 542 para permitir la salida de material en partículas desde el intercambiador de calor de sello de bucle 10. La cámara de entrada 100 puede denominarse ‘dipleg’ 100. El flujo de material en el dipleg 100 puede ser sustancialmente hacia abajo. Típicamente, algo de material de lecho está dispuesto en la tubería 60 (véase la Figura 1), por lo que la presión del material de lecho impulsa el material de lecho hacia abajo en la cámara de entrada 100. La cámara de baipás 200 puede denominarse ‘upleg’ de baipás 200. El flujo de material en el upleg de baipás 200 puede ser sustancialmente hacia arriba.
Preferiblemente, el tercer canal 532 y la segunda salida de partículas 542 están configurados de manera que un borde inferior de la segunda salida de partículas 542 está ubicado a un nivel vertical más alto que un borde superior del tercer canal 532. Debido a esta diferencia en el nivel vertical, en uso, existe una capa razonablemente espesa de material de lecho dentro de la cámara de baipás 200. Esta capa forma un primer cierre de gas, de manera que el gas fluidizante del horno no fluye en la dirección incorrecta. Más preferiblemente, el tercer canal 532 y la segunda salida de partículas 542 están configurados de manera que un borde inferior de la segunda salida de partículas 542 está ubicado al menos 500 mm, tal como de 500 mm a 700 mm, más alto que un borde superior del tercer canal. Se ha descubierto que esta altura del material de lecho en el primer cierre de gas es adecuada en aplicaciones industriales prácticas.
En cuanto a los términos utilizados a lo largo de esta descripción, a menos que se especifique lo contrario, dos cámaras diferentes están separadas por una pared que se extiende desde el techo de ambas cámaras hacia abajo. En caso de que los techos estén ubicados a diferentes alturas, las cámaras están separadas por una pared que se extiende desde el techo de la cámara ubicada más alto hacia abajo hasta el techo de la cámara ubicada más bajo. La pared puede extenderse aún más hacia abajo. Sin embargo, como se indica, p. ej., en la Figura 5, típicamente se deja un canal entre el fondo de las cámaras y un borde inferior de la pared.
Con la excepción de las paredes 500, la cámara de baipás 200 puede estar exenta de tubos de intercambiador de calor. En principio, también una pared 500 o paredes de la cámara de baipás 200 pueden estar exentas de tubos de intercambiador de calor. La cámara de baipás 200 puede usarse para el baipás de los tubos de intercambiador de calor 820 del segundo compartimento 22. La cámara de baipás 200 puede usarse para el baipás de los tubos de intercambiador de calor 830 del tercer compartimento 23. En efecto, la cámara de baipás 200 puede usarse para transportar material de lecho a través del intercambiador de calor de sello de bucle 10 recuperando como máximo sólo un poco de calor del material de lecho.
En cuanto al flujo de material de lecho a través del segundo compartimento 22, con referencia a la Figura 3, en una realización, el intercambiador de calor de sello de bucle comprende 10 una quinta pared 550 que divide el primer compartimento 21 en una cámara de entrada 100 y una cámara de alimentación 150. La quinta pared 550 puede extenderse desde la parte superior del primer compartimento 21 hacia abajo. Como se indica en la Figura 4, la primera pared 510 mencionada anteriormente separa la cámara de alimentación 150 del segundo compartimento 22. La cámara de alimentación 150 puede denominarse ‘upleg’ de alimentación 150. En el upleg de alimentación 150, el flujo de material de lecho puede ser sustancialmente hacia arriba, como se indica en las Figuras 3 y 4. En cuanto a las paredes de la Figura 4, la primera pared 510 y la segunda pared 520 de la cámara de alimentación 150 están indicadas con color negro. Sin embargo, en la dirección positiva Sx (ver Figura 2b) estas paredes también se extienden como paredes de la cámara de entrada 100. Estas partes de las paredes, es decir, las partes superiores, están indicadas con color gris en la Figura 4. Estas paredes pueden extenderse en la dirección positiva Sx también como las paredes de la cámara de baipás 200.
Cuando el intercambiador de calor de sello de bucle comprende la quinta pared 550 que limita la cámara de entrada 100, la quinta pared 550 limita un quinto canal 552 para transportar material de lecho desde la cámara de entrada 100 a la cámara de alimentación 150. Como se indicó anteriormente, la primera pared 510 limita el primer canal 512 para transportar material de lecho desde el primer compartimento 21 al segundo compartimento 22. Al disponer el primer 512 y el quinto 552 canales de modo que el primer canal 512 está a un nivel vertical más alto que el quinto canal 552, la cámara de alimentación 150 forma un segundo cierre de gas. Además, el segundo cierre de gas evita que el aire del horno fluya en la dirección incorrecta. Por lo tanto, en una realización, el primer canal 512 y el quinto canal 552 están configurados de manera que un borde inferior del primer canal 512 está ubicado más alto que un borde superior del quinto canal 552. De esta manera, la cámara de alimentación forma el segundo cierre de gas. Preferiblemente, el primer canal 512 y el quinto canal 552 están configurados de manera que un borde inferior del primer canal está ubicado al menos 500 mm, tal como de 500 mm a 700 mm, más alto que un borde superior del quinto canal. Se ha descubierto que esta altura del material de lecho en el segundo cierre de gas es adecuada en aplicaciones industriales prácticas.
El flujo de material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle 10 puede controlarse mediante el grado de fluidización. Para controlar el flujo de material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle 10, el intercambiador de calor de sello de bucle comprende un primer grupo de toberas 901 configuradas para fluidizar material de lecho en una primera ubicación dentro del intercambiador de calor de sello de bucle y un segundo grupo de toberas 902 configuradas para fluidizar material de lecho en una segunda ubicación dentro del intercambiador de calor de sello de bucle, siendo la segunda ubicación diferente de la primera ubicación. Como es evidente, las toberas 901,902 de los grupos pertenecen al conjunto de las toberas 900. El flujo de aire a través del primer grupo de toberas 901 es controlable. El flujo de aire a través del segundo grupo de toberas 902 es controlable. Además, el flujo de aire también a través de otras toberas 900 puede ser controlable.
Para controlar el grado de fluidización en al menos estas dos ubicaciones independientemente entre sí, la caldera de lecho fluidizado circulante comprende una unidad de control CPU configurada para
• controlar el flujo de aire a través del primer grupo de toberas 901 y
• controlar el flujo de aire a través del segundo grupo de toberas 902 independientemente del flujo de aire a través del primer grupo de toberas 901.
Para controlar el flujo de material de lecho dentro de la cámara de baipás 200, el intercambiador de calor de sello de bucle comprende toberas principales 942 (es decir, un primer grupo de toberas 901) dispuestas dentro de la cámara de baipás, como se indica en la Figura 3. Las toberas principales 942 están configuradas para fluidizar material de lecho dentro de la cámara de baipás 200. El intercambiador de calor de sello de bucle comprende toberas secundarias 944 (es decir, un segundo grupo de toberas 902) dispuestas fuera de la cámara de baipás 200, pero dentro del primer 21 o el segundo 22 compartimento. Las toberas secundarias 944 están configuradas para fluidizar material de lecho sobre de su posición. Las toberas secundarias 944 pueden disponerse, por ejemplo, en la cámara de entrada 100 (Figura 3). Las toberas secundarias 944 pueden disponerse, por ejemplo, en el segundo compartimento 22 (Figura 4). Las toberas secundarias 944 pueden ser las segundas toberas 920 mencionadas anteriormente o algunas de las mismas.
Para controlar el flujo de material de lecho en la cámara de baipás 200, la caldera de lecho fluidizado circulante 1 comprende una unidad de control CPU configurada para controlar [i] el flujo de aire a través de las toberas principales 942 y [ii] el flujo de aire a través de las toberas secundarias 944 independientemente del flujo de aire a través de las toberas principales 942. Como ejemplo, cuando las toberas principales se usan para fluidizar material de lecho y las toberas secundarias no se usan para fluidizar material de lecho, la trayectoria más fácil para el material de lecho es a través de la cámara de baipás. En este caso, la mayor parte del material de lecho pasa de largo los tubos de intercambiador de calor 820 del segundo compartimento 22. Por el contrario, cuando las toberas principales no se usan para fluidización y se usan las segundas toberas, la cámara de baipás presenta una gran resistencia al flujo, y la mayor parte del material de lecho fluye a través del segundo compartimento.
La misma idea se puede utilizar para controlar cómo se divide el material de lecho entre el segundo y el tercer compartimentos. Controlando el flujo de gas fluidizante a través de las toberas, es posible afectar el flujo del material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle.
Como ejemplo, cuando las segundas toberas 920 se utilizan para fluidizar material de lecho y las terceras toberas 930 no se utilizan para fluidizar material de lecho, la trayectoria más fácil para el material de lecho es a través del segundo compartimento 22. En este caso, el tercer compartimento 23 no se utiliza para recuperar calor del material de lecho. Por el contrario, cuando las terceras toberas 930 se utilizan para fluidizar material de lecho y las segundas toberas 920 no se utilizan para fluidizar material de lecho, la trayectoria más fácil para el material de lecho es a través del tercer compartimento 23. En este caso, el segundo compartimento 22 no se utiliza para recuperar calor del material de lecho.
Como alternativa, una cámara de alimentación 150 puede comprender toberas para fluidizar el material de lecho en la cámara de alimentación 150. Las toberas de la cámara de alimentación 150 que están más cerca del segundo compartimento 22 que del tercer compartimento pueden denominarse toberas A 954 (ver Figura 4). Las toberas de la cámara de alimentación 150 que están más cerca del tercer compartimento 23 que del segundo compartimento 22 pueden denominarse toberas B 952. Controlando individualmente la cantidad de fluidización a través de las toberas A y las toberas B, es posible afectar la cantidad de material de lecho que se transporta al segundo compartimento 22 y la cantidad que se transporta al tercer compartimento 23. En una realización, la caldera de lecho fluidizado circulante comprende una unidad de control CPU configurada para controlar [i] el flujo de aire a través las toberas A 954 y [ii] el flujo de aire a través de las toberas B 952 independientemente del flujo de aire a través de las toberas A 954.
Como resulta evidente, controlando localmente la fluidización, como se indicó anteriormente, es posible afectar las relaciones de división del material de lecho. Primero, como se indicó anteriormente, usando las toberas principales 942 y secundarias 944, se puede controlar la cantidad de material de lecho que pasa de largo los tubos de intercambiador de calor 820, 830 en relación con la cantidad de material de lecho recibido en el intercambiador de calor de sello de bucle 10. En segundo lugar, como se ha indicado anteriormente, al usar [i] la segunda 920 y la tercera 930 toberas o [ii] las toberas A 954 y las toberas B 952, se puede controlar la cantidad de material de lecho que ingresa al segundo compartimento 22 en relación con la cantidad total de material de lecho que entra en el segundo 22 y el tercer compartimentos 23.
Además, como se indica en la Figura 5, las toberas pueden agruparse en varias regiones para afectar localmente el flujo de material de lecho dentro del segundo compartimento 22.
Normalmente, el control de flujo de material de lecho dentro del sello de bucle de las Figuras 2a a 5 puede controlarse bien, siempre que el flujo o el aire en al menos ocho regiones diferentes pueda controlarse individualmente. Las ocho regiones pueden ser, por ejemplo: la cámara de baipás 200, la cámara de entrada 100, una primera mitad 220 de la cámara de alimentación 150 (Figura 2a), la otra mitad 230 de la cámara de alimentación 150, la cámara de calentamiento 320, la otra cámara de calentamiento 330, la cámara de descarga 420 y la otra cámara de descarga 430. Además, como se indicó anteriormente, las cámaras de calentamiento pueden dividirse en secciones adicionales, cada una de las cuales tiene flujos de aire controlables individualmente. Por tanto, la caldera de lecho fluidizado circulante puede comprender una unidad de control CPU configurada para controlar el flujo de aire a través de un conjunto de las toberas 900 independientemente del flujo de aire a través de las otras toberas del conjunto de toberas. Como se indicó anteriormente, en este caso, el conjunto de toberas puede comprender al menos ocho toberas, tal como ocho toberas. Una flecha en las figuras 2a a 9b indica la dirección de flujo de material de lecho y/o aire fluidizante. Como es evidente para un experto en la técnica, las flechas que indican las toberas (por ejemplo, 900) indican la dirección de flujo de aire desde las toberas. De manera correspondiente, las otras flechas indican el flujo de material de lecho y su dirección.
Como se indica en las Figuras 6 a 9b, una realización no comprende paredes que limitan un upleg de alimentación 150. Por el contrario, el material de lecho puede suministrarse directamente desde la cámara de entrada 100 a tubos de intercambiador de calor 810, 820, 830. En tal realización, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 no se divide necesariamente en al menos dos compartimentos en el sentido mencionado anteriormente. En correspondencia, ya el primer compartimento 21 puede comprender tubos de intercambiador de calor 810.
En cuanto al control de flujo de material de lecho dentro del sello de bucle de la Figura 6, el flujo puede controlarse bien, siempre que el flujo o el aire de al menos cuatro regiones diferentes pueda controlarse individualmente. Tales regiones son: la cámara de entrada 100, la cámara de baipás 200, la primera cámara de calentamiento 320 y una segunda cámara de calentamiento 330. Así, una caldera de lecho fluidizado circulante puede comprender una unidad de control CPU configurada para controlar el flujo de aire a través de un conjunto de las toberas 900 independientemente del flujo de aire a través de las otras toberas del conjunto de toberas. Como se indicó anteriormente, en este caso, el conjunto de toberas puede comprender al menos cuatro toberas, tales como cuatro toberas. Naturalmente, cada una de las cámaras puede comprender muchas toberas; sin embargo, la CPU puede configurarse para controlar el flujo total de aire a través de todas las toberas en una cámara, por lo que el flujo de aire a través de una tobera de una cámara puede depender del flujo de aire a través de otras toberas de la misma cámara. La dirección de flujo de material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle de la Figura 6 es: en la cámara de entrada 100, sustancialmente hacia abajo, en la cámara de baipás 200, sustancialmente hacia arriba, y en las cámaras de calentamiento (320, 330), principalmente horizontal, también hacia arriba, por ejemplo, en algún punto cerca de la tubería 15.
En cuanto al control de flujo de material de lecho dentro del sello de bucle de la Figura 7, el flujo puede controlarse bien, siempre que el flujo o el aire en al menos tres regiones diferentes pueda controlarse individualmente. Tales regiones son: la cámara de entrada 100, la cámara de baipás 200 y la cámara de calentamiento 320. Por lo tanto, la caldera de lecho fluidizado circulante puede comprender una unidad de control CPU configurada para controlar el flujo de aire a través de un conjunto de las toberas 900 independientemente del flujo de aire a través de las otras toberas del conjunto de toberas. Como se indicó anteriormente, en este caso, el conjunto de toberas puede comprender al menos tres toberas, tal como tres toberas. La dirección de flujo de material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle de la Figura 7 es: en la cámara de entrada 100, sustancialmente hacia abajo, en la cámara de baipás 200, sustancialmente hacia arriba, y en la cámara de calentamiento 320, principalmente horizontal, también hacia arriba, por ejemplo, en algún punto cerca de la tubería 15.
De esta manera, la realización de la Figura 6 o 7 puede permitir obtener una alternativa rentable para la realización descrita en las Figuras 2a a 5. Además, en la realización de las Figuras 6 a 9b, se puede formar un cierre de gas o al menos dos cierres de gas mediante las paredes del intercambiador de calor 10 de sello de bucle.
Haciendo referencia a las Figuras 8a a 9b, en particular, a la Figura 8b, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 de esas realizaciones comprende [i] una tercera pared 530 que limita la cámara de entrada 100 y un tercer canal 532, y [ii] una cuarta pared 540 que limita la cámara de baipás 200 y una segunda salida de partículas 542. Estas paredes 530, 540 limitan además una trayectoria de baipás BP a través de la cual el material de lecho está configurado para fluir desde la entrada 31 a la tubería 15 a través de la segunda salida de partículas 542. La trayectoria de baipás BP comprende el tercer canal 532 y la segunda salida de partículas 542 (véase también la Figura 2b). La cuarta pared 540 está dispuesta corriente abajo en la dirección de flujo de material de lecho desde la tercera pared 530. Además, para tener un primer cierre de gas formado por la trayectoria de baipás BP, el tercer canal 532 puede estar dispuesto con relación a la segunda salida 542 de partículas a un nivel más bajo. Lo que se ha mencionado anteriormente (en relación con la Figura 2b) sobre el posicionamiento mutuo del canal 532 y la segunda salida de partículas 542 para formar un primer cierre de gas, se aplica también en las realizaciones de las Figuras 6 a 9b.
Haciendo referencia a las Figuras 8a a 9b, en particular, a las Figuras 8a y 9a, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende una quinta pared 550 que limita una cámara de entrada 100 y un quinto canal 552. El intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende una pared de salida 507 que limita la primera salida de partículas 590. De esta manera, la quinta pared 550 y la pared de salida 507 limitan una trayectoria de calentamiento HP a través de la cual el material de lecho está configurado para fluir desde la entrada 31 a la tubería 15 a través de la primera salida de partículas 590. La pared de salida 507 está dispuesta corriente abajo en la dirección de flujo de material de lecho desde la quinta pared 550. Además, para tener un segundo cierre de gas formado por la trayectoria de calentamiento HP, el quinto canal 552 está dispuesto a un nivel más bajo que la primera salida de partículas 590. Por ejemplo, un borde superior del quinto canal 552 puede estar dispuesto a un nivel más bajo que un borde inferior de la primera salida de partículas 590. Por ejemplo, un borde superior del quinto canal 552 puede disponerse al menos 500 mm, tal como de 500 mm a 700 mm, más bajo que un borde inferior de la primera salida de partículas 590. De esta manera, se dispone un segundo cierre de gas, en la dirección de flujo del material de lecho, entre la quinta pared 550 y la pared de salida 507. Esto se aplica también en la realización de las Figuras 2a a 5, en donde el segundo cierre de gas está dispuesto en la cámara de alimentación 150.
Con referencia a la Figura 5, en una realización, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende una sexta pared 560 que divide el segundo compartimento 22 en una cámara de calentamiento 320 y una cámara de descarga 420. La sexta pared 560 puede extenderse desde la parte superior del segundo compartimento 22 hacia abajo. Como se indica en la Figura 5, el flujo de material de lecho en la cámara de calentamiento 320 puede ser sustancialmente horizontal; sin embargo, el material puede ser suministrado a la cámara de calentamiento 320 desde un canal ubicado en la parte superior de la cámara (en la Figura 5 la esquina superior derecha), y el material puede ser expulsado desde la cámara de calentamiento 320 a través de un canal ubicado en la parte inferior de la cámara (en la Figura 5 la esquina inferior izquierda).
La cámara de descarga 420 puede denominarse ‘upleg’ de descarga 420. En el upleg de descarga 420, el flujo de material de lecho puede ser sustancialmente hacia arriba, como se indica en la Figura 5. Como se indica en las Figuras 6 a 9b, una realización no comprende paredes que limitan un upleg 420 de descarga. Por el contrario, el material de lecho puede descargarse directamente desde el primer 21 o el segundo 22 compartimento.
El gas fluidizante se puede transportar con el material de lecho al horno 50 a través de la tubería 15. En la realización de las Figuras 2a a 5, el material de lecho está configurado para fluir sustancialmente de manera horizontal en las cámaras de calentamiento 320, 330. Sin embargo, si el gas fluidizante solo fluyera con el material de lecho, también el gas fluidizante se transportaría solo debajo de la pared 560 (ver Figura 5). Por tanto, el gas no fluidizaría adecuadamente el material de lecho, por ejemplo, en la cámara de calentamiento 320 y cerca de los tubos de intercambiador de calor 820, al menos algunos tubos de intercambiador de calor superiores 820. Por lo tanto, preferiblemente, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprende una salida de gas (423, 433, véanse las figuras 2a, 2b y 5) configurada para, en uso, dejar salir gas fluidizante desde una parte superior de una cámara de calentamiento 320, 330 hacia la tubería 15. De esta manera, la pared 560, que divide el segundo compartimiento 22 en una cámara de calentamiento 320 y una cámara de descarga 420 y limita en su parte inferior una trayectoria de flujo para material de lecho, limita además en su parte superior una salida de gas 423 para gas fluidizante. El tamaño de la salida o salidas de gas 423, 433 puede seleccionarse para que sea tan pequeño que, en uso, el flujo de gas se dirija hacia la tubería 15.
La temperatura dentro de un sello de bucle 5 es típicamente muy alta. Se ha observado que, si se utilizan tubos de intercambiador de calor regulares 810, 820 en el primer 21 o en el segundo 22 compartimento, surgen dos problemas. En primer lugar, dado que un tubo de intercambiador de calor regular conduce bien el calor, la temperatura de la superficie exterior de los tubos de intercambiador de calor regulares disminuirá debido al vapor que fluye dentro del tubo. Como resultado, la temperatura de la superficie exterior de los tubos de intercambiador de calor regulares puede disminuir tanto que los compuestos corrosivos (por ejemplo, haluros alcalinos, como cloruros alcalinos) pueden condensarse en los tubos. Esto plantea problemas de corrosión. En segundo lugar, el flujo de material de lecho provoca abrasión en los tubos. Además, los tubos deben soportar altas presiones. Por lo tanto, los tubos de intercambiador de calor duraderos para este propósito son muy costosos.
Con referencia a la Figura 10, se ha observado que, cuando el tubo de intercambiador de calor 820 comprende un tubo interior 822 y un tubo exterior coaxial 826, en donde algún material aislante térmico 824 está dispuesto entre el tubo interior 822 y el tubo exterior 826, se pueden reducir los problemas de corrosión y abrasión. En primer lugar, debido al material 824 aislante térmico, la temperatura de la superficie exterior del tubo de intercambiador de calor permanece alta, evitando así que los haluros alcalinos se condensen en las superficies. En segundo lugar, el tubo exterior 826 recibe la abrasión resultante del material de lecho. Y, en tercer lugar, solo el tubo interior 822 necesita soportar una alta presión. En cambio, la diferencia de presión entre una superficie exterior del tubo exterior 826 y una superficie interior del tubo exterior 826 puede ser esencialmente cero. En cuanto al material aislante térmico 824, al menos aire, material de lecho, arena o mortero puede disponerse entre el tubo interior y un tubo exterior. La conductividad térmica del material aislante térmico 824 puede ser, por ejemplo, como máximo 10 W/mK a 20 °C.
En una realización, al menos algunos de los tubos de intercambiador de calor 820 del primer o segundo compartimento comprenden un tubo interior 822 configurado para transportar medio de transferencia de calor como agua y/o vapor, un tubo exterior 826 configurado para proteger el tubo de intercambiador de calor interior 824, y algún material aislante térmico entre el tubo interior y el tubo exterior.
Los tubos de intercambiador de calor 820 pueden comprender al menos una parte recta que se extiende en una dirección longitudinal del tubo. El tubo interior 822 puede comprender al menos una parte recta que se extiende en la dirección longitudinal del tubo 820. El tubo exterior 826 puede comprender al menos una parte recta que se extiende en la dirección longitudinal del tubo 820 coaxialmente con la parte recta del tubo interior 822. El diámetro interior del tubo exterior 826 puede ser, por ejemplo, al menos 1 mm más grande que el diámetro exterior del tubo interior 822. El diámetro interior del tubo exterior 826 puede ser, por ejemplo, de 1 mm 10 mm más grande que el diámetro exterior del tubo interior 822. Por tanto, el espesor de la capa del material aislante térmico 824 entre el tubo interior 822 y el tubo exterior 826 puede ser, p. ej., de 0,5 mm a 5 mm, tal como de 1 mm a 4 mm, tal como de 1 mm a 2 mm.
Las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle pueden comprender tubos de transferencia de calor. En una realización, una pared 500 de las paredes 500 comprende tubos de transferencia de calor. En una realización, también otras paredes (500, 505, 510, 520, 530, 540, 550, 560) del intercambiador de calor de sello de bucle 10 comprenden tubos de transferencia de calor. Además, un tubo de transferencia de calor de una pared 500 puede comprender un tubo interior y un tubo exterior coaxial, en donde se dispone algún material aislante térmico entre el tubo interior y exterior. Además, los tubos de transferencia de calor de la pared de las paredes pueden estar formados por tubos interiores y tubos exteriores coaxiales, en donde se dispone algún material aislante térmico entre los tubos interior y exterior. Lo que se ha mencionado acerca de la estructura de los tubos de intercambiador de calor (dentro del segundo compartimento) se aplica a los tubos de transferencia de calor (o las paredes).
Haciendo referencia a las Figuras 6 a 9b, un intercambiador de calor de sello de bucle 10 puede funcionar también sin una cámara de alimentación 150. En una realización correspondiente, el material de lecho está configurado para fluir directamente desde la cámara de entrada 100 a los tubos de intercambiador de calor 810, tal como los tubos de intercambiador de calor del primer o segundo compartimento 21, 22. Cuando el intercambiador de calor de sello de bucle 10 carece de una cámara de alimentación 150, al menos algunas de las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle son paredes verticales 505 y las paredes 500 del intercambiador de sello de bucle limitan una primera trayectoria de flujo P1 a lo largo de la que material de lecho está configurado para fluir, en uso, desde la entrada 31 para recibir material de lecho a los tubos de intercambiador de calor 810, 820, 830. Además, solo como máximo una de tales paredes verticales 505 de las paredes del intercambiador de calor de sello de bucle 10 que sobresale hacia el interior 11 del intercambiador de calor de sello de bucle está dispuesta sobre la primera trayectoria de flujo P1 o debajo de la primera trayectoria de flujo P1. En las realizaciones de las figuras 8a y 8b, una pared vertical de este tipo está dispuesta sobre la primera trayectoria de flujo P1. Sin embargo, como se indica en la Figura 8c, cuando la cámara de entrada 100 comprende tubos de intercambiador de calor, no es necesario disponer ninguna pared vertical en la trayectoria de flujo P1. En la Figura 8c, se puede considerar que la primera trayectoria de flujo P1 es sustancialmente hacia abajo (ver Figura 1). En las realizaciones de las Figuras 8a y 8b, la pared 506 se extiende en la dirección vertical desde el fondo del intercambiador de calor de sello de bucle a la parte superior del intercambiador de calor de sello de bucle con el fin de guiar el material de lecho a la primera trayectoria de flujo P1. En correspondencia, la pared 550 no se extiende hasta el fondo para formar la primera trayectoria de flujo P1.
Haciendo referencia a las Figuras 6 a 8c, un intercambiador de calor de sello de bucle 10 puede funcionar también sin una cámara de descarga 420. Cuando el intercambiador de calor de sello de bucle 10 carece de una cámara de descarga 420, las paredes del intercambiador de sello de bucle limitan una segunda trayectoria de flujo P2 a lo largo de la que material de lecho está configurado para fluir, en uso, desde la cámara de calentamiento 320 a la primera salida de partículas 590. Además, ninguna de tales paredes verticales 505 de las paredes 500 del intercambiador de calor de sello de bucle 10 que sobresale hacia el interior 11 del intercambiador de calor de sello de bucle está dispuesta sobre la segunda trayectoria de flujo P2 o debajo de la segunda trayectoria de flujo P2. La cámara de calentamiento 320 se refiere a una cámara que comprende tubos de intercambiador de calor 810, 820 dispuestos en el interior de la cámara de calentamiento. Por otro lado, el interior está limitado por las paredes, que pueden comprender otros tubos de transferencia de calor.
Como se indica en las Figuras 8a a 8c, los tubos de intercambiador de calor 810 comprenden típicamente partes rectas, que son paralelas. Como se indica en las Figuras 8a y 8b, la dirección dt de los tubos de intercambiador de calor puede ser, por ejemplo, paralela (como en la Figura 8a) o perpendicular (como en la Figura 8b) a la dirección db de flujo de material de lecho. En principio, también es posible cualquier otra orientación, aunque técnicamente puede ser difícil de fabricar. En una realización, al menos uno de los tubos de intercambiador de calor 810 está dispuesto en una de las cámaras del intercambiador de calor de sello de bucle. Los tubos de intercambiador de calor 810 comprenden una parte recta que se extiende en una dirección longitudinal dt del tubo de intercambiador de calor. Además, en esa cámara, el material de lecho está configurado para fluir en una dirección db de flujo de material de lecho de manera que la dirección de flujo del material de lecho [i] es paralela a la dirección longitudinal del tubo o [ii] forma un ángulo a con la dirección longitudinal del tubo. El ángulo a se refiere al menor de los dos ángulos definidos por dos líneas. Además, el tubo de intercambiador de calor y el flujo de material pueden configurarse de manera que el ángulo a sea de 0 a 45 grados o de 45 a 90 grados. Preferiblemente, el ángulo a es de 0 a 30 grados o de 60 a 90 grados, tal como de 0 a 15 grados o de 75 a 90 grados. Como se indica en las Figuras 8a y 8b, con esta configuración, la entrada 800 para los tubos de intercambiador de calor 810 puede disponerse fácilmente con respecto a las cámaras del intercambiador de calor de sello de bucle 10.
Con referencia a la Figura 1, en una realización, la caldera de lecho fluidizado circulante 1 comprende también otro intercambiador de calor (26, 28) o múltiples intercambiadores de calor adicionales, tal como economizadores 26 y supercalentadores 28 dispuestos dentro de un canal de gas de tiro 20 corriente abajo del ciclón 40 (ver Figura 1) en la dirección de flujo de gas de tiro. El intercambiador de calor de sello de bucle y los otros intercambiadores de calor (o los otros intercambiadores de calor) están dispuestos como parte de una misma circulación de medio de transferencia de calor. Además, preferiblemente, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 está dispuesto, en la dirección de flujo del medio de transferencia de calor dentro de la circulación del medio de transferencia de calor, como el último intercambiador de calor en recuperar calor al medio de transferencia de calor. Por tanto, preferiblemente, no se dispone ningún intercambiador de calor de este tipo que estaría configurado para recuperar calor al medio de transferencia de calor entre el intercambiador de calor de sello de bucle y el punto de uso del medio de transferencia de calor. El punto de uso suele ser una turbina de vapor configurada para producir electricidad utilizando el medio de transferencia de calor. El medio de transferencia de calor es típicamente vapor y/o agua. De manera correspondiente, el intercambiador de calor de sello de bucle 10 está dispuesto, en la dirección de flujo del medio de transferencia de calor, corriente abajo de todos los demás intercambiadores de calor 26, 28 configurados para calentar el medio de transferencia de calor. Dentro del intercambiador de calor de sello de bucle 10, el medio de transferencia de calor es normalmente vapor, pero, antes, en la circulación, p. ej., en los economizadores 28, el medio de transferencia de calor es normalmente agua.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Caldera de lecho fluidizado circulante (1), que comprende
- un horno (50),
- un ciclón (40) para separar material de lecho de gases,
- un sello de bucle (5), y
- un intercambiador de calor de sello de bucle (10) dispuesto en el sello de bucle (5), comprendiendo el intercambiador de calor de sello de bucle (10)
- paredes (500, 505, 507, 510, 520, 530, 540, 550, 560) que limitan un interior (11) del intercambiador de calor de sello de bucle (10),
- una primera salida de partículas (590) para permitir la salida de material en partículas desde el intercambiador de calor de sello de bucle (10),
- una entrada (31) para recibir material de lecho desde el horno (50) a través del ciclón (40),
- tubos de intercambiador de calor (810, 820, 830) dispuestos en el interior (11) del intercambiador de calor de sello de bucle (10), y
- un primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) configurado para permitir la salida de ceniza desde el intercambiador de calor de sello de bucle (10), en donde
- el primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) está dispuesto a un nivel más bajo que la primera salida de partículas (590) y las paredes (500) limitan
- un primer compartimento (21) que comprende la entrada (31) para recibir material de lecho y
- un segundo compartimento (22) que comprende los tubos de intercambiador de calor (820), en donde
- una primera pared (510) de las paredes (500) separa el primer compartimento (21) del segundo compartimento (22) y limita un primer canal (512) para transportar material de lecho desde el primer compartimento (21) al segundo compartimento (22),
- el primer canal de eliminación de ceniza (211) está configurado para permitir la salida de ceniza desde el primer compartimento (21) o el segundo compartimento (22), y la caldera de lecho fluidizado circulante (1) comprende - un enfriador de ceniza (600) configurado para recibir ceniza desde el primer canal de eliminación de ceniza (211, 421) de manera que la ceniza no es transportada a través del horno (50) desde el intercambiador de calor de sello de bucle (10) al enfriador de ceniza (600).
2. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según la reivindicación 1, en donde
- el primer canal de eliminación de ceniza (211) está configurado para permitir la salida de ceniza desde el primer compartimento (21), y el intercambiador de calor de sello de bucle (10) comprende
- un segundo canal de eliminación de ceniza (421) configurado para permitir la salida de ceniza desde el segundo compartimento (22);
preferiblemente
- el segundo canal de eliminación de ceniza (421) está dispuesto a un nivel más bajo que la primera salida de partículas (590).
3. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según la reivindicación 2, en donde
- una parte de la primera pared (510) limita el primer compartimento (21) y el segundo compartimento (22).
4. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según la reivindicación 2 o 3, en donde las paredes (500) del intercambiador de calor de sello de bucle (10) limitan
- un tercer compartimento (23) que comprende tubos de intercambiador de calor (830) configurados para recuperar calor de material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle (10) y
- una segunda pared (520) de las paredes (500) separa el tercer compartimento (23) del primer compartimento (21) y limita un segundo canal (522) para transportar material de lecho desde el primer compartimento (21) al tercer compartimento (23).
5. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según la reivindicación 4, que comprende
- un tercer canal de eliminación de ceniza (431) configurado para permitir la salida de ceniza desde el tercer compartimento (23);
preferiblemente
- el tercer canal de eliminación de ceniza (431) está dispuesto a un nivel más bajo que la primera salida de partículas (590).
6. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en donde
- el primer compartimento (21) comprende tubos de intercambiador de calor (810).
7. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde
- una tercera pared (530) de las paredes (500) separa una cámara de baipás (200) de una cámara de entrada (100), comprendiendo la cámara de entrada (100) la entrada (31),
- la cámara de baipás (200) es adecuada para el baipás de los tubos de intercambiador de calor (820, 830), - el primer canal de eliminación de ceniza (211) está configurado para permitir la salida de ceniza desde la cámara de baipás (200), y el intercambiador de calor de sello de bucle (10) comprende
- un segundo canal de eliminación de ceniza (421) configurado para permitir la salida de ceniza desde otra cámara (100, 320, 330) del intercambiador de calor de sello de bucle (10).
8. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde
- una tercera pared (530) de las paredes (500) limita una cámara de entrada (100) y una cámara de baipás (200), comprendiendo la cámara de entrada la entrada (31) para recibir material de lecho,
- la cámara de baipás (200) es adecuada para el baipás de los tubos de intercambiador de calor (820, 830), - la tercera pared (530) limita un tercer canal (532) para transportar material de lecho desde la cámara de entrada (100) a la cámara de baipás (200), y
- una cuarta pared (540) de las paredes (500) limita la cámara de baipás (200) y una segunda salida de partículas (542) para permitir la salida de material en partículas desde el intercambiador de calor de sello de bucle (10).
9. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende - toberas (900, 901, 902, 910, 920, 930, 942, 944, 952, 954), configuradas para fluidizar material de lecho dentro del intercambiador de calor de sello de bucle (10) mediante gas fluidizante.
10. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según la reivindicación 9, en donde
- al menos una primera tobera (910) de las toberas (900) está configurada para impulsar ceniza principalmente hacia el primer canal de eliminación de ceniza (211) mediante un flujo del gas fluidizante.
11. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según la reivindicación 9 o 10, en donde
- primeras toberas (910) de las toberas (900) están configuradas para fluidizar material de lecho dentro de un primer compartimento (21) y
- segundas toberas (920) de las toberas (900) están configuradas para fluidizar material de lecho dentro de un segundo compartimento (22), en donde la caldera de lecho fluidizado circulante comprende
- una unidad de control (CPU) configurada para controlar el flujo de aire a través de las primeras toberas (910) y controlar el flujo de aire a través de las segundas toberas (920) independientemente del flujo de aire a través de las primeras toberas (910).
12. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en donde
- toberas principales (942) de las toberas (900) están configuradas para fluidizar material de lecho dentro de una cámara de baipás (200),
- la cámara de baipás (200) es adecuada para el baipás de los tubos de intercambiador de calor (820, 830), y - toberas secundarias (944) de las toberas (900) están configuradas para fluidizar material de lecho fuera de la cámara de baipás (200), en donde la caldera de lecho fluidizado circulante (1) comprende
- una unidad de control (CPU) configurada para controlar el flujo de aire a través de las toberas principales (942) y controlar el flujo de aire a través de las toberas secundarias (944) independientemente del flujo de aire a través de las toberas principales (942).
13. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde
- un borde superior del primer canal de eliminación de ceniza (211,421) está dispuesto al menos 1 m más bajo que un borde inferior de la primera salida de partículas (590).
14. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde
- al menos algunas de las paredes (500) del intercambiador de calor de sello de bucle son paredes verticales (505) y - las paredes (500) del intercambiador de sello de bucle limitan una primera trayectoria de flujo (P1) a lo largo de la que material de lecho está configurado para fluir, en uso, desde la entrada (31) a tubos de intercambiador de calor (810, 820, 830) dispuestos en el interior (11) del intercambiador de calor de sello de bucle (10), y
- sólo como máximo una de tales paredes verticales (505) que sobresale hacia el interior (11) del intercambiador de calor de sello de bucle (10) está dispuesta sobre la primera trayectoria de flujo (P1) o debajo de la primera trayectoria de flujo (P1).
15. Caldera de lecho fluidizado circulante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde
- al menos algunas de las paredes (500) del intercambiador de calor de sello de bucle son paredes verticales (505) y - las paredes (500) del intercambiador de sello de bucle limitan una segunda trayectoria de flujo (P2) a lo largo de la que material de lecho está configurado para fluir, en uso, desde los tubos de intercambiador de calor (810, 820, 830) dispuestos en el interior (11) del intercambiador de calor de sello de bucle (10) a la primera salida de partículas (590), y
- ninguna de tales paredes verticales (505) que sobresale hacia el interior (11) del intercambiador de calor de sello de bucle (10) está dispuesta sobre la segunda trayectoria de flujo (P2) o debajo de la segunda trayectoria de flujo (P2).
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