Distribuidor de flujo.

Un distribuidor de flujo (100; 120), para inserción en una tubería (22) que conduce un material en partículas (36) transportado por un fluido portador,

que comprende una tubería (12) que incluye al menos una sección deflectora (102) que tiene un extremo de entrada (106), un extremo de salida (108), y que está conformada de manera que define un primer conducto hueco continuo (110), la forma de la sección transversal del primer conducto hueco (110) variando a lo largo de la longitud del primer conducto hueco (110) con el fin de mantener un área de sección transversal constante a lo largo de la longitud del primer conducto hueco (110), el primer conducto hueco (110) teniendo una superficie interna activa (104), en uso, con un ángulo respecto a la tubería (22) para de este modo instar a las partículas (40) del material particulado (36) hacia una región central (38) del distribuidor de flujo (100; 200), la superficie interna activa (104) teniendo un gradiente constante en una dirección longitudinal del distribuidor de flujo (100; 120), el distribuidor de flujo (100; 120) estando caracterizado porque la superficie interna activa (104) define una pared interna convexa del primer conducto hueco.

0001 La presente invencion se refiere a un distribuidor de fluido para en particular, pero no exclusivamente, flujos de fluidos de dos fases cargados de particulas.

0002 Se utilizan redes de tuberias en diferentes industrias como un medio de transporte y distribucion de material en particulas conducido por un fluido portador a traves de la red. Ejemplos tipicos se encuentran en la industria de generacion de energia, industria quimica, industria del cemento y la industria alimentaria.

0003 Dado que las redes en muchas de estas aplicaciones tienen tuberias que se expanden a lo largo de vias largas y tortuosas, el material particulado a menudo se hace menos difuso en el fluido portador en el que es llevado de modo que el material particulado se concentra en una region de la tuberia. Esto conduce a una mezcla no homogenea del material particulado en todo el fluido portador. Esto puede conducir a problemas tales como erosion o mala distribucion en divisiones; en concreto, donde una tuberia se ramifica con el fin de dirigir el flujo de fluido a dos o mas salidas diferentes ya que, si el material particulado no se distribuye uniformemente en todo el fluido portador, el material particulado no se dividira en partes iguales entre las salidas.

0004 En las centrales electricas de carbon, por ejemplo, el carbon es pulverizado en molinos de carbon y luego transportado y distribuido neumaticamente a los quemadores de una caldera. Un molino de carbon normalmente suministra combustible pulverizado a 4 a 8 quemadores. Los quemadores estan distribuidos en filas en un frente de la caldera o en todas las esquinas de la caldera. Esto significa que la red de tuberias que conectan el molino de carbon con los quemadores incluye curvas y codos de varias formas, y divisores, con el fin de distribuir combustible pulverizado a cada quemador.

0005 La longitud de las tuberias en la red, junto con la tortuosa via que siguen, modifica la naturaleza del flujo de combustible pulverizado de forma importante. En particular, las fuerzas centrifugas que actuan sobre la materia particulada en las curvas de la red dan lugar a un efecto conocido como estriado donde el combustible pulverizado se concentra dentro de una region de la tuberia, ocupando solo una pequena proporcion del area de seccion transversal de la tuberia. El flujo de dos fases (aire/carbon) por tanto cambia de un flujo relativamente homogeneo que empieza en el molino de carbon a un flujo estriado despues de viajar a traves de un numero relativamente pequeno de curvas en la tuberia.

0006 Al llegar a los puntos de ramificacion o division en la red (ej., bifurcaciones, trifurcaciones, cuadrifurcaciones y sucesivamente) el flujo de combustible pulverizado no homogeneo se divide en proporciones combustible/aire desiguales para alimentar diferentes quemadores.

0007 La division del combustible de una tuberia principal de combustible pulverizado a tuberias subsiguientes, usando a menudo una serie de divisiones, con un reparto de masa de, por ejemplo, 60%:40% para una bifurcacion, puede tener un efecto significativo en el rendimiento de la caldera y la eficiencia de la central electrica.

0008 El control de combustion de la caldera a menudo no conoce la cantidad de combustible pulverizado suministrado a cada quemador individual, y es a veces dificil repartir con precision, entre los quemadores, el suministro comun de aire.

0009 Esto produce combustion irregular en los quemadores y un desequilibrio en la combustion de la caldera, particularmente para las calderas de pared. A su vez, esto incrementa los costes de combustible y los niveles de carbono en las cenizas, asi como la emision de contaminantes en los gases de combustion como oxido de nitrogeno, que es particularmente problematico ya que hay regulaciones cada vez mas estrictas para las emisiones contaminantes.

0010 Un metodo de combatir el problema de flujo no homogeneo en redes de tuberias es que cada quemador tenga su propio molino de carbon o tener una alimentacion directa y controlada desde un molino comun. Sin embargo, plantas industriales establecidas, como centrales electricas, usualmente tienen un sistema de transporte de combustible establecido. La provision de molinos de carbon individuales o alimentaciones directas de un molino comun requeriria el rediseno y reemplazo total del sistema de transporte de combustible a un costo considerable.

0011 Otra manera de producir una distribucion mas uniforme de material particulado en un fluido portador es instalar un venturi convencional en la tuberia. Un venturi incluye porciones respectivas de contraccion y expansion que contraen y expanden el flujo. Esto mueve las particulas del material particulado hacia una

region central de la tuberia a fin de crear una distribucion mas uniforme del material particulado en el fluido portador.

0012 Sin embargo, el area de seccion transversal del venturi varia a lo largo de su longitud. Esto resulta en una gran caida de presion en el fluido portador. Esto no es deseable porque reduce la eficiencia total del sistema de transporte.

0013 En adicion, el venturi tiende a forzar las particulas hacia la region central de una manera violenta, haciendo asi que las particulas colisionen entre si dificultando su control.

0014 Cada una de US 3, 425, 749, US 2004/134557, US 4, 594, 005, y EP 0 608 902 divulga un distribuidor de flujo que incluye una seccion deflectora que tiene un superficie interior que insta las particulas hacia una region central del distribuidor. US 3, 425, 749 divulga un distribuidor de flujo que corresponde al preambulo de la reivindicacion 1.

0015 Un objetivo de la presente invencion es producir una distribucion mas uniforme del material particulado en un fluido portador sin causar una caida de presion sustancial en el fluido portador.

0016 Segun la invencion se proporciona un distribuidor de flujo, para insercion en una tuberia que transporta un material particulado llevado por un fluido portador, que comprende una tuberia que incluye al menos una seccion deflectora con un extremo de entrada, un extremo de salida, y conformada con el fin de definir un primer conducto hueco continuo, la forma transversal del primer conducto hueco variando a lo largo de la longitud del conducto hueco con el fin de mantener un area transversal constante a lo largo de la longitud del primer conducto hueco, el primer conducto hueco teniendo una superficie interna activa, en uso, formando un angulo con relacion a la tuberia con el fin de instar las particulas en el material particulado hacia una region central del distribuidor de flujo, la superficie interna activa teniendo una pendiente constante en una direccion longitudinal del distribuidor de flujo, el distribuidor de flujo estando caracterizado porque la superficie interna activa define una pared interna convexa del primer conducto hueco.

0017 El impulso de las particulas del material particulado hacia una region central del distribuidor de flujo da lugar a que las particulas se distribuyen mas uniformemente en el fluido portador, permitiendo por ello una distribucion mas precisa de un flujo multi-fase en, ej., una division aguas abajo.

0018 En adicion, el impulso de las particulas hacia la region central imparte a las particulas la llamada "suspension neumatica". Esto hace que las particulas sean mas faciles de manejar.

0019 Ademas, la conformacion de la o de cada seccion deflectora de forma que defina un primer conducto hueco continuo con un area transversal basicamente constante da lugar a una obstruccion minima del fluido portador, minimizando asi la caida de presion a traves del distribuidor de flujo.

0020 La inclusion de una superficie interna activa que tiene una inclinacion constante en una direccion longitudinal del distribuidor de flujo da lugar a un distribuidor de flujo que es relativamente facil de fabricar sin dejar de ofrecer las ventajas mencionadas, mientras la pared interna convexa actua para esparcir las particulas sobre la superficie activa, mejorando asi aun mas la creacion de una distribucion uniforme del material particulado.

0021 Preferiblemente el o cada seccion deflectora incluye una seccion de retorno conectada de forma fluida al extremo de salida de la misma, la o cada seccion de retorno estando conformada con el fin de definir un segundo conducto hueco con un area transversal a lo largo de la longitud del mismo que es sustancialmente igual a la del primer conducto hueco.

0022 La seccion de retorno que define un segundo conducto hueco con un area transversal que es igual a la del primer conducto hueco ayuda ademas a minimizar la caida de presion a traves del distribuidor de fluido.

0023 Convenientemente el distribuidor de flujo incluye un primer y segundo deflector y pares de secciones de retorno... [Seguir leyendo]

1. Un distribuidor de flujo (100; 120) , para insercion en una tuberia (22) que conduce un material en particulas (36) transportado por un fluido portador, que comprende una tuberia (12) que incluye al menos una seccion deflectora (102) que tiene un extremo de entrada (106) , un extremo de salida (108) , y que esta conformada de manera que define un primer conducto hueco continuo (110) , la forma de la seccion transversal del primer conducto hueco (110) variando a lo largo de la longitud del primer conducto hueco (110) con el fin de mantener un area de seccion transversal constante a lo largo de la longitud del primer conducto hueco (110) , el primer conducto hueco (110) teniendo una superficie interna activa (104) , en uso, con un angulo respecto a la tuberia (22) para de este modo instar a las particulas (40) del material particulado (36) hacia una region central (38) del distribuidor de flujo (100; 200) , la superficie interna activa (104) teniendo un gradiente constante en una direccion longitudinal del distribuidor de flujo (100; 120) , el distribuidor de flujo (100; 120) estando caracterizado porque la superficie interna activa (104) define una pared interna convexa del primer conducto hueco.

2. Un distribuidor de flujo (100; 120) segun la Reivindicacion 1 donde la o cada seccion deflectora

(102) incluye una seccion de retorno (112) conectada de forma fluida al extremo de salida (108) de la misma, la o cada seccion de retorno (112) estando conformada con el fin de definir un segundo conducto hueco (30) que tiene un area de seccion transversal a lo largo de la longitud del mismo que es sustancialmente igual a la del primer conducto hueco (110) .

3. Un distribuidor de flujo (100; 120) segun la Reivindicacion 2 que incluye un primer y segundo pares de secciones deflectoras y de retorno (102; 112) conectados de forma fluida en serie.

4. Un distribuidor de flujo (100; 120) segun la Reivindicacion 3 que incluye ademas un tercer par de secciones deflectoras y de retorno conectado de forma fluida en serie a uno del primer o segundo pares de secciones deflectoras y de retorno.

5. Un distribuidor de flujo (100, 120) segun cualquiera de las Reivindicaciones 2 a 4 en el que el conducto hueco definido por la o cada seccion de retorno (112) es una imagen especular del conducto hueco (110) definido por la seccion deflectora al que esta conectado de forma fluida.

6. Un distribuidor de flujo (100; 120) segun cualquier reivindicacion precedente en el que la o cada superficie activa (104) incluye uno o mas paletas guia (122) que sobresalen de ella.

7. Un distribuidor de flujo (100; 120) segun cualquier reivindicacion precedente que incluye un brida giratoria en los extremos del mismo para permitir al distribuidor de flujo girar respecto a la tuberia permitiendo al mismo tiempo a la tuberia seguir conduciendo el material en particulas.

8. Un distribuidor de flujo (100; 120) segun cualquier reivindicacion precedente que incluye un sistema de control de flujo.

9. Un distribuidor de flujo segun la Reivindicacion 8 en el que el sistema de control de flujo incluye al menos uno de una compuerta de flujo (130) o uno o mas insertos de tuberia.

10. Un distribuidor de flujo segun la Reivindicacion 9 donde la o cada inserto de tuberia incluye:

(i) Un generador de vortice (134) ;

(ii) Una paleta en espiral (136) ;

(iii) Una union en cruz;

(iv) Un estabilizador de flujo;

(v) Un inyector de gas; o

(vi) Un puerto de sangrado de flujo.