Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación que comprende,

de un lado dos alabes deflectores regulables (11) y (12), superpuestos sobre los dos últimos deflectores (13) y (14) fijos de la voluta interna (9) del clasificador en el sentido del flujo, para dirigir la corriente aire-partículas hacia la superficie lateral curva (1) y aumentar, cuando están desplegados, la proporción de partículas más gruesas que son captadas y rechazadas, retornando al molino para una molienda más fina; y de otro lado, unas paletas separadoras (28) regulables, en la sección de salida de la voluta interna (9), que producen un cambio brusco en la dirección de la corriente aire-partículas al pasar a través de ellas. Las partículas de mayor tamaño chocan con las paletas (28) y alcanzan la zona de rechazo, de donde retornan al molino para una molienda más fina

Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un aparato clasificador estático, del tipo conocido como "clasificador de corazón", cuya configuración se ha mejorado mediante la incorporación de elementos de regulación de la granulometría que permiten aumentar la finura de las partículas que acceden a él suspendidas en una corriente de aire (u otro fluido de transporte) procedente de un sistema de molienda.

Antecedentes de la invención

Existen numerosos procesos industriales en los que intervienen corrientes de partículas sólidas finamente molidas. En ellos el control de la distribución de tamaños de las mismas es un parámetro especialmente relevante, con incidencia directa en el rendimiento de los procesos, en la calidad del producto final, así como en los niveles de emisiones contaminantes de las instalaciones.

Un claro ejemplo de este tipo de procesos lo encontramos en el sector energético, y en concreto en los grupos termoeléctricos de carbón. En ellos el control de la finura del combustible alimentado a la caldera es clave a la hora de establecer estrategias de combustión encaminadas a la reducción de las emisiones de NO_x y de los niveles de inquemados en cenizas. Valores elevados de este último parámetro están asociados a una granulometría del carbón excesivamente gruesa respecto a las condiciones de diseño de la caldera, definidas para un determinado régimen de operación, tipo de combustible y tiempo de residencia de la partícula en la zona de reacción. La alta generación de inquemados, además de suponer una pérdida importante de eficiencia del proceso de combustión, puede condicionar los ingresos asociados a la venta de las cenizas a la industria cementera (si el valor de inquemados supera el 7%), al mismo tiempo que suponer un coste extra asociado a su transporte a vertedero.

En las centrales eléctricas de carbón el combustible es pulverizado en varios molinos y vehiculado neumáticamente a los quemadores por medio de una corriente de aire de transporte. La mezcla aire-carbón procedente del molino se hace pasar por uno o dos clasificadores, en función del diseño del molino, repartiéndose posteriormente entre varios conductos a quemadores. Los clasificadores son separadores inerciales en los que la mezcla aire-carbón se somete a cambios de direcciones que hacen que las partículas más gruesas y con más inercia sean separadas de la corriente, siendo captadas en las paredes y retornadas al molino para una molienda más fina.

Los primeros diseños de clasificadores de sólidos pulverizados correspondían a equipos de clasificación estáticos, con una capacidad de regulación muy limitada o nula. Este tipo de diseño no regulable se debe a su utilización en procesos donde la variabilidad era muy limitada en las características de la alimentación de sólidos pulverizados y en el producto final requerido.

Sin embargo, esta circunstancia ha variado notablemente en determinados procesos, con clasificación de sólidos pulverizados, como los asociados al ejemplo anteriormente citado de centrales termoeléctricas de carbón pulverizado. Estas instalaciones operaban habitualmente a plena carga y con un combustible fijo, al mismo tiempo que imperaban exigencias medioambientales y energéticas muy distintas a las actuales. No obstante, ante la política de liberalización del mercado eléctrico y las nuevas normativas encaminadas a la reducción de emisiones contaminantes, ganan cada vez más fuerza las estrategias que propugnan cambios en los combustibles y condiciones operativas más exigentes, incluyendo escenarios de variaciones de carga. Estas estrategias de operación limitan seriamente la eficiencia de los referidos clasificadores estáticos al carecer de los mecanismos de regulación necesarios para adaptarse al nuevo escenario.

Estas limitaciones de los clasificadores estáticos son asimismo típicas, según se ha indicado anteriormente, de otros procesos industriales que los emplean para obtener una granulometría adecuada del producto sólido pulverizado.

En este marco, se han desarrollado en los últimos años clasificadores dotados de ciertas capacidades de regulación, que permiten adaptar la granulometría del sólido pulverizado (Ej.: carbón) en función de las condiciones de operación impuestas. Aunque, en algunos sistemas de molienda se están comenzando a implantar estos tipos de clasificadores, sustancialmente más complejos y más caros que los tradicionales clasificadores estáticos no regulables, en otros sistemas, habitualmente los de menos vida residual, estas soluciones o mejoras no son aplicadas debido a lo elevado de la inversión necesaria.

En este sentido tienen especial cabida soluciones tecnológicas que, suponiendo un coste relativamente reducido, permitan dotar a los primeros diseños de clasificadores de elementos de regulación para el control de la granulometría del sólido pulverizado.

Dentro de este contexto de clasificadores estáticos se incluyen los denominados clasificadores de corazón, constituidos, por una cámara delimitada por 2 paredes planas y una superficie lateral curva de forma lobulada, y en cuyo interior se disponen dos volutas, que confieren a la mezcla de aire y partículas un movimiento curvo en el clasificador que origina que las partículas más gruesas, con más inercia, abandonen las líneas de corriente del aire y se aproximen a la superficie lateral curva, siendo rechazadas hacia la parte inferior del clasificador, y saliendo la corriente de aire por los conductos de salida del clasificador enriquecida en finos.

Un caso particular de este diseño, aunque con idéntico principio de funcionamiento, son los clasificadores "de medio corazón", constituidos por una única voluta, y siendo, por tanto, equivalentes a la mitad del clasificador de corazón.

En el ámbito de la mejora de los clasificadores estáticos de corazón, Foster Wheeler desarrolló la patente US 4,450,071, consistente en la incorporación de álabes deflectores del flujo, con el fin de reducir las bajas velocidades en ciertas zonas del área de captación de las partículas donde, según los inventores, las partículas finas tienden a aglomerarse formando partículas de tamaño suficiente para ser retornadas al molino. La patente en sí está encaminada a la reducción de los rechazos innecesarios en el clasificador, y por tanto de la ineficiencia asociada al gasto energético por sobremolienda de material. En este sentido, los elementos de regulación contemplados originan la desviación de las líneas de corriente de la periferia, enriquecidas en gruesos, al interior del clasificador, consiguiéndose el efecto deseado de una granulometría más gruesa en el producto final.

Breve descripción de la invención

La presente invención se refiere a la mejora de un tipo de aparato clasificador estático, conocido como "clasificador de corazón", mediante la incorporación de elementos de regulación de la granulometría que permitan aumentar la finura de las partículas que acceden a él suspendidas en una corriente de aire, u otro gas, procedente de un molino.

En un primer nivel la mejora consiste en la introducción de dos álabes deflectores regulables, superpuestos sobre los dos últimos deflectores fijos de cada una de las volutas internas del clasificador en el sentido del flujo. Los álabes deflectores regulables están articulados en un eje próximo al primer extremo de los deflectores fijos, de modo que puedan realizar un movimiento circular que abarca desde su posición de solape con éstos hasta una posición desplegada en dirección a la superficie curva de la voluta externa del clasificador.

La misión de los álabes regulables es la de dirigir la corriente mezcla de aire y partículas hacia la superficie de la voluta externa con el objeto de aumentar, cuando estos álabes están desplegados, la proporción de partículas que son captadas en las proximidades de la referida voluta externa, desde donde las partículas tenderán, en una determinada proporción, a ser rechazadas hacia el sistema de molienda. Esta proporción de partículas captadas es mayor en el caso de las fracciones más gruesas, al tener estas partículas más inercia, por lo que la granulometría resultante de la corriente de salida del clasificador es más fina. El efecto producido es mayor cuanto mayor sea el ángulo de despliegue de los nuevos...

1. Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación, siendo del tipo constituido por una cámara, delimitada por dos paredes planas una frontal (2) y otra trasera (3), y una superficie lateral curva (1) con forma lobulada, disponiendo en su interior de una o dos volutas (9) que confieren a la mezcla de aire y partículas un movimiento curvo en el clasificador que origina que las partículas más gruesas, con más inercia, abandonen las líneas de corriente del aire (u otro fluido de transporte) y sean captadas por la superficie lateral curva (1) y rechazadas hacia la parte inferior del clasificador, saliendo la corriente de aire por los conductos de salida (10) del clasificador enriquecida en finos, caracterizado por el hecho de comprender alguno o ambos de los siguientes elementos de regulación: a) álabes (ej.: (11) y (12)) superpuestos sobre los últimos deflectores en el sentido del flujo que constituyen cada una de las volutas internas (9), disponiendo cada álabe de medios para su soporte y articulación en su extremo situado más aguas arriba de la corriente, de forma que pueda pivotar respecto a un eje perpendicular a las paredes frontal (2) y trasera (3) desde una posición de apoyo en su correspondiente deflector de la voluta interna (9) hasta una posición desplegada hacia la superficie lateral curva (1) o viceversa; y b) una serie de paletas separadoras (28), dispuestas a lo largo de la línea imaginaria que une los extremos de los deflectores fijos (14) y (29) de cada voluta interna (9) que delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los conductos de salida (10), disponiendo cada paleta de medios para su soporte y articulación en un eje que pasa por la línea divisoria de cada una de ellas y que es perpendicular a las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador, de manera que estas paletas (28), puedan girar en diferentes ángulos.

2. Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación, según la reivindicación 1, caracterizado porque los álabes (ej.: (11) y (12)) son placas curvas con una longitud ligeramente inferior a la del deflector correspondiente de la voluta (9) y su anchura prácticamente la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador, siendo las curvaturas de los álabes tales que cuando se encuentran desplegados un ángulo de 20º los superiores y de 10º los inferiores presentan una superficie paralela al tramo de la superficie lateral curva (1) a ellos enfrentada.

3. Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación, según la reivindicación 1, caracterizado porque las paletas separadoras (28) son placas planas de anchura ligeramente inferior a la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) y su longitud entre un 20 y un 25 por ciento superior a la distancia entre los ejes de giro de sucesivas paletas (28).

4. Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación, según las reivindicaciones 1 ó 3, caracterizado porque los medios para el accionamiento de las paletas (28) permiten el giro de éstas de forma simultánea y manteniendo en todo momento el paralelismo entre ellas.