CALDERA VERTICAL DE COMBUSTIBLE SOLIDO.

La presente invención consiste en una caldera vertical que funciona con combustibles sólidos

, como por ejemplo, biomasa, carbón, madera, etc. La caldera comprende un hogar dividido en dos secciones. Una sección inferior, en donde se consigue una combustión parcial del combustible sólido, y una sección superior, en donde, gracias a la introducción de un flujo de aire secundario, se completa la combustión de los gases generados en la sección inferior. Entre ambas secciones del hogar está dispuesto un estrechamiento que permite aumentar la velocidad de los gases de la combustión parcial para su mezclado con el flujo de aire secundario para completar la combustión.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/ES2012/070739.

Solicitante: FUNDACION CIDAUT.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MELGAR BACHILLER,ANDRES, IZQUIERDO DE FRANCISCO,Alejandro, DOMÍNGUEZ CARRERO,José Ignacio, FÉRNANDEZ MERINO,David, HORNILLO GÜEMES,Alfonso.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > HORNOS CREMATORIOS; COMBUSTION DE DESECHOS O DE COMBUSTIBLES... > Métodos o aparatos, p. ej. incineradores, especialmente... > F23G5/24 (con combustión en una cámara de combustión vertical y sensiblemente cilíndrica)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PRODUCCION DE GASES QUE CONTIENEN MONOXIDO DE CARBONO... > Producción de gases que contienen monóxido de carbono... > C10J3/20 (Aparatos; Instalaciones)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > PROCEDIMIENTOS O APARATOS DE COMBUSTION QUE UTILIZAN... > F23C3/00 (Aparatos de combustión caracterizados por la forma de la cámara de combustión (F23C 15/00 tiene prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > ARMADURAS, REVESTIMIENTOS, PAREDES O PUERTAS ESPECIALMENTE... > Altares > F23M3/18 (dobles; múltiples)
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CALDERA VERTICAL DE COMBUSTIBLE SOLIDO.

Fragmento de la descripción:

Caldera vertical de combustible sólido.

OBJETO DE LA INVENCIÓN 5

La presente invención se engloba en el campo de las calderas verticales, es decir, con el hogar dispuesto en posición vertical, que funcionan con combustibles sólidos, como por ejemplo, biomasa, carbón, madera, etc.

Dicha invención fundamentalmente propone una caldera que comprende un hogar dividido en dos secciones. Una sección inferior, en donde se consigue una combustión parcial del combustible sólido, y una sección superior, en donde se completa la combustión de los gases generados en la sección inferior.

Entre ambas secciones del hogar está dispuesto un estrechamiento que permite aumentar la velocidad de los gases de la combustión parcial antes de su mezclado con el flujo de aire secundario para completar la combustión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 20

En referencia al estado de la técnica, debe mencionarse que se conocen y comercializan distintos tipos de calderas tanto de uso doméstico como industrial.

Las calderas para quemar combustible sólido generalmente comprenden un dosificador que 25 hace llegar el combustible sólido a un hogar o cámara de combustión.

En el fondo del hogar hay una parrilla sobre la cual se quema el combustible sólido. Dicha parrilla también es capaz de retener y descargar las cenizas hacia un cenicero ubicado debajo de la misma. 30

El gas de escape de la combustión generado en el hogar pasa a través de un intercambiador de calor transfiriendo dicho calor al agua para su posterior empleo, por ejemplo, en sistemas de calefacción, de agua caliente sanitaria, etc.

Para llevar a cabo la combustión del combustible sólido depositado sobre la parrilla es necesario suministrar a dicha cámara de combustión cierta cantidad de aire.

La tecnología de combustión actualmente empleada en las calderas de combustibles sólidos incluye una fase de gasificación (combustión incompleta) del combustible dispuesto sobre la 40 parrilla, empleando para ello un flujo de aire primario que penetra por la parte inferior del hogar, en dirección contraria a la introducción del combustible sólido, pasando a través del lecho de dicho combustible sólido depositado sobre la parrilla.

Posteriormente, se lleva a cabo una fase de combustión completa o total, en donde se aporta 45 una segunda cantidad del aire necesario para completar la combustión del gas generado en la anterior fase.

Por ejemplo, en el documento de patente EP 2083215, publicado el 29 de julio de 2009, muestra una caldera doméstica vertical alimentada por combustible de biomasa granular, tal 50 como, pellets.

La caldera comprende un hogar conformado por una o más partes verticales, las cuales son conformadas con secciones transversales con determinada y diferente geometría para lograr el ascenso de los gases de la combustión a una determinada velocidad que garantice que dichos gases permanezcan dentro del hogar hasta que se haya logrado su combustión completa.

El hogar se encuentra dispuesto en el interior de una cámara por donde circula el aire para la combustión, el cual llega al hogar pasando a través de la parrilla, y especialmente, a través de unos orificios cónicos practicados en la pared del hogar.

La presente solución tiene la desventaja de que el flujo de aire secundario no es inyectado de 10 tal forma que cree una turbulencia que le facilite mezclarse completamente con los gases, con vistas a lograr la combustión completa de dichos gases.

Tampoco esta solución muestra que dicho flujo de aire secundario pueda ser controlado, garantizando la combustión completa del material de manera eficaz y eficiente. 15

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a una caldera vertical de combustible sólido. 20

La caldera comprende un hogar en el que se introduce el combustible sólido en dirección contraria a un flujo de aire primario ascendente. Esto permite configurar un lecho de combustible sólido uniforme, a la vez que se acelera su proceso de reacción.

El flujo de aire primario, una vez introducido en el hogar por su parte inferior, atraviesa una parrilla dispuesta en el extremo inferior del hogar. La parrilla soporta al lecho de combustible sólido sobre un cenicero a donde van a parar las cenizas producidas por la combustión del combustible sólido, mientras que los gases generados ascienden a través del hogar y alcanzan su combustión completa al mezclarse con un flujo de aire secundario que se introduce en el 30 hogar.

Por otra parte, el extremo superior del hogar posee comunicación fluida con un sistema intercambiador de calor, en donde es aprovechado el contenido energético de los gases de escape de la combustión. 35

El hogar está dividido en dos secciones. Una sección inferior, en donde se consigue una combustión parcial del combustible sólido, y una sección superior, en donde, gracias a la introducción del flujo de aire secundario, se completa la combustión de los gases generados en la sección inferior. 40

La sección inferior del hogar parte desde la cara superior de la parrilla aumentando su sección transversal en forma de un primer cono invertido, seguido de un primer tramo recto, cuyo diámetro es igual al diámetro mayor del primer cono invertido, y terminado en un tramo cónico.

En cambio, la sección superior parte de un segundo cono invertido con un diámetro menor igual o menor que el diámetro menor del tramo cónico de la sección inferior, seguido de un segundo tramo recto, cuyo diámetro es igual al diámetro mayor del segundo cono invertido.

Entre la sección inferior y la sección superior del hogar está dispuesto un estrechamiento en 50 forma de un tercer tramo recto, cuyo diámetro es igual o menor que el diámetro menor del tramo cónico de la sección inferior.

Esta novedosa configuración estructural del hogar logra que en su sección inferior se acumule el combustible sólido copiando la geometría de la pared interior del primer cono invertido, permitiendo regular la posición del frente de llama, es decir, el área de reacción de combustión se posiciona a diferente altura, en función de la potencia requerida a la caldera.

Así mismo, el estrechamiento dispuesto entre ambas secciones del hogar, permite aumentar la velocidad de la corriente de los gases generados en la sección inferior. De esta manera, cuando se produzca el choque entre dicha corriente de gases y el flujo de aire secundario, genera una turbulencia tal que facilita el mezclado de ambos fluidos, llegando a completarse la combustión de los gases en la sección superior del hogar, antes de ser arrastrados al sistema 10 intercambiador de calor.

Otra ventaja es que el hogar y el sistema intercambiador de calor se han dispuestos en módulos aparte, facilitando las labores de acceso del equipo a las salas de calderas, así como, lográndose la compactación de la caldera, disminuyendo sus dimensiones y posibilitando su 15 montaje modular.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del 20 ejemplo preferente y nunca limitativas de la invención.

La figura 1 representa una vista superior de la caldera vertical de combustible sólido.

La figura 2 representa una vista frontal en corte AA de la figura 1, en donde se muestra el 25 hogar y el cenicero.

La figura 3 representa una vista lateral en corte BB de la figura 1, en donde se muestra el hogar en comunicación fluida con el sistema intercambiador de calor.

La figura 4 representa una vista posterior en corte CC de la figura 1, en donde se muestra el sistema intercambiador...

 


Reivindicaciones:

1. Caldera vertical de combustible sólido que comprende un hogar (1) , en el que se introduce el combustible sólido (2) en dirección contraria a un flujo de aire primario (3) ascendente que penetra en dicho hogar (1) por su parte inferior, dicho flujo de aire primario (3) atraviesa una parrilla (4) dispuesta en el extremo inferior del hogar (1) , la parrilla (4) soporta un lecho de 5 combustible sólido (2) sobre un cenicero (5) , los gases de la combustión del combustible sólido (2) ascienden a través del hogar (1) y se mezclan con un flujo de aire secundario (7) que se introduce en el hogar (1) , el extremo superior del hogar (1) posee comunicación fluida con un sistema intercambiador de calor (6) , en donde es aprovechado el contenido energético de los gases de escape de la combustión, caracterizada por que el hogar (1) está dividido en dos 10 secciones, una sección inferior (1.1) , en donde se consigue una combustión parcial del combustible sólido (2) , y una sección superior (1.2) , en donde se completa la combustión de los gases generados en la sección inferior (1.1) ; dicha sección inferior (1.1) parte desde la cara superior de la parrilla (4) aumentando su sección transversal en forma de un primer cono invertido (1.1.1) , seguido de un primer tramo recto (1.1.2) cuyo diámetro es igual al diámetro 15 mayor del primer cono invertido (1.1.1) , y terminado en un tramo cónico (1.1.3) ; la sección superior (1.2) parte de un segundo cono invertido (1.2.1) con un diámetro menor igual o menor que el diámetro menor del tramo cónico (1.1.3) de la sección inferior (1.1) , seguido de un segundo tramo recto (1.2.2) , cuyo diámetro es igual al diámetro mayor del segundo cono invertido (1.2.1) ; entre la sección inferior (1.1) y la sección superior (1.2) del hogar (1) está 20 dispuesto un estrechamiento en forma de un tercer tramo recto (1.3) , cuyo diámetro es igual o menor que el diámetro menor del tramo cónico (1.1.3) de la sección inferior (1.1) .

2. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 1 en la que el flujo de aire secundario (7) se aporta a través del tercer tramo recto (1.3) . 25

3. Caldera vertical de combustible sólido según las reivindicación 2 en la que en la pared interior del tercer tramo recto (1.3) está dispuesto un labrado en forma de voluta que acelera y favorece la mezcla entre los gases generados en la sección inferior (1.1) y el flujo de aire secundario (7) , mediante un movimiento en espiral. 30

4. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 2 en la que el flujo de aire secundario (7) es regulado por una sonda lambda (8) , que actúa sobre la velocidad de un ventilador (9) que inyecta el flujo de aire secundario (7) en el hogar (1) , según la concentración de oxígeno medida en los gases de escape. 35

5. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 1 en la que la parrilla (4) desarrolla un movimiento circular, que permite evitar la acumulación de cenizas sobre la misma, así como homogeneizar el lecho.

6. Caldera vertical de combustible sólido según las reivindicaciones 1 ó 5 en la que debajo de la parrilla (4) está dispuesto un tornillo sinfín (10) que permite la evacuación de las cenizas hacia el cenicero (5) .

7. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 1 en la que el combustible 45 sólido (2) se introduce en el hogar (1) a través de un dosificador (11) dispuesto en comunicación fluida con el tramo cónico (1.1.3) de la sección inferior (1.1) .

8. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 7 en la que el dosificador (11) está provisto de una válvula rotativa (12) . 50

9. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 1 en la que la sección inferior (1.1) , la sección superior (1.2) y el tercer tramo recto (1.3) del hogar (1) están recubiertos con un material refractario (19) .

10. Caldera vertical de combustible sólido según las reivindicaciones 1 ó 9 en la que la sección 5 inferior (1.1) , la sección superior (1.2) y el tercer tramo recto (1.3) del hogar (1) están envueltos en una camisa de agua (14) que minimiza las pérdidas térmicas de los gases de la combustión.

11. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 1 en la que el sistema intercambiador de calor (6) comprende, dispuestos en serie, un intercambiador de calor en 10 cascada (6.1) seguido de un intercambiador de calor tubular (6.2) .

12. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 11 en la que el intercambiador de calor en cascada (6.1) incluye en su parte inferior un cenicero (6.1.1) , en donde decantan las partículas arrastradas en los gases de la combustión. 15

13. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 12 en la que el cenicero (6.1.1) del intercambiador de calor en cascada (6.1) está cubierto por una camisa de agua (6.1.2) .

14. Caldera vertical de combustible sólido según las reivindicaciones 4 y 11 en la que a la salida del intercambiador de calor tubular (6.2) , después de la sonda lambda (8) , está dispuesto al menos un ventilador extractor (15) que garantiza la circulación de los gases de la combustión a través del hogar (1) y el sistema intercambiador de calor (6) .

15. Caldera vertical de combustible sólido según la reivindicación 1 en la que el combustible sólido (2) empleado es biomasa.