Conjunto de tobera fluidizadora de combustible.

Un conjunto de parrilla (10) para un reactor de lecho fluidizado (12),

comprendiendo el conjunto de parrilla (10):una pluralidad de conductos de aire paralelos (14) que se extienden lado a lado en un plano sustancialmentehorizontal y que definen entre ellos unos espacios (18) a través de los cuales desciende material grueso desde ellecho fluidizado;

una pluralidad de conjuntos de tobera (50) fijados a cada conducto de aire (14) para suministrar aire fluidizantedesde dentro del conducto de aire (14) al lecho fluidizado, incluyendo cada uno de los conjuntos de tobera (50):una tobera (52) formada por un tubo (51) que tiene un extremo de entrada (60) en comunicación de fluido con elconducto de aire (14) y un extremo de salida (62) en comunicación de fluido con el extremo de entrada (60),un orificio (56) dispuesto en el extremo de salida (62),

caracterizado por que la tobera (52) está curvada cerca del extremo de salida (62) para dirigir una corriente de airefluidizante que fluye desde el orificio (56) en una dirección primaria hacia el conducto de aire (14) de tal manera queun ángulo θ entre la dirección primaria y el plano sustancialmente horizontal formado por los conductos de aire (14)esté comprendido entre aproximadamente 30 y aproximadamente 90 grados.

Conjunto de tobera fluidizadora de combustible.

Antecedentes Esta descripción se refiere a un conjunto de tobera fluidizadora de combustible para un reactor de lecho fluidizado.

El uso de reactores de lecho fluidizado para la incineración de combustibles residuales, tales como basuras municipales y combustibles de alto contenido de álcalis, es generalmente conocido e implica la combustión de estos combustibles con aire mientras se les fluidiza en un lecho fluidizado. La sección superior del reactor está equipada típicamente con una unidad de alimentación de combustible residual, y el combustible residual se quema mientras es fluidizado por aire primario que es insuflado a través de conjuntos de tobera en una sección inferior del cuerpo del reactor.

Los combustibles son generalmente de bajo contenido de calorías y contienen un alto porcentaje de material vagabundo que no se quema. A medida que se alimentan los combustibles al lecho fluidizado, se queman los compuestos orgánicos volátiles y el material grueso, tal como material vagabundo, el material de relleno gastado del lecho y la ceniza permanecen en el lecho fluidizado. Por tanto, un reactor de lecho fluidizado para la incineración de combustibles residuales y combustibles de alto contenido de álcalis está equipado típicamente con unos medios en la sección inferior del cuerpo del reactor que están diseñados para proporcionar aire fluidizante al lecho fluidizado, al tiempo que se permite que el material grueso sea retirado del reactor.

Un ejemplo de un medio para retirar material grueso se representa en la figura 1, que es una vista en planta desde arriba de un conjunto de parrilla 10 de suelo abierto dispuesto en la porción inferior de un reactor de lecho fluidizado 12. El conjunto de parrilla 10 incluye una serie de conductos de aire paralelos y espaciados 14 (conocidos también como tuberías o barras de aire, tubos burbujeadores e hidrotubos) que se extienden lado a lado en un plano sustancialmente horizontal. Unos conjuntos de tobera de aire 16 están fijados a los conductos de aire 14 para suministrar aire fluidizante desde dentro de los conductos de aire 14 al lecho de combustible fluidizado, que está situado por encima del conjunto de parrilla. A medida que se descomponen y se queman los compuestos orgánicos dentro del lecho fluidizado, el material grueso se dirige hacia abajo a través de los espacios 18 presentes entre los conductos de aire 14. El material grueso se descarga después en un equipo externo y una porción del material de relleno del lecho puede ser separada del material grueso y devuelta al lecho fluidizado. Ejemplos de tales conjuntos de parrilla se describen en la patente US No. 5, 966, 839 y en la patente US No. 5, 425, 331.

La patente US 6, 571, 746 B1 de Kinni, expedida el 3 de junio de 2003, muestra una caldera de lecho fluidizado general que usa partes similares.

La figura 2 ilustra una vista en alzado y en corte transversal de una porción de un conducto de aire 14 que incluye conjuntos de tobera 16. Cada conjunto de tobera 16 está formado por un tubo hueco 30 que tiene una tapa extrema 33 soldada sobre el mismo y una pluralidad de agujeros de tobera 34 dispuestos en él cerca de la tapa extrema 33. Los conjuntos de tobera 16 están fijados a través de una pared superior 32 del conducto de aire 14, y aire proveniente del conducto de aire 14 atraviesa el tubo hueco 30 y sale de los agujeros de tobera 34 entrando en el lecho de combustible fluidizado. El conducto de aire 14 puede incluir unas tuberías 36 por las cuales circule un medio refrigerante, tal como agua.

Aunque está disposición trabaja bien cuando los conjuntos de tobera 16 son de instalación reciente, se tiene que con el tiempo los agujeros de tobera 34, que tienen típicamente un diámetro de un cuarto de pulgada o menos, llegarán a obturarse debido a la presencia de materiales alcalinos. Más específicamente, el material alcalino entra en el conjunto de tobera debido a la recirculación del gas hacia el reactor y al reflujo de sólidos desde el lecho. Estos álcalis provocan una acumulación pegajosa sobre los conjuntos de tobera, particularmente en los agujeros de tobera y en los codos del tubo, lo que da como resultado una obturación de los conjuntos de tobera. La rápida obturación da como resultado que se disponga de mucho menos tiempo de funcionamiento que el deseado entre las paradas del reactor para su mantenimiento. Además, la reparación de los conjuntos de tobera requiere típicamente que se corte la porción superior del conjunto de tobera y que se suelde en su lugar una nueva porción superior, lo que es un proceso consumidor de tiempo que puede sobrepasar la duración de las paradas del reactor.

La patente US 5, 105, 559 A de Toth, expedida el 21 de abril de 1992, muestra y describe una disposición de lecho fluidizado con toberas que insuflan aire en una dirección horizontal.

El documento EP 0 028 458 A2 de World Energy Resources Consultancy Services (PTY) Limited, publicada el 13 de mayo de 1991, describe un sistema de caldera de lecho fluidizado que tiene quemadores que están construidos a base de varias piezas.

Por tanto, hay necesidad de un conjunto de tobera para uso en un conjunto de parrilla de un reactor de lecho fluidizado que reduzca la probabilidad de obturación y, por tanto, reduzca la frecuencia de las paradas del reactor.

Además, hay necesidad de un conjunto de tobera fácilmente reemplazable para ayudar a reducir la duración de tales paradas.

Sumario Según los aspectos ilustrados en esta memoria, se proporciona un conjunto de parrilla para un reactor de lecho fluidizado. El conjunto de parrilla incluye una pluralidad de conductos de aire paralelos que se extienden lado a lado en un plano sustancialmente horizontal y que definen entre ellos unos espacios por los cuales desciende material grueso desde el lecho fluidizado. Una pluralidad de conjuntos de tobera está fijada a cada conducto de aire para suministrar aire fluidizante desde dentro del conducto de aire al lecho fluidizado. Cada uno de los conjuntos de tobera incluye una tobera formada por un tubo que tiene un extremo de entrada en comunicación de fluido con el conducto de aire, y un extremo de salida en comunicación de fluido con el extremo de entrada. Un orificio está dispuesto en el extremo de salida de la tobera, y la tobera está curvada cerca del extremo de salida para producir una dirección primaria de una corriente de aire fluidizante que fluye desde el orificio hacia el conducto de salida de tal manera que un ángulo ! entre la dirección primaria y el plano sustancialmente horizontal formado por los conductos de aire esté comprendido entre aproximadamente 30 y aproximadamente 90 grados. El conjunto de tobera puede incluir, además, una tubería conectora dispuesta entre el conducto de aire y la tobera, y un manguito dispuesto alrededor de la tobera y la tubería conectora para asegurar la tobera a la tubería conectora. La tobera puede estar soldada y/o atornillada al manguito.

En un aspecto, un diámetro interior de un extremo de entrada del orificio está achaflanado para impedir una acumulación de material alcalino en el extremo de entrada. En otro aspecto, un diámetro interior de la tubería conectora es igual a un diámetro interior de la tobera para impedir la acumulación de material en una interfaz entre la tubería conectora y la tobera.

Cada conducto de aire puede incluir también una pluralidad de conjuntos de tobera con tapa fijados al mismo para suministrar aire fluidizante desde dentro de los conductos de aire al lecho fluidizado. Cada uno de los conjuntos de tobera con tapa incluye un tubo que tiene un extremo de entrada en comunicación de fluido con el conducto de aire y un extremo de salida en comunicación de fluido con el extremo de entrada. Una tapa está dispuesta en el extremo de salida, y una pluralidad de agujeros de tobera están dispuestos radialmente a través del tubo en el extremo de salida, a través de los cuales pasa el aire fluidizante.

En diversos aspectos, la pluralidad de conjuntos de tobera están organizados en grupos de a tres a lo largo de la longitud del conducto de aire, incluyendo cada grupo de a tres un primer conjunto de tobera dispuesto sustancialmente en la línea central del conducto de aire y unos conductos de tobera segundo y tercero que flanquean el primer conjunto de tobera. Las direcciones primarias de las corrientes de aire fluidizante que fluye desde los orificios de los conjuntos de tobera primero, segundo y tercero pueden ser sustancialmente paralelas. Como alternativa, las direcciones primarias de las corrientes de aire fluidizante que fluye desde los orificios de los conjuntos de tobera segundo y tercero están orientadas en ángulo alejándose de... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto de parrilla (10) para un reactor de lecho fluidizado (12) , comprendiendo el conjunto de parrilla (10) :

una pluralidad de conductos de aire paralelos (14) que se extienden lado a lado en un plano sustancialmente horizontal y que definen entre ellos unos espacios (18) a través de los cuales desciende material grueso desde el lecho fluidizado;

una pluralidad de conjuntos de tobera (50) fijados a cada conducto de aire (14) para suministrar aire fluidizante desde dentro del conducto de aire (14) al lecho fluidizado, incluyendo cada uno de los conjuntos de tobera (50) :

una tobera (52) formada por un tubo (51) que tiene un extremo de entrada (60) en comunicación de fluido con el conducto de aire (14) y un extremo de salida (62) en comunicación de fluido con el extremo de entrada (60) ,

un orificio (56) dispuesto en el extremo de salida (62) ,

caracterizado por que la tobera (52) está curvada cerca del extremo de salida (62) para dirigir una corriente de aire fluidizante que fluye desde el orificio (56) en una dirección primaria hacia el conducto de aire (14) de tal manera que un ángulo ! entre la dirección primaria y el plano sustancialmente horizontal formado por los conductos de aire (14) esté comprendido entre aproximadamente 30 y aproximadamente 90 grados.

2. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 1, en el que el ángulo ! está comprendido entre aproximadamente 30 y aproximadamente 50 grados.

3. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 1, en el que la tobera (52) está curvada formando un ángulo comprendido entre aproximadamente 120 grados y aproximadamente 180 grados.

4. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 1, en el que un diámetro interior de un extremo de entrada (68) del orificio (56) está achaflanado para impedir una acumulación de material alcalino en el extremo de entrada (68) .

5. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 1, en el que el conjunto de tobera (50) incluye, además, una tubería conectora (54) dispuesta entre el conducto de aire (14) y la tobera (52) .

6. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 5, en el que un diámetro interior de la tubería conectora (54) es igual a un diámetro interior de la tobera (52) para impedir una acumulación de material en una interfaz entre la tubería conectora (54) y la tobera (52) .

7. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 5, que comprende además:

un manguito (58) dispuesto alrededor de la tobera (52) y la tubería conectora (54) para asegurar la tobera (52) a la tubería conectora (54) .

8. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 7, en el que la tobera (52) está atornillada al manguito (58) .

9. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 7, en el que la tobera está soldada al manguito (58) .

10. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 1, que comprende además:

una pluralidad de conjuntos de tobera (16) con tapa fijados a cada conducto de aire (14) para suministrar aire fluidizante desde dentro de los conductos de aire (14) al lecho fluidizado, comprendiendo cada uno de los conjuntos de tobera (16) con tapa:

un tubo (30) que tiene un extremo de entrada en comunicación de fluido con el conducto de aire (14) y un extremo de salida en comunicación de fluido con el extremo de entrada,

una tapa (33) dispuesta en el extremo de salida; y

una pluralidad de agujeros de tobera (34) dispuestos radialmente a través del tubo en el extremo de salida y a través de los cuales pasa el aire fluidizante.

11. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 10, en el que cada conjunto de tobera (16) con tapa está dispuesto entre dos conjuntos de tobera (50) .

12. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de conjuntos de tobera están dispuestos en grupos de a tres a lo largo de la longitud del conducto de aire (14) , incluyendo cada grupo de a tres un primer conjunto de tobera (50) dispuesto sustancialmente en la línea central del conducto de aire (14) y unos conjuntos de tobera segundo (50') y tercero (50'') que flanquean el primer conjunto de tobera (50) .

13. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 12, en el que las direcciones primarias (64, 64', 64'') de las corrientes de aire fluidizante que fluye desde los orificios (56, 56', 56'') de los conjuntos de tobera primero (50) , segundo (50') y tercero (50'') son sustancialmente paralelas.

14. El conjunto de parrilla (10) de la reivindicación 12, en el que las direcciones primarias (64, 64', 64'') de las corrientes de aire fluidizante que fluye desde los orificios (56', 56'') de los conjuntos de tobera segundo (50') y tercero (50'') están orientadas en ángulo alejándose de la corriente de aire fluidizante que fluye desde el orificio (56) del primer conjunto de tobera (50) .