Caldera de recuperación de calor perdido.

Caldera de recuperación de calor perdido para intercambio de calor de un gas de proceso relativamente caliente con un medio refrigerante,

que comprende

- una parte de envuelta,

- al menos dos placas de tubos,

- una pluralidad de tubos de intercambio de calor,

- al menos un tubo de derivación,

- una sección de intercambio de calor confinada por dicha parte de envuelta y dichas al menos dos placas de tubos,

- una sección de entrada de gas de proceso,

- una sección de salida de gas de proceso,

- al menos una entrada de medio refrigerante,

- al menos una salida de medio refrigerante, en donde, en uso, el gas de proceso relativamente caliente entra en los tubos de intercambio de calor y en el al menos un tubo de derivación en la sección de entrada de gas de proceso, y circula por la sección de intercambio de calor, en donde al menos el gas de proceso que circula por los tubos de intercambio de calor está en intercambio de calor indirecto con el medio refrigerante y sale en la sección de salida de gas de proceso, y en donde dicha caldera de recuperación de calor perdido comprende, además, una válvula de control y un colector de gas de proceso de salida, estando la caldera de recuperación de calor perdido caracterizada, además, por que dicha válvula de control está capacitada para controlar la corriente volumétrica del gas de proceso que circula por dicho colector de gas de proceso de salida, y el colector de gas de proceso recoge al menos una parte del gas de proceso que sale del al menos un tubo de derivación y el gas de proceso enfriado que sale de una parte de los tubos de intercambio de calor.

Caldera de recuperación de calor perdido.

Antecedentes de la invención

La presente invención se dirige a la recuperación de calor perdido de reacciones químicas. Más particularmente, la invención se refiere a una caldera de recuperación de calor perdido con un control mejorado del efecto de enfriamiento según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un método según el preámbulo de la reivindicación 9. Finalmente, la reivindicación 1 se refiere a un uso de tales calderas.

Las calderas de recuperación de calor perdido se utilizan muy generalmente para la generación de vapor por calor perdido recuperada de las corrientes callentes de un proceso. Típicamente esas calderas están diseñadas como intercambiadores de envuelta y tubos con una pluralidad de tubos de intercambio de calor dispuestos dentro de una envuelta cilindrica.

Se emplean en la industria dos tipos básicos de intercambiadores de envuelta y tubos, el tipo de tubos de agua en el que circulan mezclas de agua/vapor a través de los tubos, y el tipo de tubos de fuego que tienen la corriente del proceso de calentamiento dentro de los tubos.

Los componentes característicos de la caldera son los tubos montados en placas de tubos en un cabezal del extremo frontal y un cabezal del extremo trasero dentro de la envuelta. En las calderas de tubos de fuego la producción de vapor se materializa en el lado de la envuelta de los tubos por intercambio de calor directo de una corriente de proceso caliente que circula por los tubos de la caldera. El lado de la envuelta está conectado a través de una serie de tubos ascendentes y descendentes conectados a un tambor de vapor que puede estar dispuesto por encima de la envuelta de la caldera o ser parte integrante de ésta.

El diseño mecánico y, en particular, el dimensionamiento de la superficie de intercambio de calor en calderas del tipo de intercambiador de envuelta y tubos presentan ciertos problemas. Las aplicaciones de las calderas de tubos de fuego implican altas presiones en el lado de la envuelta o en ambos lados y una considerable diferencia de temperatura entre el lado de la envuelta y el lado de los tubos. Se han dado consideraciones particulares a las características de ensuciamiento y corrosión de la corriente del proceso.

Las calderas que tratan corrientes de proceso ensuciadoras y/o corrosivas tienen que diseñarse para un rendimiento superior al requerido cuando están limpias a fin de permitir que se satisfaga el límite de vida útil en serias condiciones de ensuciamiento y/o corrosión. La superficie de transferencia de calor de los tubos de la caldera tiene que estar adaptada, además, a los factores de corrosión y ensuciamiento esperados en la corriente. Para proporcionar un efecto de enfriamiento deseado y sustancialmente constante durante un funcionamiento a largo plazo de las calderas se requiere un control apropiado de la transferencia del calor y de la temperatura.

Las calderas convencionalmente diseñadas están equipadas con una derivación de un tubo de diámetro relativamente grande (con relación al diámetro de los tubos de intercambio de calor), que puede ser interna o externa a la envuelta de la caldera. La derivación se construye usualmente como un tubo aislado provisto de una válvula de control de flujo. Durante el funcionamiento inicial de las calderas parte de la corriente de proceso caliente es derivada con respecto a los tubos de transferencia de calor para limitar la transferencia de calor de modo que esté dentro del nivel requerido.

Después de un cierto tiempo aumentan el ensuciamiento y/o la corrosión de los tubos por efecto de la corriente, conduciendo esto a una transferencia de calor disminuida. Se reduce entonces la cantidad de corriente de proceso derivada, lo que permite un flujo más alto de la corriente del proceso a través de los tubos de transferencia de calor para mantener el efecto de enfriamiento requerido.

Un inconveniente importante de las calderas conocidas del tipo anterior es una vigorosa corrosión de la superficie metálica de la derivación, particularmente la salida de la derivación y la válvula de control de flujo, que están en contacto con la corriente del proceso no enfriada a temperaturas del orden de 1°C o incluso superiores. La técnica conocida ha tratado de resolver este problema de diversas maneras, tal como enfriando la válvula de control con un fluido refrigerante o evitando una corriente de derivación caliente y, en cambio, dividiendo el intercambiador de caloren secciones diferentes con nivel de intercambio de calor diferente y, por tanto, con temperaturas de salida diferentes del gas del proceso. Ejemplos de la técnica conocida se revelan en los documentos US5452686A, US27125317A, US4993367A, GB13392A, US1918966Ay EP35797A. Un intercambiador de calor con todas las características del preámbulo de la reivindicación 1 es conocido por el documento DE12731419.

Sumario de la invención

Un objeto de esta invención es evitar los inconvenientes de las calderas conocidas de recuperación de calor perdido proporcionando una caldera del tipo de intercambiador de calor de envuelta y tubos con un control mejorado de la

transferencia de calor y de la temperatura.

Otro objeto de esta invención es proporcionar una caldera de recuperación de calor perdido con un diseño más simple y menos caro que el de las calderas de recuperación de calor perdido de la técnica conocida.

Otro objeto de esta invención es proporcionar una caldera de recuperación de calor perdido con un tubo de derivación de gas del proceso y una válvula de control para controlar simplemente la corriente de derivación de gas del proceso y, por consiguiente, la temperatura de salida del gas del proceso, sin exponer la válvula de control a temperaturas excesivas que conduzcan a corrosión.

Según una realización de la presente invención, esto se consigue por medio de una caldera de recuperación de calor perdido para intercambiar el calor de un gas de proceso relativamente caliente con un medio refrigerante, en donde la caldera de recuperación de calor perdido comprende al menos una parte de envuelta (una segunda parte de envuelta de la sección de intercambio de calor) y al menos dos placas de tubos colocadas en un extremo de entrada y un extremo de salida de la segunda parte de envuelta de la sección de intercambio de calor, con lo que esta segunda parte de envuelta y las dos placas de tubos encierran la sección de intercambio de calor de la caldera de recuperación de calor perdido. Una pluralidad de tubos de intercambio de calor y al menos un tubo de derivación de gas del proceso están colocados en la sección de intercambio de calor y están fijados en la primera placa de tubos cerca del primer extremo de cada tubo y están fijados en la segunda placa de tubos cerca del segundo extremo de cada tubo. Al menos una entrada de medio refrigerante y al menos una salida del medio refrigerante están situadas en la caldera de recuperación de calor perdido para permitir que un medio refrigerante entre y salga de la sección de intercambio de calor en el lado de la envuelta de los tubos. El medio refrigerante es así confinado por la segunda parte de envuelta y la primera y la segunda placas de tubos. Una sección de entrada de gas del proceso está situada cerca de la primera placa de tubos, en el lado opuesto al del medio refrigerante. La sección de entrada puede estar confinada, además, por una primera parte de envuelta en el extremo de entrada del gas del proceso. Una sección de salida de gas del proceso está situada cerca de la segunda placa de tubos, también en el lado opuesto al medio refrigerante. Asimismo, la sección de salida puede estar confinada, además, por una tercera parte de envuelta. En la tercera parte de envuelta en el extremo de salida del gas del proceso está situado un colector de gas de proceso de salida de tal manera que éste recoja al menos una parte del gas del proceso que sale del al menos un tubo de derivación y recoja también el gas de proceso enfriado que sale de una parte de los tubos de intercambio de calor.

El gas del proceso fluye de la primera parte de envuelta, o sea, el extremo de entrada de gas del proceso, a las entradas de tubos de Intercambio de calor y la entrada del tubo de derivación, a través de los tubos de Intercambio de calor y el al menos un tubo de derivación, y pasa de las salidas de los tubos de intercambio de calor y la al menos una salida de gas de proceso de derivación hacia la tercera parte de envuelta, o sea, el extremo de salida de gas del proceso. Un medio refrigerante penetra en la sección de Intercambio de calor a través de la entrada del medio refrigerante y está en contacto con el lado de la envuelta de los tubos de intercambio de calor y puede... [Seguir leyendo]

1. Caldera de recuperación de calor perdido para intercambio de calor de un gas de proceso relativamente caliente con un medio refrigerante, que comprende

una parte de envuelta,

al menos dos placas de tubos,

una pluralidad de tubos de intercambio de calor,

al menos un tubo de derivación,

una sección de intercambio de calor confinada por dicha parte de envuelta y dichas al menos dos placas de tubos,

una sección de entrada de gas de proceso, una sección de salida de gas de proceso, al menos una entrada de medio refrigerante,

al menos una salida de medio refrigerante, en donde, en uso, el gas de proceso relativamente caliente entra en los tubos de intercambio de calor y en el al menos un tubo de derivación en la sección de entrada de gas de proceso, y circula por la sección de intercambio de calor, en donde al menos el gas de proceso que circula por los tubos de intercambio de calor está en intercambio de calor indirecto con el medio refrigerante y sale en la sección de salida de gas de proceso, y en donde dicha caldera de recuperación de calor perdido comprende, además, una válvula de control y un colector de gas de proceso de salida, estando la caldera de recuperación de calor perdido caracterizada, además, por que dicha válvula de control está capacitada para controlar la corriente volumétrica del gas de proceso que circula por dicho colector de gas de proceso de salida, y el colector de gas de proceso recoge al menos una parte del gas de proceso que sale del al menos un tubo de derivación y el gas de proceso enfriado que sale de una parte de los tubos de intercambio de calor.

2. Caldera de recuperación de calor perdido según la reivindicación 1, en la que el colector de gas de proceso de salida comprende, además, unos medios mezcladores situados aguas arriba de la válvula de control para mezclar el gas de proceso relativamente caliente que sale del al menos un tubo de derivación con el gas de proceso enfriado que sale de una parte de los tubos de intercambio de calor.

3. Caldera de recuperación de calor perdido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un tubo de derivación y en la que el colector de gas de proceso de salida recoge el gas de proceso que sale del tubo de derivación y el gas de proceso que sale de al menos uno de los tubos de intercambio de calor.

4. Caldera de recuperación de calor perdido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la sección de entrada de gas de proceso está revestida con un forro cerámico.

5. Caldera de recuperación de calor perdido según la reivindicación 4, en la que, además, la pared interior del tubo de derivación está revestida y al menos parte del colector de gas de proceso de salida está revestida con un forro cerámico.

6. Caldera de recuperación de calor perdido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el medio refrigerante es agua o vapor o bien tanto agua como vapor.

7. Caldera de recuperación de calor perdido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha envuelta tiene una forma sustancialmente cilindrica y dichas al menos dos placas de tubos tienen una forma sustancialmente circular.

8. Caldera de recuperación de calor perdido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos tubos de intercambio de calor están dispuestos según una formación circular en las placas de tubos y dicho tubo de derivación esta dispuesto sustancialmente en el centro de dicha formación.

9. Procedimiento de intercambio de calor de un gas de proceso relativamente caliente con un medio refrigerante en una caldera de recuperación de calor perdido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

proporcionar el gas de proceso relativamente caliente a la sección de entrada de gas de proceso,

proporcionar el medio refrigerante a la sección de intercambio de calor de la caldera de recuperación de calor

perdido,

intercambiar indirectamente calor de una primera parte del gas de proceso relativamente caliente con el medio refrigerante en los tubos de intercambio de calor situados en dicha sección de intercambio de calor, derivar una segunda parte del gas de proceso relativamente caliente desde la sección de entrada de gas de proceso, a través de la sección de intercambio de calor y hasta la sección de salida de gas de proceso, sin un intercambio de calor sustancial con el medio refrigerante, estando el procedimiento caracterizado, además, por los pasos siguientes:

recoger y mezclar al menos una parte del gas de proceso derivado y una parte del gas de proceso enfriado en

un colector de gas de proceso de salida,

- controlar la corriente volumétrica del gas de proceso recogido y mezclado con una válvula de control.

1. Uso de una caldera de recuperación de calor perdido según cualquiera de las reivindicaciones 1-8 en una planta de procesamiento que produce ácido sulfúrico.