Estructura de superficie de evaporador de una caldera de lecho fluidizado circulante y una caldera de lecho fluidizado circulante con dicha estructura de superficie de evaporador.

Estructura de superficie de evaporador (24) apta para una caldera de lecho fluidizado circulante (10),

quecomprende por lo menos una unidad de superficie de evaporador (26) vertical y separada, dispuesta a distancia delas paredes del horno, formada por unos paneles de tubos de agua, que se extiende desde el fondo del horno (18)de la caldera de lecho fluidizado circulante al techo (20) del horno, caracterizada porque la unidad de superficie deevaporador consiste en dos paneles de tubos de agua verticales unidos cruzados (28, 30).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FI2007/050284.

Solicitante: FOSTER WHEELER ENERGIA OY.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: METSANNEIDONKUJA 8 02130 ESPOO FINLANDIA.

Inventor/es: LANKINEN,PENTTI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F22B29/06 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F22 PRODUCCION DE VAPOR.F22B METODOS DE PRODUCCION DE VAPOR; CALDERAS DE VAPOR (conjuntos funcionales de las máquinas de vapor en las que predominan los aspectos motores F01K; retirada de los productos o residuos de combustión, p. ej. limpieza de las superficies contaminadas por combustión de tubos y quemadores, F23J 3/00; sistemas de calefacción central doméstica que emplea vapor F24D; intercambio de calor o transferencia de calor en general F28; producción de vapor en los núcleos de los reactores nucleares G21). › F22B 29/00 Calderas de vapor del tipo de circulación forzada. › del tipo de circulación abierta, es decir, compuestas de tubos que admiten agua por un extremo y suministran vapor sobrecalentado por el otro (F22B 33/00 tiene prioridad).
  • F22B31/00 F22B […] › Modificaciones de la estructura de la caldera o de los sistemas de tubos, dependientes de la instalación de los aparatos de combustión; Disposiciones de los aparatos de combustión (producción de vapor caracterizada por el método de calefacción F22B 1/00; aparatos de combustión en sí F23).
  • F22B37/14 F22B […] › F22B 37/00 Partes constitutivas o detalles de las calderas de vapor (dispositivos para la ventilación F16K 24/00; purgadores del agua de condensación o aparatos similares F16T). › Suministros principales, p. ej. tubos ascendentes principales y descendentes, en conexión con los tubos de agua.
  • F22B37/24 F22B 37/00 […] › Disposición de conjuntos de soporte o suspensión, p. ej. apantallamiento del calor (bastidores, bancadas de máquinas F16M).
  • F23C10/18 F […] › F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION.F23C PROCEDIMIENTOS O APARATOS DE COMBUSTION QUE UTILIZAN COMBUSTIBLES FLUIDOS O COMBUSTIBLES SOLIDOS SUSPENDIDOS EN AIRE (quemadores F23D). › F23C 10/00 Aparatos en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidificado de combustible o de otras partículas. › Detalles; Accesorios.

PDF original: ES-2449766_T3.pdf

 

Estructura de superficie de evaporador de una caldera de lecho fluidizado circulante y una caldera de lecho fluidizado circulante con dicha estructura de superficie de evaporador.

Fragmento de la descripción:

Estructura de superficie de evaporador de una caldera de lecho fluidizado circulante y una caldera de lecho fluidizado circulante con dicha estructura de superficie de evaporador.

La presente invención se refiere a una estructura de superficie de evaporador de una caldera de lecho fluidizado circulante (caldera CFB) según el preámbulo de la reivindicación 1 y una caldera de lecho fluidizado circulante con dicha estructura de superficie de evaporador. La invención se refiere especialmente a una estructura de superficie de evaporador dispuesta en un horno de una caldera CFB grande, típicamente una caldera de flujo continuo de más de 400 MWe.

En las calderas CFB la evaporación del agua de alimentación calentada, es decir, la ebullición, tiene lugar principalmente mediante los paneles de tubos de agua en las paredes exteriores del horno de caldera. Cuando se incrementa la eficiencia de la caldera, la zona en sección transversal del horno se debe incrementar proporcionalmente a la eficiencia, de manera que pueda realizar la combustión de la cantidad de combustible requerida con una velocidad de flujo del gas fluidizante oxigenado correspondiente a la velocidad de flujo original. Debido a que no resulta ventajoso que la forma de la sección transversal horizontal de la caldera sea muy oblonga ni que se incremente la altura de la caldera demasiado, la totalidad del área de las superficies del evaporador formadas por las paredes exteriores del horno tiende a quedar demasiado pequeña en calderas grandes. Por ejemplo, si se utiliza aire enriquecido con oxígeno en lugar de aire como gas fluidizante, el área de la superficie de las paredes del horno disponible para las superficies del evaporador se puede reducir incluso más. La necesidad adicional de una superficie de evaporador se puede incrementar también cuando se utilice un combustible de baja ceniza con un valor de calor bueno, por ejemplo, carbón seco.

Con el fin de asegurar un área de superficie de evaporador suficiente en calderas grandes, se han sugerido distintos tipos de superficies de evaporador adicionales dispuestas en el horno. Las patentes US 3.736.908 y no 5.215.042 dan a conocer la división del horno mediante paredes de tubos de agua longitudinales, transversales o cruzadas que se extienden de pared a pared, cuya parte inferior prevé una abertura o aberturas que permiten el flujo de material. La patente US no 5.678.497 sugiere el incremento de la superficie de intercambio de calor en el horno dividiendo el horno en dos mediante una partición longitudinal con partes de pared transversal corta conectadas entre sí. A pesar de las aberturas en las particiones, las dos formas de realización mencionadas anteriormente presentan un riesgo de no tener los flujos de material sólido y el gas equilibrados entre las diferentes partes del horno dividido, lo que podría, por ejemplo, incrementar las emisiones al medioambiente o incluso provocar un funcionamiento oscilante en la totalidad de la caldera. La patente US no 6.470.833 da a conocer una disposición en la que se mejora el funcionamiento del horno de la caldera CFB formando superficies de evaporador adicionales para separar cavidades de evaporador cerradas que se extienden desde la parte inferior del techo del horno. La desventaja con estas cavidades de evaporador es que reducen el área de superficie inferior disponible e incrementan el área de superficie de intercambio de calor relativamente poco.

El objetivo de la presente invención es proporcionar una estructura de superficie de evaporador para reducir los problemas de una caldera de lecho fluidizado circulante con respecto a las estructuras de superficie de evaporador para calderas de lecho fluidizado circulante de la técnica anterior.

El objetivo de la invención es especialmente proporcionar una estructura de superficie de evaporador duradera para una caldera de lecho fluidizante circulante, que permita una eficiencia de evaporación suficiente sin perturbar el proceso de combustión de la caldera.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una caldera de lecho fluidizado circulante con dicha estructura de superficie de evaporador.

Con el fin de solucionar los problemas de la técnica anterior mencionados anteriormente, se sugiere proporcionar una estructura de superficie de evaporador para una caldera de lecho fluidizado circulante y una caldera de lecho fluidizado circulante con una estructura de superficie de evaporador con los aspectos caracterizadores definidos en la parte caracterizadora de la reivindicación independiente del aparato.

Los paneles de tubos de agua de las unidades de superficie de evaporador según la invención preferentemente son paneles de tubos de agua convencionales, formados mediante la unión de un grupo de tubos de agua por medio de aletas, es decir, mediante placas metálicas estrechas de manera que formen por lo menos parcialmente un panel plano hermético al gas. La altura de los paneles de tubos de agua en las unidades de superficie de evaporador corresponde a la altura del horno y su anchura, preferentemente, es 1-5 m, con mayor preferencia, 2-3 m. Cuando dos paneles de este tipo se unen de forma cruzada, se proporciona una estructura duradera y rígida. La estructura de superficie de evaporador formada mediante unidades de superficie de evaporador según la invención es fiable en su funcionamiento, incluso cuando se montan en un horno de una caldera CFB grande, cuya altura puede ser de 4050 m, incluso aunque la anchura de los paneles de tubos de agua fueran, por ejemplo, solo de 2-3 m.

Debido a que no queda espacio vacío en el interior de las unidades de superficie de evaporador, como en la patente

US no 6.470.833, la estructura de superficie de evaporador de acuerdo con la invención no reduce sustancialmente el área en sección transversal disponible para el proceso de combustión en el horno y, por ello, no provoca ninguna necesidad de incrementar las dimensiones exteriores de dicho horno. Las unidades de superficie de evaporación están separadas y alejadas de las paredes exteriores y, por lo tanto, se permite el movimiento de los gases y los sólidos en el horno lo más libremente posible en todas las partes de dicho horno. De esta manera, las distintas partes del horno están equilibradas entre sí y el funcionamiento de la caldera es fácilmente ajustable, de modo que se minimicen las emisiones ambientales.

En algunos casos, únicamente se puede disponer una unidad de superficie de evaporador de acuerdo con la invención en una caldera CFB pequeña, pero las calderas grandes preferentemente disponen de dos o más unidades de superficie de evaporador. Según una forma de realización preferida, una caldera comprende tres unidades de superficie de evaporador consecutivas longitudinalmente. Especialmente en calderas muy grandes, se pueden prever cuatro o incluso más unidades de superficie de evaporador y se pueden disponer en el horno también de un modo que no vayan consecutivas longitudinalmente, por ejemplo, en dos filas.

Los paneles de tubos de agua de las unidades de superficie de evaporador preferentemente presentan un ángulo recto entre sí. Utilizando esta disposición, se evita la formación de esquinas demasiado anguladas para el movimiento de material sólido, denominadas esquinas muertas. Sin embargo, en algunos casos, el ángulo de menor tamaño entre los paneles puede diferir en cierto grado del ángulo recto.

Los paneles de tubos de agua de las unidades de evaporador preferentemente están cruzados simétricamente, obteniéndose una superficie de intercambio de calor adicional de forma regular en cada dirección. Sin embargo, especialmente los paneles de tubos de agua de las unidades de superficie de evaporador más próximas a las paredes laterales del horno se pueden unir de forma cruzada en forma de T de manera que desaparezca la parte de panel en el lado de la pared lateral. De este modo, el flujo del material sólido en proximidad a la pared lateral es lo más libre posible. En algunos casos puede resultar ventajoso unir los paneles de tubos de agua a las unidades de superficie de evaporador entre sí también en forma de L, lo que se considera aquí un caso especial de combinación cruzada, desapareciendo las partes de panel de dos direcciones. De acuerdo con una parte de realización preferida, una o dos unidades de evaporador unidas de forma cruzada se forman en el centro del horno y una unidad de superficie de evaporador se forma de manera cruzada en forma de T en proximidad a cada pared lateral.

Las unidades de superficie de evaporación preferentemente están dispuestas en el horno de manera que un primer panel de tubos de agua de cada unidad de superficie de evaporador quede paralelo con los tubos de agua del techo del horno, es decir, en dirección... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Estructura de superficie de evaporador (24) apta para una caldera de lecho fluidizado circulante (10) , que comprende por lo menos una unidad de superficie de evaporador (26) vertical y separada, dispuesta a distancia de las paredes del horno, formada por unos paneles de tubos de agua, que se extiende desde el fondo del horno (18) de la caldera de lecho fluidizado circulante al techo (20) del horno, caracterizada porque la unidad de superficie de evaporador consiste en dos paneles de tubos de agua verticales unidos cruzados (28, 30) .

2. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 1, caracterizada porque la estructura de superficie de evaporador (24) comprende por lo menos dos unidades de superficie de evaporador (28) .

3. Estructura de superficie de evaporador según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque los paneles de tubos de agua (28, 30) son perpendiculares entre sí.

4. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 3, caracterizada porque los paneles de tubos de agua (28, 30) de por lo menos una unidad de superficie de evaporador están cruzados de forma simétrica.

5. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 3, caracterizada porque los paneles de tubos de agua de por lo menos una unidad de superficie de evaporador (50, 52) están conectados de forma cruzada en forma de T.

6. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 3, caracterizada porque un primer panel de tubos de agua (64) de cada unidad de superficie de evaporador es paralelo a los tubos de agua (84) del techo del horno

(20) y un segundo panel de tubos de agua (62) es perpendicular al mismo.

7. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 6, caracterizada porque la proporción de las anchuras del primer (64) y segundo (62) paneles de tubos de agua está comprendida entre 1:3 y 3:1.

8. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 6, caracterizada porque los tubos de agua de los paneles de tubos de agua (62, 64) están unidos por su parte superior a unos colectores (36, 38) paralelos a dichos paneles de tubos de agua.

9. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 8, caracterizada porque la caldera es una caldera de flujo continuo y los colectores (36, 38) de cada unidad de superficie de evaporador están unidos entre sí mediante un tubo de compensación de presión de vapor (74) .

10. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 8, caracterizada porque la caldera es una caldera de flujo continuo y los colectores (36, 38) de las unidades de superficie de evaporador están unidos mediante un tubo de compensación de presión de vapor (76, 78) a los colectores de los paneles de tubos de agua en las paredes laterales del horno.

11. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 8, caracterizada porque los paneles de tubos de agua están suspendidos, de manera que cuelguen de dichos colectores.

12. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 11, caracterizada porque los colectores están suspendidos de forma flexible, de manera que cuelguen de la estructura de soporte estacionaria de la caldera.

13. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 12, caracterizada porque la tensión del elemento flexible (46) de la suspensión es ajustable, con el fin de eliminar la vibración de la unidad de superficie de evaporador.

14. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 12, caracterizada porque cada unidad de superficie de evaporador está unida al techo del horno mediante una estructura flexible (66) que permite el movimiento vertical entre la unidad de superficie de evaporador y el techo.

15. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 14, caracterizada porque la estructura (66) que permite el movimiento entre la unidad de superficie de evaporador y el techo comprende un fuelle (90) .

16. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 11, caracterizada porque por lo menos una parte de los tubos de agua en el segundo panel de tubos de agua (62) está dispuesta para formar unas líneas paralelas a los tubos de agua (84) del techo (20) en el nivel del techo.

17. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 16, caracterizada porque la proporción de la distancia entre los puntos centrales de los tubos de agua (86) en los segundos paneles de tubos de agua (62) con respecto a la distancia entre los puntos centrales de los tubos de agua (84) de los paneles de tubos de agua en el techo (20) es N:M, siendo N y M números enteros pequeños no iguales.

18. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 17, caracterizada porque N y M son menores que cinco.

19. Estructura de superficie de evaporador según la reivindicación 18, caracterizada porque N es 2 y M es 3.

20. Caldera de lecho fluidizado circulante (10) , que comprende un fondo (18) , un techo (20) y un horno (12) definidos por unas paredes laterales (22) , y que presenta una estructura de superficie de evaporador (14) , caracterizada porque la estructura de superficie de evaporador está realizada según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 19.


 

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