Un reactor o combustor de CFB, que tiene separadores de partículas primarias del tipo de impactos,

recoge partículas sólidas desde una corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos y devuelve las partículas recogidas a lo largo de un suelo plano inclinado o sustancialmente horizontal hasta una porción inferior del reactor o combustor para su subsiguiente recirculación.

Reactor de lecho fluidizado circulante con separador interno solado de partículas primarias.

Campo del invento

El presente invento se refiere, en general, a reactores o cámaras de combustión a presión (en lo sucesivo, combustores) de lecho fluidizado circulante (CFB, de circulating fluidized bed) que tienen separadores de partículas del tipo de impactos y, más particularmente, a un reactor o combustor de CFB que tiene un mejorado separador de partículas primarias del tipo de impactos. En lugar de proporcionar unos medios de cavidad o una tolva con orificios de descarga por debajo de los elementos colectores que constituyen el separador de partículas primarias del tipo de impactos, un simple suelo proporciona la devolución interna de todos los materiales sólidos recogidos primariamente a una porción inferior del reactor o combustor para su subsiguiente recirculación.

Antecedentes del invento

En reactores o combustores de CFB, materiales sólidos reaccionantes o no reaccionantes son arrastrados dentro de un recinto de reactor por una corriente gaseosa ascendente que transporta los materiales sólidos hasta una salida situada en una porción superior del recinto de reactor. Allí los materiales sólidos son típicamente recogidos por un separador de partículas primarias del tipo de impactos, y devueltos a una porción inferior del recinto de reactor, o bien directamente o a través de uno o más conductos. El separador de partículas primarias del tipo de impactos, situado junto a la salida del recinto de reactor, recoge típicamente de un 90% a un 97% de los materiales sólidos circulantes. Si ello es requerido por el proceso, un colector adicional de materiales sólidos puede ser instalado aguas abajo del separador de partículas primarias del tipo de impactos, a fin de recoger materiales sólidos adicionales para su consiguiente devolución al recinto de reactor.

Tal como se describe en la patente de los EE.UU. Nº 5.343.830 otorgada a Alexander y colaboradores, es bien conocido el uso de separadores de partículas del tipo de impactos en reactores o combustores de CFB. En el grado necesario para describir el funcionamiento general de los reactores y las combustores de CFB, se remite el lector a la patente de los EE.UU. Nº 5.343.830 otorgada a Alexander y colaboradores, cuyo texto es incorporado a la presente por su referencia como si se hubiera expuesto totalmente aquí. En uno de los primeros diseños de CFB, un separador externo de partículas primarias del tipo de impactos, que tenía una pluralidad de miembros de choque dispuestos en filas escalonadas, se utilizaba en combinación con una válvula en L no mecánica y un separador de partículas secundarias (multiciclón). Las filas de miembros de choque escalonados descargaban la totalidad de sus materiales sólidos recogidos dentro de una tolva de almacenamiento situada por debajo de ellas, y estos materiales sólidos recogidos eran devueltos a la porción inferior del recinto de reactor a través de la válvula en L.

Diseños de CFB posteriores empleaban filas adicionales de miembros de choque escalonados, que estaban colocados aguas arriba (con respecto a la dirección de circulación de gases de combustión y materiales sólidos a través del aparato) de los miembros de choque asociados con la tolva de almacenamiento y con su válvula en L. Como se describe en la patente de los EE.UU. Nº 4.992.085 otorgada a Belin y colaboradores, cuyo texto se incorpora por la presente por referencia como si se hubiera expuesto completamente aquí, una pluralidad de dichos miembros de choque son situados dentro de una porción superior del recinto de reactor, dispuestos en por lo menos dos filas escalonadas. Los miembros de choque cuelgan y se extienden verticalmente a través de la anchura de la salida del reactor, cayendo los materiales sólidos recogidos sin obstrucción y sin encauzamiento por debajo de estos miembros de choque colectores a lo largo de la pared trasera del recinto de reactor o combustor de CFB. Un importante elemento de estos miembros de choque colectores "de dentro del horno", o "vigas en U de dentro del horno" tal como se les cita generalmente, es una placa de desviación cercana a un extremo inferior de estos miembros de choque, que aumenta su eficacia de recogida.

Tal como se describe en la patente Nº 5.343.830 de Alexander y colaboradores, se conocen reactores o combustores de CFB en los que las dos o más filas de miembros de choque situados dentro del horno o recinto de reactor, son seguidas por un segundo conjunto de miembros de choque escalonados, que separan adicionalmente a las partículas con respecto de la corriente circulante de gas, y las devuelve a través de unos medios de cavidad y unos medios de devolución de partículas sin conductos externos e internos de recirculación.

Es evidente que un reactor o combustor de CFB que comprendiese una estructura todavía más simple resultaría menos costoso y sería bienvenido por la industria.

Campo del invento

El presente invento se refiere en términos generales al campo de los reactores o combustores de lecho fluidizado circulante (CFB) y proporciona un separador de partículas primarias del tipo de impactos, que es más simple y más barato. En particular, en lugar de proporcionar unos medios de cavidad o una tolva con orificios de descarga por debajo de los elementos colectores que constituyen el separador de partículas primarias del tipo de impactos, un simple suelo proporciona la devolución interna de todos los materiales sólidos primarios recogidos a una porción inferior del reactor o combustor para su subsiguiente recirculación.

En su forma más simple, el presente invento comprende dos o más filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, cuyos extremos inferiores se extienden hasta o próximos a un suelo simple, sustancialmente plano. El suelo puede estar inclinado hacia el recinto de reactor, hacia una dirección aguas abajo con respecto a una corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos a través del CFB, en ambas direcciones, o incluso en sentido horizontal. Los separadores de partículas del tipo de impactos funcionan de una manera conocida, recogiendo materiales sólidos desde la corriente de gases de combustión y materiales sólidos que circula a través de un pasaje o chimenea que contiene los separadores de partículas del tipo de impactos y los conduce hacia sus extremos inferiores. Estos materiales sólidos recogidos son luego separados por la fuerza de la gravedad desde la chimenea mediante una de los siguientes modalidades.

Si el suelo esta inclinado en un cierto ángulo con respecto a la horizontal, de manera tal que el suelo se encuentra en pendiente hacia un recinto de reactor del CFB, las partículas solidas separadas deslizarían descendentemente por el suelo y dentro del recinto de reactor a lo largo de una pared trasera de recinto de este reactor. Si el suelo está inclinado de manera tal que se encuentra en pendiente descendente en una dirección aguas abajo con respecto a una corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos a través del pasaje o de la chimenea, las partículas sólidas separadas deslizarán descendentemente por el suelo en la dirección de la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos, en que pueden ser recogidas dentro de una cavidad, tolva o artesa de retirada situada aguas abajo, para su recogida y consiguiente devolución a una porción inferior del recinto de reactor. En algunos casos, el suelo puede estar provisto de una cúspide para facilitar a las partículas sólidas el deslizamiento descendente tanto hacia el recinto de reactor como hacia una dirección aguas abajo. En cualquier caso, el ángulo de inclinación, α, del suelo se seleccionara generalmente de manera tal que sea igual o mayor que el ángulo de reposo α_R para dichos sólidos separados.

Sin embargo, el concepto del presente invento es también aplicable incluso si el suelo es horizontal. Los sólidos separados recogidos por los separadores de partículas comenzarán a acumularse formando una pila sobre dicho suelo horizontal hasta que una pendiente de la pila alcance el ángulo de reposo α_R para dichos materiales sólidos separados, en cuyo punto los materiales sólidos comenzarán entonces a deslizar descendentemente a lo largo de la pila, o bien hacia el recinto de reactor o en la dirección de la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos. Las partículas que deslizan descendentemente por...

1. Una disposición mejorada de reactor o combustor de CFB que tiene separadores de partículas del tipo de impactos para separar partículas sólidas con respecto a una corriente de gases de combustión y materiales sólidos que circula a través de un recinto del reactor de CFB que comprende:

un recinto de reactor que tiene un orificio de salida;

un grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados aguas arriba del orificio de salida con respecto a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos;

un segundo grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados en un paso aguas abajo del orificio de salida, circulando los gases de combustión y los materiales sólidos a través del paso; y

un suelo del paso para hacer retornar partículas recogidas de la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos, estando el suelo situado por debajo del segundo grupo de separadores de partículas.

2. Una disposición mejorada de reactor o combustor de CFB que tiene separadores de partículas del tipo de impactos para separar partículas sólidas con respecto a una corriente de gases de combustión y materiales sólidos que circula a través de un recinto del reactor de CFB, que comprende:

un recinto de reactor que tiene un orificio de salida;

un grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados en un paso aguas abajo del orificio de salida con respecto a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos a través del paso; y

un suelo del paso para hacer retornar partículas recogidas de la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos, estando el suelo situado por debajo del grupo de separadores de partículas.

3. Una disposición mejorada del reactor o combustor de CFB que tiene separadores de partículas del tipo de impactos para separar partículas sólidas con respecto de una corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos que circula a través de un recinto del reactor de CFB, que comprende:

un recinto de reactor que tiene un orificio de salida;

por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, con por lo menos una fila situada aguas arriba del orificio de salida y por lo menos una fila situada en un paso aguas abajo del orificio de salida con respecto a la circulación de gases de combustión y materiales sólidos; y

un suelo del paso para hacer retornar partículas recogidas de la corriente circulante de gases de combustión materiales sólidos, estando el suelo situado por debajo de la por lo menos una fila de separadores de partículas situados aguas abajo del orificio de salida.

4. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, en la que el suelo está inclinado en un ángulo con respecto a la horizontal de manera tal que el suelo se encuentra en pendiente hacia el recinto del reactor para dar lugar a que las partículas sólidas recogidas por los separadores de partículas situados aguas abajo del orificio de salida deslicen descendentemente por el suelo en dirección al recinto del reactor.

5. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, en la que el suelo está inclinado en un ángulo con respecto a la horizontal de manera tal que el suelo se encuentra en pendiente hacia una dirección aguas abajo con respecto a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos a través del recinto del reactor para dar lugar a que las partículas sólidas recogidas por los separadores de partículas situados aguas abajo del orificio de salida deslicen descendentemente por el suelo en la dirección aguas abajo.

6. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 5, que comprende además medios para recibir partículas sólidas recogidas que deslizan descendentemente por el suelo en la dirección aguas abajo.

7. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 6, en la que los medios para recibir partículas sólidas recogidas comprenden unos tomados entre una cavidad, una tolva y una artesa de retirada.

8. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, en la que el suelo es sustancialmente horizontal.

9. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, en la que el suelo es sustancialmente plano.

10. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, en la que el suelo está inclinado en un ángulo α con respecto a la horizontal.

11. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 10, en la que el ángulo α de inclinación del suelo es igual o mayor que el ángulo de reposo α_R de las partículas sólidas recogidas.

12. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 10, en la que el suelo está provisto de unos medios tomados entre una serie de canales y ranuras a lo largo de los que pueden circular o deslizar las partículas sólidas recogidas.

13. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 10, que comprende además unos medios desviadores de gases de combustión y materiales sólidos que están asociados con los separadores de partículas para reducir el arrastre renovado de partículas sólidas recogidas.

14. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 13, en la que los medios desviadores de gases de combustión y materiales sólidos comprenden una placa que tiene un labio en una porción superior, un elemento desviador sustancialmente horizontal que se extiende desde la placa, y unos medios de montaje vertical para sujetar la placa a una pared trasera del recinto del reactor en una situación próxima a una intersección del suelo y de la pared trasera del recinto.

15. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 13, en la que los medios desviadores de gases de combustión y materiales sólidos comprenden una disposición de placa sujeta a extremos inferiores de los separadores de partículas del tipo de impactos.

16. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, que comprende además un paso de convección y una superficie de transferencia de calor situada dentro de éste.

17. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 16, en la que la superficie de transferencia de calor comprende por lo menos una superficie tomada entre una superficie de sobrecalentador, una superficie de recalentador, una superficie de caldera y una superficie economizadora.

18. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, en la que los separadores de partículas del tipo de impactos comprenden vigas en U.

19. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, en la que los separadores de partículas del tipo de impactos comprenden elementos no planos que tienen forma de U, forma de E, forma de W o cualquier otra configuración que presente una configuración de superficie acopada o cóncava a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos.

20. La disposición mejorada de reactor o combustor de CFB de la reivindicación 1, 2 o 3, en la que el suelo está provisto de un pico de manera tal que se encuentra provisto de una primera porción inclinada en un ángulo con respecto a la horizontal de manera tal que el suelo está en pendiente hacia el recinto del reactor para dar lugar a que las partículas sólidas recogidas por los separadores de partículas situados aguas abajo del orificio deslicen descendentemente por la primera porción del suelo hacia el recinto del reactor, y una segunda porción inclinada en un ángulo con respecto a la horizontal de manera tal que el suelo esté en pendiente hacia una dirección aguas abajo con respecto a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos a través del recinto del reactor para dar lugar a que las partículas sólidas recogidas por los separadores de partículas situados aguas abajo del orificio de salida deslicen descendentemente por la segunda porción del suelo en la dirección aguas abajo.

21. Una disposición mejorada de reactor o combustor de CFB que tiene separadores de partículas del tipo de impactos para separar partículas sólidas con respecto a una corriente de gases de combustión y materiales sólidos que circula a través de un recinto del reactor de CFB, que comprende:

un recinto de reactor que tiene un orificio de salida;

un grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados aguas arriba del orificio de salida con respecto a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos;

un segundo grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados aguas abajo del orificio de salida; y

un suelo situado por debajo del segundo grupo de separadores de partículas, en donde el suelo está provisto de un pico de manera tal que se encuentra provisto de una primera porción inclinada en un ángulo con respecto a la horizontal de manera tal que el suelo está en pendiente hacia el recinto del reactor para dar lugar a que las partículas sólidas recogidas por el segundo grupo de separadores de partículas deslicen descendentemente por la primera porción del suelo hacia el recinto del reactor, y una segunda porción inclinada en un ángulo con respecto a la horizontal de manera tal que el suelo esté en pendiente hacia una dirección aguas abajo con respecto a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos a través del recinto del reactor para dar lugar a que las partículas sólidas recogidas por el segundo grupo de separadores de partículas deslicen descendentemente por la segunda porción del suelo en la dirección aguas abajo.

22. Una disposición mejorada de reactor o combustor de CFB que tiene separadores de partículas del tipo de impactos para separar partículas sólidas con respecto a una corriente de gases de combustión y materiales sólidos que circula a través de un recinto del reactor de CFB, que comprende:

un recinto de reactor que tiene un orificio de salida;

un grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados aguas arriba del orificio de salida con respecto a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos;

un segundo grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados aguas abajo del orificio de salida;

un suelo inclinado en un ángulo α con respecto a la horizontal, situado por debajo del segundo grupo de separadores de partículas; y

unos medios desviadores de gases de combustión y materiales sólidos que están asociados con los separadores de partículas para reducir el arrastre renovado de partículas sólidas recogidas, en donde los medios desviadores de gases de combustión y materiales sólidos comprenden una placa que tiene un labio en una porción superior, un elemento desviador sustancialmente horizontal que se extiende desde la placa, y unos medios de montaje vertical para sujetar la placa a una pared trasera del recinto del reactor en una situación próxima a una intersección del suelo y de la pared trasera del recinto.

23. Una disposición mejorada de reactor o combustor de CFB que tiene separadores de partículas del tipo de impactos para separar partículas sólidas con respecto a una corriente de gases de combustión y materiales sólidos que circula a través de un recinto del reactor de CFB, que comprende:

un recinto de reactor que tiene un orificio de salida;

un grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados aguas arriba del orificio de salida con respecto a la corriente circulante de gases de combustión y materiales sólidos;

un segundo grupo de por lo menos dos filas de separadores escalonados de partículas del tipo de impactos, situados aguas abajo del orificio de salida;

un suelo inclinado en un ángulo α con respecto a la horizontal, situado por debajo del segundo grupo de separadores de partículas; y

unos medios desviadores de gases de combustión y materiales sólidos que están asociados con los separadores de partículas para reducir el arrastre renovado de partículas sólidas recogidas, en donde los medios desviadores de gases de combustión y materiales sólidos comprenden una disposición de placa sujeta a extremos inferiores de los separadores de partículas del tipo de impactos.