ES2928375T3

ES2928375T3 - Caldera de recuperación

Info

Publication number: ES2928375T3
Application number: ES17710774T
Authority: ES
Inventors: Jukka Röppänen
Original assignee: Andritz Oy
Current assignee: Andritz Oy
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: JP2019507306A; US20190078773A1; RU2018130821A3; EP3408588B1; CL2018001967A1; BR112018014353B1; BR112018014353A2; EP3408588A1; CN108474549A; RU2018130821A; CA3010710A1; WO2017129861A1; US10502410B2; PL3408588T3; FI20165056A7; PT3408588T; FI128782B; CA3010710C; CN108474549B; JP6956727B2

Abstract

La presente invención se refiere a una disposición en una caldera de recuperación que tiene un horno para quemar licor residual y un conducto de gases de combustión que comprende canales de gases de combustión verticales (22), al menos algunos de los cuales están provistos de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión. El primer conducto de humos (22) aguas abajo del horno está provisto de un recalentador (21) y uno de los siguientes recuperadores de calor: un economizador (25) o un banco de calderas (40). El recalentador (21) y la segunda unidad de recuperación de calor (25, 40) están ubicados uno tras otro en la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión, de modo que en un canal de gases de combustión los gases de combustión fluyen en una dirección vertical desde arriba hacia abajo. y calienta el recalentador y la segunda unidad de recuperación de calor simultáneamente. De acuerdo con otra disposición, los elementos de recuperación de calor del recalentador (50, 60) y la segunda unidad de recuperación de calor (52, 62) están colocados uno al lado del otro en una dirección que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Caldera de recuperación

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una caldera de recuperación, especialmente a una disposición para recuperar el calor de los gases de combustión generados en la combustión del licor residual, tal como el licor negro, de la industria de la pasta química.

Antecedentes de la invención

En la fabricación de pasta química, la lignina y otros materiales orgánicos no celulósicos se separan de la materia prima de la pasta química por medio de la cocción mediante el uso de productos químicos de cocción. El licor de cocción utilizado en la digestión química, por ejemplo, el licor residual, se recupera. El licor residual, que se separa mecánicamente de la pasta química, tiene un alto valor de combustión debido al material carbonoso y a otros materiales orgánicos combustibles que contiene y que se separan de la pasta química. El licor residual también contiene sustancias químicas inorgánicas, que no reaccionan en la digestión química. Se han desarrollado varios métodos diferentes para recuperar el calor y los productos químicos del licor residual.

El licor negro obtenido en la producción de pasta de sulfato se quema en una caldera de recuperación. A medida que los materiales orgánicos y carbonosos contenidos en el licor negro se queman, los componentes inorgánicos del licor residual se convierten en productos químicos, que pueden ser reciclados y utilizados posteriormente en el proceso de cocción.

En la combustión del licor negro se generan gases de combustión calientes que se ponen en contacto con diversos dispositivos de transferencia de calor de la caldera de recuperación. Los gases de combustión transmiten el calor al agua o al vapor, o a una mezcla de agua y vapor, que fluye en el interior de los intercambiadores de calor, enfriándose simultáneamente. Por lo general, los gases de combustión contienen abundantes cenizas. La parte principal de la ceniza es el sulfato de sodio, y la siguiente parte mayor es normalmente el carbonato de sodio. La ceniza también contiene otros componentes. La ceniza arrastrada en los gases de combustión se encuentra en el horno principalmente en forma vaporizada, y comienza a convertirse en polvo fino o en gotas fundidas principalmente en la parte de la caldera situada corriente abajo del horno. Las sales contenidas en las cenizas se funden o son partículas pegajosas incluso a temperaturas relativamente bajas. Las partículas fundidas y pegajosas se adhieren fácilmente a las superficies de transferencia de calor e incluso las corroen. Los depósitos de ceniza pegajosa han provocado un riesgo de obstrucción de los conductos de gases de combustión, así como la corrosión y el desgaste de las superficies térmicas de la caldera.

Una caldera de recuperación de licor residual está formada convencionalmente por las siguientes partes principales, que se ilustran esquemáticamente en la Figura 1:

El horno de una caldera de recuperación comprende una pared delantera y paredes laterales. La anchura del horno se refiere a la longitud horizontal de la pared delantera y la profundidad se refiere a la longitud de la pared lateral del horno. La Figura 1 ilustra la estructura de una caldera de recuperación que tiene un horno definido por paredes de tubos de agua, una pared delantera 11, paredes laterales 9 y una pared trasera 10, y también un fondo 15 formado por tubos de agua. El aire de combustión se introduce en el horno desde varios niveles diferentes 18. Los niveles de aire se pueden localizar también de forma diferente a lo que se presenta en la Figura. El licor residual, tal como el licor negro, se alimenta dentro del horno desde las boquillas 12. Durante la combustión, se forma un lecho de fundido en el fondo del horno. La fundición se retira del fondo del horno a través de un conducto 17, normalmente a través de los surtidores de fundición.

- Una parte inferior 1 del horno, en la que se produce principalmente la combustión del licor residual.

- Una parte central 2 del horno, en la que se produce principalmente la combustión final de las sustancias combustibles gaseosas.

- Una parte superior 3 del horno

- Una zona de sobrecalentador 4, en la que el vapor saturado que sale del tambor de vapor 7 se convierte en vapor (sobrecalentado) a mayor temperatura. En la zona del sobrecalentador o delante de ella suele haber una denominada superficie de tubo de pantalla o tubos de pantalla, que suele actuar como hervidor de agua. - en un conducto de gases de combustión a continuación del horno se encuentran los intercambiadores de calor corriente abajo de los sobrecalentadores: un banco de caldera y economizadores, en los que se recupera el calor de los gases de combustión generados en el horno. El banco de caldera 5, es decir, el vaporizador de agua, se encuentra situado en el primer paso de gases de combustión del conducto de gases de combustión, es decir, en un denominado segundo paso. En el banco de caldera, el agua a una temperatura saturada hierve parcialmente en vapor.

- Precalentadores de agua de alimentación, es decir, los denominados economizadores 6a, 6b, en los que el agua de alimentación que fluye en los elementos de transferencia de calor se precalienta por medio de los gases de combustión antes de conducir el agua al interior del tambor 7 y al interior de las partes generadoras de vapor (banco de caldera 5, paredes del horno y posibles tubos de pantalla) y a las partes de sobrecalentamiento 4 de la caldera.

- Un tambor (o tambor de vapor) 7 que tiene agua en la parte inferior y vapor saturado en la parte superior. Algunas caldera tienen dos tambores: un tambor de vapor (tambor superior) y un tambor de agua (tambor inferior), en el que entre un dispositivo de transferencia de calor se proporcionan los denominados tubos del banco de caldera para hervir el agua.

- Otras partes y dispositivos en combinación con la caldera, tales como por ejemplo un sistema de aire de combustión, un sistema de gases de combustión, un sistema de alimentación de licor, un sistema de tratamiento para el fundido y el licor, bombas de agua de alimentación, etc. Una llamada nariz está marcada con el número de referencia 13.

La circulación de agua/vapor de la caldera se lleva a cabo por medio de circulación natural, por lo que la mezcla de agua / vapor que se forma en los tubos de agua de las paredes y del fondo del horno asciende a través de los tubos de recogida al interior de un tambor de vapor 7 que está situado transversalmente con respecto a la caldera, es decir, paralelo a la pared delantera 11. El agua caliente fluye desde el tambor de vapor a través de los tubos de bajada 14 hacia un colector del fondo 15, desde el cual el agua se distribuye en el interior de los tubos de agua del fondo y adicionalmente en el interior de las paredes de tubos de agua.

El precalentador, es decir, el economizador, suele ser un intercambiador de calor compuesto por elementos de transferencia de calor, dentro del cual fluye el agua de alimentación de la caldera que se va a calentar. En el economizador queda espacio libre para que pase el flujo de gases de combustión entre los elementos de transferencia de calor. Cuando los gases de combustión pasan por los elementos de transferencia de calor, el calor se transfiere al agua de alimentación que fluye al interior de los elementos. El banco de caldera también está formado por elementos de transferencia de calor, dentro de los cuales fluye el agua que va a hervir o fluye una mezcla de agua y vapor, a la que se transfiere el calor desde los gases de combustión que pasan por los elementos.

Los intercambiadores de calor, es decir, el banco de caldera y los economizadores, suelen estar construidos de forma que en ellos los gases de combustión no fluyen de abajo hacia arriba, sino que normalmente sólo lo hacen de arriba hacia abajo. En los economizadores, la dirección del flujo de agua suele ser opuesta a la dirección del flujo de los gases de combustión para proporcionar una recuperación de calor más económica.

En algunas calderas de recuperación de licores residuales, el banco de caldera está construido de forma que los gases de combustión fluyen sustancialmente en forma horizontal. En las caldera de tambor único que tienen un banco de caldera horizontal de este tipo, los elementos de transferencia de calor del banco de caldera están colocados de forma que el agua que se va a hervir fluye sustancialmente de abajo hacia arriba. El banco de caldera se denomina en la presente memoria descriptiva banco de caldera horizontal porque los gases de combustión fluyen sustancialmente en sentido horizontal. Las calderas de dos tambores suelen tener un tambor superior y un tambor inferior, entre los que se encuentran los tubos del banco de caldera, de forma que el agua que debe hervir fluye en los tubos sustancialmente de abajo hacia arriba y los gases de combustión fluyen sustancialmente en sentido horizontal. En estos casos, se puede utilizar el término común de flujo cruzado para las corrientes de gases de combustión y de agua, o el término de banco de caldera de flujo cruzado para el banco de caldera. En una caldera convencional de recuperación de licor residual que se ilustra esquemáticamente en la Figura 1, que tiene un denominado banco de caldera de flujo vertical 5, los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo. Junto al banco de caldera está dispuesto un canal de flujo 8 para los gases de combustión, en el que los gases de combustión que han atravesado el banco de caldera 5 fluyen desde abajo hacia arriba. El canal 8 carece, como es habitual, de dispositivos de transferencia de calor. A continuación del canal 8 hay un primer economizador (el denominado economizador más caliente) 6a, en el que los gases de combustión fluyen de arriba hacia abajo, para transferir calor al agua de alimentación que fluye en los elementos de transferencia de calor del economizador. De forma correspondiente, un segundo canal de gases de combustión 9 está dispuesto a continuación del economizador, por el que los gases de combustión procedentes del extremo inferior del economizador 6a fluyen hacia arriba. También este canal de gases de combustión es, como es convencional, un canal sustancialmente vacío sin elementos de transferencia de calor para la recuperación de calor o recalentadores de agua. Junto al canal de gases de combustión 9 hay un segundo economizador, el llamado economizador más frío 6b, en el que los gases de combustión fluyen de arriba hacia abajo, para calentar el agua de alimentación que fluye en los elementos de transferencia de calor.

Además del banco de caldera 5, dos economizadores 6a y 6b y los canales 8, 9 situados entre ellos, la caldera puede tener varios canales de gases de combustión y economizadores correspondientes.

Como es sabido, los gases de combustión en el banco de caldera y los economizadores están dispuestos para fluir de arriba hacia abajo. La ceniza arrastrada en los gases de combustión se adhiere a las superficies de transferencia de calor. A medida que las partículas de ceniza se adhieren a las superficies de transferencia de calor, la capa de ceniza se hace gradualmente más gruesa, lo que perjudica la transferencia de calor. Si la ceniza se acumula abundantemente sobre las superficies, la resistencia al flujo de los gases de combustión puede crecer hasta un nivel perturbador. Las superficies de transferencia de calor se limpian con sopladores de vapor, por medio de los cuales se sopla de vez en cuando vapor sobre las superficies de transferencia de calor, lo que hace que la ceniza acumulada sobre las superficies se desprenda y pase con los gases de combustión a las tolvas de recogida de cenizas situadas en la parte inferior de la superficie de transferencia de calor.

No todas las calderas de recuperación están provistas de un banco de caldera. La solicitud de patente europea EP 1188986 presenta una solución, en la que la primera parte del conducto de gases de combustión corriente abajo de la caldera de recuperación, el denominado segundo paso, está provisto de al menos un sobrecalentador, especialmente un sobrecalentador primario. Entonces, un problema puede ser el aumento excesivo de las temperaturas de las superficies en esta parte del conducto de gases de combustión. La solicitud de patente WO 2014044911 desvela que la citada parte del conducto de gases de combustión está dispuesta para ser enfriada con un medio de refrigeración procedente de los tubos de pantalla.

La patente europea EP 1728919 presenta una disposición en la que la parte del conducto de gases de combustión, el llamado segundo paso, está provisto de un banco de caldera y un economizador, uno después del otro, en la dirección de entrada de los gases de combustión, pero las superficies del sobrecalentador están situadas, correspondientemente a la técnica anterior, en la parte superior del horno de la caldera. Cuando el segundo paso está provisto de un banco de caldera y un economizador, limita el posicionamiento de otras superficies térmicas, tal como una superficie de sobrecalentador, en el flujo de gases de combustión.

También existen soluciones en las que se sugiere mejorar la producción de electricidad de una fábrica de pasta química por medio de un recalentador situado en la caldera de recuperación. Se debe hacer notar que el recalentador y el sobrecalentador son, en principio y en la práctica, superficies de transferencia de calor similares. La diferencia es que en los sobrecalentadores "reales" (que en esta solicitud de patente se denominan como un sobrecalentador) el vapor saturado que sale de un tambor de caldera se recalienta paso a paso hasta alcanzar una temperatura más elevada (por ejemplo, hasta una temperatura de aproximadamente 515°C), hasta que después del último paso se denomina vapor vivo. A continuación, el vapor vivo es conducido a una turbina de vapor para la producción de energía eléctrica. En un recalentador, a su vez, el vapor obtenido de una turbina se calienta y después se devuelve a la turbina. Los vapores sangrados se toman de la turbina a niveles de presión predeterminados y se utilizan, por ejemplo, para calentar el agua de alimentación o los aires de combustión. Cuando se utiliza un recalentador, el vapor remanente en el extremo final de la turbina se conduce de nuevo a la caldera, a un recalentador, en el que el vapor se calienta y el vapor calentado se lleva de nuevo a la turbina para mejorar la producción de electricidad. En las soluciones conocidas, tales como en Patentes US7640750 y US8443606los recalentadores están situados en una zona de recalentamiento convencional en la parte superior del horno. Sin embargo, este tipo de disposición disminuye el espacio para los sobrecalentadores o la altura de la caldera y, por tanto, hay que aumentar todo el edificio de la caldera. La patente estadounidense 7640750 presenta un recalentador de dos etapas, la última de las cuales está situada en una cavidad de la caldera de recuperación. El combustible se quema en la cavidad para producir gases de combustión.

El documento patente US 3.324.837 se refiere a una unidad generadora de vapor de flujo forzado del tipo de una sola vez, y más particularmente, a la construcción y disposición de las paredes del recinto de calentamiento de fluidos para la unidad de flujo forzado.

De acuerdo con el documento US 5.950.574se trata de un sobrecalentador de tipo suspensión y se dispone en la salida de un horno. Estos sobrecalentadores tienen áreas de transferencia de calor que están dimensionadas de forma que la temperatura de los gases de escape a la salida de los sobrecalentadores es de 1000° C a 1100° C cuando la caldera está bajo una carga máxima.

En el documento patente US 2012/102955 A1se propone una central térmica para conseguir una alta fiabilidad, un bajo coste de material y un bajo coste de construcción, ideando la disposición y las estructuras de una caldera, turbinas de vapor y un aparato de tratamiento de gases de combustión para reducir una cantidad de uso de material de resistencia a altas temperaturas y, además, para reducir un alargamiento térmico de las tuberías. En una central térmica que incluye una caldera de 2 pasos que tiene un horno para quemar combustible y una zona de recuperación de calor posterior para recuperar el calor de los gases de combustión que salen del horno, las turbinas de vapor están dispuestas cerca de la zona de recuperación de calor posterior.

El documento patenteJP-H08-82405 A desvela una estructura de pieza de transferencia de calor posterior de una caldera de presión variable de un solo paso. El objeto es ajustar el área de transferencia de calor de un economizador a un valor mínimo necesario y facilitar el aumento del área de transferencia de calor de un sobrecalentador por medio de un procedimiento en el que las áreas de transferencia de calor de un economizador en el lado del recalentador y un economizador en el lado del sobrecalentador se pueden asignar arbitrariamente. El documento US 5.299.534, en el que se basa la forma en dos partes de las reivindicaciones 1 y 6, describe una caldera de recuperación de un solo tambor que comprende un sobrecalentador, elementos del banco de calderas que forman un banco de calderas y elementos que forman un economizador. En la caldera de recuperación, una pluralidad de elementos del banco de la caldera y de elementos del economizador están dispuestos alternativamente, de forma que se consigue una unidad de banco de la caldera-economizador en la que la proporción entre los elementos del banco de la caldera y los elementos del economizador está optimizada en relación con las condiciones de funcionamiento de la caldera.

Breve descripción de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar una solución más flexible que la anterior para modificar el tamaño y el posicionamiento de varias superficies de recuperación de calor de una caldera de recuperación química de acuerdo con las necesidades del procedimiento cuando el calentador tiene un recalentador además de un sobrecalentador.

La invención se presenta en las reivindicaciones independientes. Características opcionales de la invención se desvelan en las reivindicaciones dependientes.

La invención se refiere a una caldera de recuperación química que tiene un horno para la combustión del licor residual y un conducto de gases de combustión que comprende canales de gases de combustión verticales, al menos una parte de los cuales está provista de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión. Los gases de combustión fluyen en los canales secuenciales de gases de combustión desde arriba hacia abajo y desde abajo hacia arriba. Los recuperadores de calor tienen una anchura sustancialmente igual a la del conducto de gases de combustión. Lo característico de la disposición es que un recalentador se encuentra en un primer canal de gases de combustión después del horno, en el llamado segundo paso, y que además del recalentador, se encuentra en él una de las siguientes unidades de recuperación de calor: un economizador o un banco de calderas. El recalentador y la segunda unidad de recuperación de calor están situados en paralelo, de forma que en un canal de gases de combustión, los gases de combustión fluyen en dirección vertical de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el recalentador y la segunda unidad de recuperación de calor. Con respecto a la dirección de flujo horizontal de los gases de combustión, el recalentador y la segunda unidad de recuperación de calor están situados uno detrás de la otra. El recalentador y la segunda unidad de recuperación de calor, es decir, el economizador, el banco de caldera o el recalentador, suelen tener una anchura igual a la del conducto de gases de combustión (es decir, a la longitud de la pared delantera y trasera del horno). Cada unidad de recuperación de calor, es decir, el recalentador, el economizador y el banco de caldera, está formada por un número de elementos de recuperación de calor. Un recalentador, un banco de caldera y un economizador se refieren a unidades de recuperación de calor que están formadas por elementos de intercambio de calor, normalmente tubos, dentro de los cuales fluye el agua, el vapor o su mezcla a calentar. Entre los elementos de transferencia de calor queda un espacio libre para el flujo de los gases de combustión. Cuando los gases de combustión pasan por los elementos de transferencia de calor, el calor se transfiere al agua o al vapor que fluye por el interior de los elementos. El gas de combustión que fluye hacia abajo en el canal de gas de combustión calienta el recalentador y la segunda unidad de transferencia de calor simultáneamente, por lo que el gas de combustión a una determinada temperatura calienta simultáneamente el recalentador y la segunda unidad de transferencia de calor. El recalentador está acoplado a una turbina de vapor, cuyo vapor sangrado es calentado por el recalentador. El vapor se devuelve a la turbina de vapor a una temperatura más alta, con lo que se aumenta la producción de electricidad, dado que el vapor puede ser proyectado en la turbina a menor presión. El recalentador de la caldera también puede tener dos etapas. Entonces, el recalentador de la primera etapa se encuentra en el primer canal de gases de combustión (en el llamado segundo paso) junto con un economizador o un banco de caldera. El recalentador de la segunda etapa está situado en la parte superior de la caldera, corriente arriba del segundo paso. Desde el recalentador de la primera etapa, el vapor fluye al interior del recalentador de la segunda etapa y posteriormente hacia la turbina. Cuando el recalentador forma parte de la caldera de recuperación, se puede maximizar la producción de electricidad y su eficiencia.

La invención se refiere a una caldera de recuperación química que tiene un horno para la combustión del licor residual y un conducto de gases de combustión que comprende canales de gases de combustión verticales, al menos una parte de los cuales está provista de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión. Los gases de combustión fluyen en los canales secuenciales de gases de combustión desde arriba hacia abajo y desde abajo hacia arriba. Las unidades de recuperación de calor están formadas por elementos de intercambio de calor, por lo que corriente abajo del horno el primer canal de gases de combustión está provisto de un recalentador. Además del recalentador, en el canal de gases de combustión se encuentra una de las siguientes unidades de recuperación de calor: un economizador, un banco de caldera o un recalentador, y los elementos de la superficie térmica del recalentador y de la segunda unidad de recuperación de calor están situados uno al lado del otro en una dirección transversal a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión, de forma que en el canal de gases de combustión los gases de combustión fluyen en dirección vertical de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el recalentador y la segunda unidad de recuperación de calor que están situados en paralelo con respecto a los gases de combustión. En otras palabras, los elementos del recalentador y los elementos de la segunda unidad de recuperación de calor están situados de forma escalonada en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión y también paralela a la pared delantera/pared trasera de la caldera. Por ejemplo, cada segundo elemento de la superficie térmica puede ser un elemento recalentador y cada segundo elemento puede ser un economizador, o un elemento del banco de caldera. Sin embargo, no es necesario que el número de elementos de recalentamiento y de elementos de la segunda unidad de recuperación de calor sea siempre igual, sino que su proporción se determina en función de las necesidades.

Los gases de combustión tienen en el segundo paso una determinada velocidad máxima, que en la práctica dicta el tamaño de la superficie térmica en el mismo, tal como el número de tubos que forman la superficie térmica, y la profundidad del canal de gases de combustión. Cuando varias superficies térmicas están situadas en el segundo paso en paralelo con respecto al flujo vertical de gases de combustión, su tamaño, así como el número de tubos, puede elegirse más libremente, ya que los gases de combustión fluyen por todas ellas. Esto supone una ventaja en lo que se refiere a los costes de inversión y a la producción de electricidad en las caldera de recuperación, en las que se busca el mejor rendimiento posible alterando los tamaños mutuos de varias superficies térmicas unas con respecto a las otras, y el objetivo es mantener el edificio de la caldera lo más pequeño posible.

Además, los sopladores de hollín del segundo paso soplan el hollín sobre todas las superficies térmicas paralelas en el mismo, con lo que se obtiene un ahorro en el número total de los sopladores de hollín y en el consumo de vapor de hollín en comparación con una caldera en la que estas son superficies secuenciales situadas en diferentes canales de gases de combustión.

Otra ventaja es que todas las superficies de sobrecalentamiento necesarias pueden disponerse en el lateral del horno de la caldera sin necesidad de aumentar el tamaño de la misma.

De acuerdo con una realización de la invención, un recalentador y un economizador están situados en el primer canal de gases de combustión, y típicamente están posicionados en la dirección de entrada de los gases de combustión uno después del otro de manera que el recalentador es el primero de ellos. Entonces la ventaja es que se puede situar más superficie de economizador en el interior de la caldera sin necesidad de ampliar el edificio, con lo que se puede elevar la temperatura del agua de alimentación con menos costo. De este modo, el espacio del segundo paso puede ser utilizado eficazmente en las calderas sin necesidad de un banco de caldera.

De acuerdo con una realización de la invención, un recalentador y un banco de caldera están situados en el primer canal de gases de combustión. Normalmente se colocan en la dirección de entrada de los gases de combustión, es decir, en la dirección de flujo horizontal, uno tras el otro, de modo que el recalentador es el primero de ellos. Los gases de combustión tienen en el banco de caldera una determinada velocidad máxima, que en la práctica dicta el número de tubos de transferencia de calor del banco de caldera y la profundidad del canal de gases de combustión. Cuando el banco de caldera está situado junto al recalentador, el número de tubos del banco de caldera puede elegirse con mayor libertad, dado que los gases de combustión fluyen también por el recalentador. Esto supone una ventaja en los costes de inversión y en la producción de electricidad en las calderas de recuperación que tienen una menor necesidad de banco de caldera. En las caldera de recuperación actuales, los sólidos secos del licor negro que se quema son elevados (por ejemplo, el 85%) y también la presión del vapor vivo, por ejemplo, 110 bares, y sus temperaturas 510-520°C son elevadas, por lo que la relación del banco de caldera necesario con respecto a la superficie de recalentamiento es menor.

La refrigeración de las paredes del segundo paso puede disponerse ventajosamente de forma que sus tubos de pared se acoplen a una circulación de tubos dedicada a un tambor de caldera. Esta disposición es más ventajosa cuando el segundo paso no tiene banco de caldera. De nuevo, si se dispone de un banco de calderas en el segundo paso, lo más ventajoso es enfriar sus paredes acoplando los tubos de pared en paralelo con el banco de calderas, de forma que reciban el agua de refrigeración a través de los tubos de bajada del banco de calderas. En cada uno de los casos mencionados una mezcla de vapor / agua fluye en las paredes del segundo paso. También es posible que el enfriamiento de las paredes se realice por medio de vapor, para lo cual los tubos de pared están acoplados al primer sobrecalentador. En la refrigeración por vapor, el control de la expansión térmica de los tubos puede ser un reto.

De acuerdo con una realización de la invención, los elementos del recalentador y los elementos del economizador están situados de forma escalonada en el primer canal de gases de combustión. De este modo, están colocados uno al lado del otro en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. Los elementos de la superficie de calentamiento pueden colocarse, por ejemplo, de forma que cada segundo elemento sea un elemento de recalentador y cada segundo elemento sea un elemento de economizador. No es necesario que la posición sea simétrica. También es posible que el número de elementos del recalentador sea mayor que el número de elementos del economizador o viceversa. El número y el tamaño de los elementos depende de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condiciones del proceso.

De acuerdo con una realización de la invención, los elementos del recalentador y los elementos del banco de caldera están situados en el primer canal de gases de combustión. De este modo, están colocados uno al lado del otro en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. Los elementos de la superficie de calentamiento pueden colocarse, por ejemplo, de manera que cada segundo elemento sea un elemento del recalentador y cada segundo elemento es un elemento del banco de caldera. No es necesario que la posición sea simétrica. También es posible que el número de elementos del recalentador sea mayor que el número de elementos del banco de caldera o viceversa. El número y el tamaño de los elementos dependen de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condiciones del proceso.

Un banco de caldera puede llegar a ser innecesario a niveles de alta presión de vapor vivo y a altos niveles de sólidos secos del licor de combustión. Entonces, también el costoso tambor puede hacerse más pequeño, ya que el requisito de capacidad de separación de fases es menor.

Una caldera de recuperación química comprende, como es sabido, dispositivos acoplados a la parte inferior del horno para la eliminación de la fundición química. Los dispositivos suelen incluir al menos caños de fundición.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 ilustra esquemáticamente una caldera convencional de recuperación química;

la Figura 2 ilustra una realización preferente de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un recalentador;

la Figura 3 ilustra una segunda realización preferente de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un recalentador;

la Figura 4 ilustra una tercera realización preferente de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un recalentador; y

la Figura 5 ilustra una cuarta realización preferente de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un recalentador.

Las figuras 2 a 5 utilizan los mismos números de referencia que la Figura 1 allí donde sea aplicable.

En la realización presentada en la Figura 2 los sobrecalentadores (T) 20 de la caldera de recuperación están situados en la parte superior del horno, desde donde el vapor sobrecalentado es conducido a través de la línea 33 para ser utilizado en un lugar adecuado, como por ejemplo en una turbina. Además, un recalentador 30 está dispuesto en la zona del recalentador. Un segundo recalentador 21 está situado en el llamado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por los canales verticales de gases de combustión en vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra en las flechas 23. En la parte inferior del conducto de gases de combustión se proporcionan tolvas de ceniza 24.

El vapor entra en el recalentador 21 ubicado en el segundo paso procedente de una turbina de vapor (no mostrada), vapor purgado que el recalentador calienta. El vapor purgado se conduce al interior del recalentador 21 por medio de la tubería 31. Desde el recalentador 21, el vapor es conducido al interior de un recalentador 30, después de lo cual es devuelto a la turbina de vapor por medio de la tubería 32.

Además del recalentador, el canal de gases de combustión, el denominado segundo paso 22, está provista de un economizador (E) 25. En el canal de gases de combustión los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el recalentador 21 y el economizador 25. Con respecto a la dirección de flujo horizontal de los gases de combustión, el recalentador 21 y el economizador 25 están situados de forma secuencial. El recalentador 21 y el economizador 25 se extienden típicamente en toda la anchura del conducto de gases de combustión. Los gases de combustión siguen fluyendo a través de los canales de gases de combustión secuenciales y salen a través de una abertura de descarga 26. Además del economizador 25, el conducto de gases de combustión está provisto de economizadores 27 y 28. El agua de la caldera se introduce en los economizadores por medio de la tubería 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde el economizador 25 del denominado segundo paso al interior de un tambor 7 de la caldera por medio de la tubería 34.

Cuando el recalentador y el economizador se colocan en el segundo paso en paralelo con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo, el número de sus tubos puede elegirse más libremente, dado que los gases de combustión pasan por todos los tubos. Esto supone una ventaja cuando es necesario cambiar los tamaños mutuos de las diferentes superficies térmicas unos de los otros y mantener el edificio de la caldera lo más pequeño posible. La realización que se muestra en la Figura 3 se refiere a una caldera de recuperación química en la que se necesita un banco de caldera. Los sobrecalentadores (T) 20 de la caldera de recuperación están situados en la parte superior del horno, desde donde se conduce el vapor sobrecalentado a través del conducto 33 para ser utilizado en un lugar adecuado, como por ejemplo en una turbina. Además, un recalentador 30 está dispuesto en la zona del recalentador. Un segundo recalentador 21 está situado en el llamado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por los canales verticales de gases de combustión en vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra en las flechas 23. En la parte inferior del conducto de gases de combustión se proporcionan tolvas de ceniza 24.

Además del recalentador, el canal de gases de combustión, el llamado segundo paso 22, está provisto de un banco de caldera 40. En el paso de gases de combustión 22, los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calientan el recalentador 21 y el banco de caldera 40 simultáneamente. Con respecto a la dirección de flujo horizontal de los gases de combustión, el recalentador 21 y el banco de caldera 40 están situados de forma secuencial. El recalentador 21 y el banco de caldera 40 se extienden típicamente en toda la anchura del conducto de gases de combustión. En el banco de caldera 40, el agua a una temperatura saturada procedente del tambor 7 de la caldera hierve parcialmente en vapor 42, que se conduce al tambor 7.

Los gases de combustión fluyen después del segundo paso 22 más allá a través de los canales de gases de combustión secuenciales y salen a través de una abertura de descarga 26. El conducto de gases de combustión está provisto adicionalmente de economizadores 43 y 44. El agua de la caldera se introduce en los economizadores por medio de la tubería 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde el economizador 43 corriente abajo del llamado segundo paso por medio de la tubería 45 al tambor 7 de la caldera.

Colocar los elementos del recalentador y los elementos del banco de caldera en el segundo paso en paralelo con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo ofrece ventajas. Los gases de combustión tienen en el banco de caldera una determinada velocidad máxima, que en la práctica dicta el número de tubos del banco de caldera y la profundidad del canal de gases de combustión. Cuando el banco de caldera está situado junto al recalentador, el número de tubos del banco de caldera puede elegirse con mayor libertad, dado que los gases de combustión fluyen también por el recalentador. Esto supone una ventaja en los costes de inversión y en la producción de electricidad en las calderas de recuperación que tienen una menor necesidad de banco de caldera. La necesidad de un banco de caldera disminuye con niveles de presión elevados del vapor vivo y con niveles elevados de sólidos secos del licor de combustión. El rendimiento térmico necesario para la ebullición disminuye a medida que aumenta la presión del vapor y la cantidad de gases de combustión disminuye con un licor de combustión más seco. Por otra parte, el agua de alimentación debe calentarse a una temperatura más alta, ya que la mayor presión incrementa simultáneamente la temperatura saturada, por lo que es necesario aumentar el tamaño del economizador.

En la realización presentada en la Figura 4 los sobrecalentadores (T) 20 de la caldera de recuperación están situados en la parte superior del horno, desde donde el vapor sobrecalentado es conducido a través de la tubería 33 para ser utilizado en un lugar adecuado, tal como por ejemplo en una turbina. Además, un recalentador (V) 30 está dispuesto en la zona del recalentador. Un segundo recalentador 50 está situado en el llamado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por los canales verticales de gases de combustión en vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra en las flechas 23. En la parte inferior del conducto de gases de combustión se proporcionan tolvas de ceniza 24.

El vapor entra en el recalentador 50 ubicado en el segundo paso procedente de una turbina de vapor (no mostrada), vapor purgado que el recalentador calienta. El vapor purgado se conduce al interior del recalentador 50 por medio de la tubería 51. Desde el recalentador 50, el vapor es conducido al interior de un recalentador 30 ubicado en el área del sobrecalentador, después de lo cual es devuelto a la turbina de vapor por medio de la tubería 32.

Además del recalentador, el llamado segundo paso 22 está provisto de un economizador 52, de forma que un primer canal de gases de combustión está provisto de un elemento de sobrecalentamiento 50 y elementos de economizador 52 escalonados. De este modo, están colocados uno al lado del otro en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. También se puede decir que los elementos están colocados en una fila en la dirección de la pared delantera / pared trasera de la caldera. Los elementos del recalentador y del economizador están colocados en el segundo paso en paralelo con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo. En la Figura 5, los elementos de la superficie térmica 50 y 52 están colocados de forma que cada segundo elementos son elementos del recalentador 50 y cada segundo elementos son elementos del economizador 52. No es necesario que la posición sea simétrica. También es posible que el número de elementos del recalentador sea mayor que el número de elementos del economizador o viceversa. El número y el tamaño de los elementos dependen de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condiciones del proceso.

En el canal de gases de combustión 22, los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calientan los elementos del recalentador 50 y los elementos del economizador 52 simultáneamente. Los gases de combustión siguen fluyendo a través de los canales de gases de combustión secuenciales y salen a través de una abertura de descarga 26. Además del economizador 52, el conducto de gases de combustión está provisto de economizadores 53 y 54. El agua de la caldera se introduce en los economizadores a través de la tubería 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde los elementos economizadores 52 del denominado segundo paso por medio de la tubería 55 a un tambor 7 de la caldera.

Cuando el recalentador y el economizador se colocan en el segundo paso en paralelo con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo, el número de sus tubos puede elegirse más libremente, dado que los gases de combustión pasan por todos los tubos. Esto supone una ventaja cuando es necesario cambiar los tamaños mutuos de las diferentes superficies térmicas unos de los otros y mantener el edificio de la caldera lo más pequeño posible. La realización que se muestra en la Figura 5 se refiere a una caldera de recuperación química en la que se necesita un banco de caldera. Los sobrecalentadores (T) 20 de la caldera de recuperación están situados en la parte superior del horno, desde donde el vapor sobrecalentado es conducido a través de la tubería 33 para ser utilizado en un lugar adecuado, tal como por ejemplo en una turbina. Además, un recalentador 30 está dispuesto en la zona del recalentador. Un segundo recalentador 60 está situado en el llamado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por los canales verticales de gases de combustión en vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra en las flechas 23. En la parte inferior del conducto de gases de combustión se proporcionan tolvas de ceniza 24.

El vapor entra en el recalentador 60 ubicado en el segundo paso procedente de una turbina de vapor (no mostrada), vapor purgado que el recalentador calienta. El vapor purgado se conduce al interior del recalentador 60 por medio de la tubería 61. Desde el recalentador 60, el vapor es conducido al interior de un recalentador 30, después de lo cual es devuelto a la turbina de vapor por medio de la tubería 32.

Los sobrecalentadores (T) (20) están situados en la parte superior del horno y el recalentador 60 en el denominado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por canales verticales en vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra en las flechas 23. En la parte inferior del conducto de gases de combustión se proporcionan tolvas de ceniza 24.

Además del recalentador, el canal de gases de combustión, el denominado segundo paso 22 está provisto de un banco de caldera 62, de forma que un primer canal de gases de combustión está provisto de elementos de recalentamiento 60 y elementos de economizador 62 escalonados. De este modo, los elementos del recalentador y los elementos del banco de caldera están colocados lado por lado en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. También se puede decir que los elementos están colocados en una fila en la dirección de la pared delantera / pared trasera de la caldera. En la Figura 5, los elementos de la superficie térmica 60 y 62 están colocados de forma que cada segundo elemento es un elemento de recalentamiento 60 y cada segundo elemento es un elemento de banco de caldera 62. No es necesario que la posición sea simétrica. También es posible que el número de elementos del recalentador sea mayor que el número de elementos del banco de caldera o viceversa. El número y el tamaño de los elementos dependen de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condiciones del proceso.

En el canal de gases de combustión 22 los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente los elementos del recalentador 60 y los elementos del banco de caldera 62. En los elementos del banco de caldera 62, el agua a una temperatura saturada procedente del tambor 7 de la caldera por medio de la tubería 63 hierve parcialmente en vapor, que es conducido al tambor 7 por medio de la tubería 64. Los gases de combustión fluyen después del segundo paso 22 más allá a través de los canales de gases de combustión secuenciales y salen a través de una abertura de descarga 26. El conducto de gases de combustión está provisto adicionalmente de economizadores 65 y 66. El agua de la caldera se introduce en los economizadores por medio de la tubería 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde el economizador 65 corriente abajo del llamado segundo paso al tambor 7 de la caldera por medio de la tubería 67.

Aunque la descripción anterior se refiere a las realizaciones de la invención que a la luz de los conocimientos actuales se consideran las más preferente, es obvio para un experto en la técnica que la invención se puede modificar de muchas maneras diferentes dentro del ámbito más amplio posible definido solamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Caldera de recuperación química que tiene un horno para la combustión de licor residual para producir fundición química y gases de combustión y un conducto de gases de combustión que comprende canales verticales de gases de combustión (22), al menos algunos de los cuales están provistos de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión, dichas unidades de recuperación de calor tienen una anchura sustancialmente igual a la del conducto de gases de combustión,

caracterizada porque

un primer canal de gases de combustión (22) situado corriente abajo del horno está provisto de un recalentador (21) y de una unidad secundaria de recuperación de calor que es una de las siguientes unidades de recuperación de calor un economizador (25) o un banco de calderas (40), y que el recalentador (21) y la segunda unidad de recuperación de calor están situados en la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión uno tras otro, de forma que en el primer canal de gases de combustión (22) los gases de combustión fluyen en dirección vertical desde arriba hacia abajo y calientan el recalentador (21) y la segunda unidad de recuperación de calor simultáneamente.

2. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el recalentador (21) y el economizador (25) están colocados en el primer canal de gases de combustión (22), y están colocados en la dirección de entrada de los gases de combustión uno tras el otro, de forma que el recalentador (21) es el primero de ellos en la dirección de entrada de los gases de combustión.

3. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el recalentador (21) y el banco de caldera (40) están colocados en el primer canal de gases de combustión (22), y están colocados en la dirección de entrada de los gases de combustión uno tras el otro, de forma que el recalentador (21) es el primero de ellos en la dirección de entrada de los gases de combustión.

4. La caldera de recuperación química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la refrigeración del primer canal de gases de combustión (22) está dispuesta de forma que sus tubos de pared están conectados con una circulación de tubos dedicada a un tambor (7) de la caldera para proporcionar un flujo de mezcla de vapor/agua en los tubos.

5. La caldera de recuperación química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la refrigeración del primer canal de gases de combustión (22) está dispuesta de forma que sus tubos de pared están conectados al sobrecalentador para proporcionar un flujo de vapor en los tubos.

6. Caldera de recuperación química que tiene un horno para la combustión de licor residual para producir fundición química y gases de combustión y un conducto de gases de combustión que comprende canales verticales de gases de combustión (22), al menos algunos de los cuales están provistos de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión, dichas unidades de recuperación de calor están formadas por elementos de recuperación de calor,

caracterizada porque

un primer canal de gases de combustión (22) situado corriente abajo del horno está provisto de un recalentador (50, 60) y de una unidad de recuperación de calor secundaria que es una de las siguientes unidades de recuperación de calor un economizador (52) o un banco de calderas (62), y que los elementos de recuperación de calor del recalentador (50, 60) y de la segunda unidad de recuperación de calor están colocados uno al lado del otro en una dirección que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión, de forma que en el primer canal de gases de combustión (22) los gases de combustión fluyen en dirección vertical desde arriba hacia abajo y calientan el recalentador (50, 60) y la segunda unidad de recuperación de calor simultáneamente.

7. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el primer canal de gases de combustión (22) está provisto de elementos de recalentamiento (50) y elementos de economizador (52).

8. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el primer canal de gases de combustión (22) está provisto de elementos de recalentamiento (60) y elementos de economizador (62).

9. La caldera de recuperación química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 6 a 8, caracterizada porque la refrigeración del primer canal de gases de combustión (22) está dispuesta de forma que sus tubos de pared están conectados con una circulación de tubos dedicada a un tambor (7) de la caldera para proporcionar un flujo de mezcla de vapor/agua en los tubos.

10. La caldera de recuperación química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 6 a 9, caracterizada porque la refrigeración del primer canal de gases de combustión (22) está dispuesta de forma que sus tubos de pared están conectados al recalentador para proporcionar un flujo de vapor en los tubos.