Instalación, procedimiento y dispositivo para generar un medio recalentado.

Instalación para generar un medio recalentado, especialmente vapor,

con ayuda de un medio portador de calor,que comprende un equipo de alimentación (1) para alimentar combustibles a un horno (2) y un generador de vapor(3) pospuesto al horno para transmitir calor de los gases de escape calientes formados durante la combustión a un medio a recalentar que circula por el generador de vapor (3), en donde el generador de vapor (3) está unido con unrecalentador (9) a través de una tubería de medio (15) de tal manera que el medio caliente a débilmente recalentadosea transferido del generador de vapor (3) al recalentador (9), el recalentador (9) está unido con el horno (2) a travésde una tubería (12) de medio portador de calor de tal manera que un medio portador de calor gaseoso generado porintercambio de calor en el horno (2) sea conducido a través de esta tubería (12) hasta el recalentador (9) y sirva allícomo fuente de calor para recalentar el medio en el recalentador (9), y el recalentador (9) está unido con una turbina(8) de vapor de alta presión a través de una tubería (16) de tal manera que el medio recalentado que sale delrecalentador (9) sea conducido como fuerza motriz a la turbina (8) de vapor de alta presión, siendo adecuada lainstalación para la combustión de combustibles especiales empleados como combustibles, caracterizada por que elhorno (2) presenta una cámara de combustión que está mamposteada sustancialmente a base de piezas decerámica refractarias, y por que en las paredes (7) de la cámara de combustión formadas por material refractarioestán practicadas unas cavidades (18) de forma de canal para el paso/conducción del medio portador de calorgaseoso.

Instalación, procedimiento y dispositivo para generar un medio recalentado.

Campo de la invención La invención concierne a un procedimiento y un dispositivo o un sistema para generar un medio recalentado, especialmente vapor o una mezcla de vapor-gas, así como para reducir corrosiones en cámaras de combustión que están configuradas como calderas de calentamiento, y recalentadores en instalaciones térmicas de combustión de residuos, así como instalaciones térmicas de combustión de biomasa.

Estado de la técnica

En el funcionamiento de instalaciones térmicas de combustión de residuos y/o de biomasa estaban en primer plano, ante todo, la eliminación segura y sin perturbaciones de los residuos, la biomasa o los residuos especiales. Únicamente de un modo paulatino se han realizado, para evitar contaminaciones medioambientales, unos ensayos destinados a limitar las emisiones de contaminantes. Las reservas de energía, que se están volviendo más escasas a nivel mundial, han conducido finalmente a consideraciones referentes a hacer que se pueda aprovechar mejor la energía contenida en el producto de combustión, es decir, el poder calorífico, y optimizar los procesos, especialmente el desacoplamiento de la energía por medio de una turbina de vapor para la producción de corriente eléctrica. Por tanto, es de importancia eminente mejorar sensiblemente en el futuro el aprovechamiento energético del poder calorífico.

La presente invención concierne especialmente a la combustión o explotación de residuos, biomasa y basura especial, denominados colectivamente en lo que sigue con el término de combustibles especiales. Por tanto, por combustibles especiales deberán entenderse todos los combustibles en lo que están presentes o pueden estar presentes en el gas de humo unos componentes de gas de humo que son corrosivos para el hogar, la caldera de calentamiento y las partes pospuestas de la instalación y/o tienen tendencia a la escorificación. Tales materiales corrosivos y/o con tendencia a la escorificación son compuestos clorados y sulfurados y/o cenizas reducidas en su punto de fusión, que pueden presentar, por ejemplo, una alta proporción de álcalis.

No se han encontrado hasta ahora soluciones económicas que posibiliten o tengan como objetivo la fluidificación de combustibles especiales con alto nivel energético mediante la generación de vapor de alta presión altamente recalentado en calderas de vapor de instalaciones de combustión para combustibles especiales. La mayoría de las instalaciones de combustibles especiales se ha equipado hasta ahora con calderas de vapor para generar vapor de presión media (aproximadamente 40 hasta como máximo 60 bares, especialmente alrededor de 40 a 45 bares) . La necesidad de limitar la presión resulta de la corrosión a alta temperatura que se presenta reforzada en los materiales utilizados en instalaciones de vapor que se hacen funcionar a temperaturas por encima de 380ºC a 400ºC. La corrosión a alta temperatura puede conducir a que tengan que renovarse los recalentadores de vapor ya al cabo de cortos tiempos de funcionamiento (dentro de 12 meses de funcionamiento) .

Para conseguir un elevado rendimiento eléctrico es conocido, por ejemplo, por el documento WO 2007/014538 recalentar adicionalmente vapor de presión media en un segundo recalentador empleando combustibles no corrosivos. Este modo de proceder tiene la desventaja de que tienen que alimentarse combustibles "limpios". Tales combustibles "limpios" pueden obtenerse según el documento EP 0 823 590, por ejemplo, por la separación de materiales clorados de combustibles especiales.

Se conoce por el documento US 6, 381, 962 un procedimiento, en el que se calienta el medio portador de calor fuera del horno, en un intercambiador de calor, y luego se le alimenta como medio de calentamiento a un recalentador, y el documento GB 682, 141 revela un procedimiento en el que se recalienta directamente el vapor en el propio horno por medio de los gases de combustión y estos gases de combustión ya empleados para el recalentamiento se utilizan para precalentar el agua. El documento US 1, 914, 140 describe un procedimiento en el que se recalienta el vapor directamente en la cámara de combustión y en el que un medio portador de calor, que es conducido en una tubería de portador de calor, está implicado en la evaporación del agua separada en el separador de agua.

Se conoce por el documento WO 94/07006, figura 1, un procedimiento en el que se efectúa el calentamiento del medio portador de calor en un calentador independiente que es alimentado por gases de combustión derivados del horno.

El documento FR 2 836 715 revela en la figura 5 una instalación en la que está dispuesto el recalentador fuera del horno y este recalentador es calentado por un medio portador de calor conducido en circuito cerrado. En este caso, el medio portador de calor se calienta directamente en tubos dispuestos dentro de la cámara de combustión.

Por tanto, se plantea el problema de proporcionar una instalación y un procedimiento con los cuales se pueda utilizar el poder calorífico de los combustibles especiales a un nivel exergético más alto (alto nivel de presión y temperatura) y sin una separación previa de los combustibles especiales, lo que hace posible el aumento del rendimiento

eléctrico, sin que la caldera de calentamiento de la instalación de combustión o una caldera de vapor pospuesta a un hogar se vean amenazadas por corrosiones, o bien se pueda conseguir al menos una aminoración de estos peligros.

En particular, se plantea el problema de hacer posible un recalentamiento de vapor saturado de instalaciones de combustibles especiales, de una manera eficiente y económicamente tolerable a nivel empresarial, hasta más de 400ºC, preferiblemente hasta al menos 500ºC, y a una presión de vapor de al menos 150 bares, junto con una reducción simultánea de la corrosión en la caldera.

Este problema se resuelve con la instalación según la reivindicación 1, así como con el horno según la reivindicación 7 y el procedimiento según la reivindicación 13.

Breve descripción de los dibujos Otras ejecuciones, ventajas y aplicaciones de la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas y de la descripción que sigue ahora y que hace referencia a las figuras. Muestran en éstas:

La figura 1, el esquema de conexiones de una forma de realización de una instalación según la invención o de un procedimiento según la invención,

La figura 2, una representación tridimensional de una forma de realización de un horno según la invención adecuado para la combustión de combustibles especiales con calentamiento simultáneo de un medio portador de calor,

La figura 3, una representación tridimensional de un horno según la figura 2 cortado en dirección longitudinal,

La figura 4, una representación tridimensional de un horno según la figura 2 cortado en dirección transversal,

La figura 5, una representación tridimensional de un elemento de pared con cavidades de forma de canal,

La figura 6, un fragmento ampliado según la figura 1 con otro circuito para el precalentamiento adicional del medio, especialmente del vapor saturado, el vapor húmedo o el vapor débilmente recalentado dentro de las paredes del horno,

La figura 7, una representación análoga a la figura 6 con un intercambiador de calor adicional en el que, con ayuda de la energía residual del medio portador de calor que sale del recalentador, se precalienta adicionalmente el medio a recalentar antes de su entrada en las paredes del horno,

La figura 8, un elemento de pared individual con cavidades de forma de canal verticalmente dispuestas para la conducción de un medio portador de calor que está provisto de una chapa de reflexión para optimizar la transmisión de calor,

La figura 9, un elemento de pared individual con cavidades de forma de canal verticalmente dispuestas, incluyendo los tubos de vapor tendidos en las cavidades, estando equipados estos elementos de pared con una chapa de radiación para optimizar la transmisión de calor por radiación hacia los tubos de vapor,

La figura 10, una representación más detallada de la conducción del medio a recalentar y del medio portador de calor según la figura 7,

La figura 11, una representación más detallada de la conducción del medio a recalentar y del medio portador de calor según la figura 6,

La figura 12, una variante en la que unas paredes exteriores e intermedias son bañadas en paralelo por la corriente en el lado del medio a recalentar y en el lado del medio portador de calor para evitar la perdida de presión y, por tanto, se tiene que gastar menos... [Seguir leyendo]

1. Instalación para generar un medio recalentado, especialmente vapor, con ayuda de un medio portador de calor, que comprende un equipo de alimentación (1) para alimentar combustibles a un horno (2) y un generador de vapor

(3) pospuesto al horno para transmitir calor de los gases de escape calientes formados durante la combustión a un medio a recalentar que circula por el generador de vapor (3) , en donde el generador de vapor (3) está unido con un recalentador (9) a través de una tubería de medio (15) de tal manera que el medio caliente a débilmente recalentado sea transferido del generador de vapor (3) al recalentador (9) , el recalentador (9) está unido con el horno (2) a través de una tubería (12) de medio portador de calor de tal manera que un medio portador de calor gaseoso generado por intercambio de calor en el horno (2) sea conducido a través de esta tubería (12) hasta el recalentador (9) y sirva allí como fuente de calor para recalentar el medio en el recalentador (9) , y el recalentador (9) está unido con una turbina

(8) de vapor de alta presión a través de una tubería (16) de tal manera que el medio recalentado que sale del recalentador (9) sea conducido como fuerza motriz a la turbina (8) de vapor de alta presión, siendo adecuada la instalación para la combustión de combustibles especiales empleados como combustibles, caracterizada por que el horno (2) presenta una cámara de combustión que está mamposteada sustancialmente a base de piezas de cerámica refractarias, y por que en las paredes (7) de la cámara de combustión formadas por material refractario están practicadas unas cavidades (18) de forma de canal para el paso/conducción del medio portador de calor gaseoso.

2. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que el horno (2) presenta una cámara de combustión que está configurada como una cámara de combustión principal (19) , una cámara de postcombustión (20) y unos tiros de hogar (28) , y cuyas paredes (7) están provistas de cavidades (18) de forma de canal que están dispuestas paralelamente a la superficie de la pared y desembocan por uno de los lados frontales en un canal distribuidor (25) de medio portador de calor para la tubería de alimentación del medio portador de calor y por el otro lado frontal en un canal distribuidor (25) de medio portador de calor para la tubería de evacuación de medio portador de calor.

3. Instalación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que las cavidades (18) están configuradas como taladros o canales, preferiblemente con sección transversal constante regular, especialmente redonda.

4. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el horno (2) está equipado también con paredes intermedias de la cámara de combustión y por que el material refractario de las paredes (7b, 7c) de la cámara de combustión y las paredes intermedias (7a) de dicha cámara consiste en material cerámico repelente de la escoria.

5. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende un primer equipo de regulación (17a) y/o un segundo equipo de regulación (17b) , cuyo segundo equipo de regulación (17b) regula la tasa de alimentación del medio portador de calor en función de la producción del medio fuertemente recalentado.

6. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que al menos una parte del medio a recalentar es conducido después del generador de vapor (3) , con ayuda de una derivación de medio (15a) , a través del horno (2) para su recalentamiento adicional, eventualmente con ayuda de un prerrecalentador (9a) , y únicamente después es conducido al recalentador (9) , presentando al menos una parte de las paredes (7) del horno

(2) unas cavidades con tubos de vapor (33) dispuestos en ellas de tal manera que los tubos de vapor puedan ser barridos por el medio portador de calor.

7. Horno (2) adecuado para su uso en una instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cámara de combustión del horno (2) está mamposteada sustancialmente a base de piezas de cerámica refractarias y en las paredes (7) de la cámara del horno formadas por material refractario están practicadas unas cavidades (18) de forma de canal, especialmente unas cavidades (18) dispuestas paralelamente a la superficie de la pared, en el que las paredes (7) están mamposteadas a base de elementos de pared y en el que los elementos de pared presentan cavidades (18) de forma de canal para el paso/conducción de un medio portador de calor gaseoso y canales de alimentación (35) para el medio portador gaseoso que discurren en la misma dirección.

8. Horno (2) según la reivindicación 7, caracterizado por que en la cámara de combustión están previstas unas paredes intermedias (7a) que están provistas de unas cavidades (18) de forma de canal para la conducción del medio portador de calor y por las cuales se desvían los gases de humo al menos parcialmente en forma de meandros de tal manera que se aumente su tiempo de permanencia en el horno (2) y se mejore el paso de calor al medio portador de calor.

9. Horno (2) según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que las cavidades (18) de forma de canal son canales

o taladros obtenidos por colada con una sección transversal constante regular, especialmente redonda.

10. Horno (2) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que las piezas de cerámica están construidas como placas y las placas que forman las paredes laterales de la cámara de combustión presentan lados frontales que están achaflanados en una zona situada hacia fuera, de modo que las aberturas de las cavidades (18)

de forma de canal se abren a un canal distribuidor (25) de dos o tres piezas formado por dos o tres placas de cerámica y un elemento distribuidor (24) , cuyo canal distribuidor está unido en al menos un sitio con una tubería (26) de alimentación del medio portador de calor o con una tubería (27) de evacuación del medio portador de calor.

11. Horno (2) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que al menos una parte de las paredes (7) presenta cavidades con tubos de vapor (33) dispuestos en ellas.

12. Horno (2) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que las piezas de cerámica refractarias son piezas de cerámica repelente de la escoria.

13. Procedimiento para generar un medio recalentado, especialmente vapor, en instalaciones según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, especialmente empleando basura/residuos o biomasa como combustible, en el que el medio, especialmente vapor saturado, vapor húmedo o vapor ligeramente recalentado, extraído del generador de vapor (3) de una primera etapa (instalación principal) , es transferido al recalentador (9) de una segunda etapa (etapa secundaria) y es allí recalentado con ayuda del recalentador (9) , y a continuación se alimenta dicho medio a una turbina (8) de vapor de alta presión para la generación de corriente eléctrica, caracterizado por que el recalentador es alimentado o solicitado por el medio portador de calor gaseoso calentado en las cavidades (18) del horno (2) .

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado por que el generador de vapor (3) y el recalentador (9) están acoplados uno con otro por un medio portador de calor gaseoso conducido en circuito cerrado.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por que el medio portador de calor gaseoso conducido en circuito cerrado es aire o vapor.

16. Procedimiento según las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por que las paredes (7) de la cámara de combustión son enfriadas hasta un valor inferior al punto de fusión de la ceniza con ayuda del medio portador de calor gaseoso que circula en las cavidades (18) de las paredes (7) de la cámara de combustión.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado por que al menos una parte del medio a recalentar es llevada después del generador de vapor (3) , con ayuda de una derivación de medio (15a) , a través del horno (2) para su calentamiento adicional, eventualmente a través de un prerrecalentador (9a) y únicamente a continuación es conducida al recalentador (9) .

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado por que en la fase inicial se emplea un medio portador de calor gaseoso a temperatura ambiente, preferiblemente aire, por que se calienta el medio portador de calor, preferiblemente a al menos 600ºC, por que se emplea este medio portador de calor para recalentar a más de 520ºC en el recalentador (9) el vapor húmedo, vapor saturado o vapor prerrecalentado que proviene del generador de vapor (3) , y por que el medio portador de calor gaseoso es sustituido continuamente por vapor a través de una tubería de alimentación (14) o es mezclado con vapor o con otro medio portador de calor, siendo el medio portador gaseoso a temperatura ambiente descargado del circuito de medio portador de calor a través de una tubería de soplado (13) .

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado por que en la fase final el vapor de agua empleado como medio portador de calor es sustituido continuamente, a través de una tubería de alimentación (14) , por un medio portador de calor gaseoso a temperatura ambiente, siendo el vapor descargado del circuito del medio portador de calor a través de una tubería de soplado (13) .