ES2338672T3 - Sistema integrado para la extraccion de cenizas pesadas, conversion de las mismas en cenizas ligeras y reduccion de materias no quemadas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento integrado para la conversión de la totalidad de cenizas producidas por una caldera (1) generadora de vapor alimentada por combustible fósil en cenizas ligeras, con un contenido más reducido de materias no quemadas, que comprende las siguientes etapas: - molturación de las cenizas pesadas (4) y de las cenizas que proceden de los economizadores (5) en uno o varios molinos de molturación (7, 8); - enviar todas las cenizas extraídas de dicha caldera (1) a un ciclón separador (15) con intermedio de un sistema transportador en seco único (19); - mezclar las cenizas con dicho combustible fósil utilizando uno o varios dispositivos dosificadores (16); - someter a molturación el combustible fósil y la fracción más grosera de cenizas en uno o varios molinos (18) destinados a la pulverización del carbón; y - reintroducir todas las cenizas extraídas de dicha caldera (1), obtenidas por dicho sistema de extracción, en dicha caldera (1).
Description
Sistema integrado para la extracción de cenizas
pesadas, conversión de las mismas en cenizas ligeras y reducción de
materias no quemadas.
Las centrales termoeléctricas generadoras de
potencia que utilizan carbón como combustible tienen frecuentemente
el problema de la descarga de las cenizas obtenidas como subproducto
de la combustión del carbón. La posibilidad de utilizar las cenizas
volátiles como aditivo para el hormigón permite frecuentemente
transformar los costes de la descarga en un beneficio económico, a
condición de cumplir con las severas normas de calidad impuestas
por los fabricantes de hormigón. Los parámetros más importantes que
restringen la reutilización de cenizas en la fabricación de
hormigón son el porcentaje de materias no quemadas, que tiene que
ser menor de 5% y la granulometría. En las calderas de producción
de vapor dotadas de nuevos sistemas de combustión para obtener
reducción de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) es cada vez más difícil
limitar el porcentaje de materias no quemadas en las cenizas
producidas por la combustión de carbón, tanto para cenizas pesadas
como para cenizas ligeras.
En la actualidad, en el sector de la ingeniería
de centrales, las cenizas volátiles y pesadas y las cenizas que
proceden de las tolvas economizadoras son manipuladas por sistemas
independientes de transporte y de almacenamiento, con el inútil
incremento consiguiente de los costes de inversión y de gestión.
Además, las cenizas ligeras recogidas en las tolvas de las últimas
secciones de electrofiltrado, si bien no son excesivas en porcentaje
en masa, tienen un contenido considerable de materias no quemadas
(20% a 30%), lo que contribuye a incrementar la cantidad porcentual
de materias no quemadas de todas las cenizas ligeras.
Con respecto a la extracción de las cenizas
pesadas con referencia a la patente europea nº 0 471 055 B1, el
sistema tradicional para la extracción en seco de las cenizas
pesadas prevé la extracción de las cenizas del fondo de la caldera
y a continuación son enfriadas, molidas y seguidamente enviadas a
los silos especializados de almacenamiento o mezcladas con cenizas
ligeras. En el sistema tradicional que se ha citado, para obtener
dimensiones de cenizas pesadas compatibles con las cenizas ligeras
se utilizan molinos de molturación específicos. No obstante, esta
operación comporta un desgaste considerable de los mecanismos de
molturación y un considerable consumo de energía, y además las
características del producto final son similares pero no idénticas a
las de las cenizas ligeras, debido a la dificultad de obtener
dimensiones suficientemente finas.
Para recuperar la energía de la materia no
quemada, particularmente rica en cenizas pesadas, se ha obtenido
una mejora adicional en una central eléctrica alimentada por
lignitos, en la que solamente las cenizas pesadas extraídas en
seco, después de ser enfriadas y molidas, son transportadas
mecánicamente a los silos de almacenamiento de combustible después
de humidificación. El problema relativo a esta aplicación es el
hecho de que los molinos de lignito, del tipo de martillos,
proporcionan unas dimensiones más bien groseras de las partículas de
cenizas salientes con la consecuencia de que, cuando las cenizas
pesadas son transportadas a la caldera, solamente un pequeño
porcentaje de dichas cenizas tiene dimensiones suficientemente finas
a efecto de ser transportadas por los gases quemados junto con las
cenizas ligeras. Esto comporta un incremento del caudal de las
cenizas pesadas que se extraen del fondo de la caldera, pero sin
influencia en el contenido de materias no quemadas de las cenizas
ligeras.
El documento JP 11 11107 A da a conocer un
proceso integrado para la conversión a estado molido con un
contenido más bajo de materias no quemadas de todas las cenizas
producidas por una caldera de producción de vapor alimentada por
combustibles fósiles, comprendiendo las etapas de enviar la
totalidad de las cenizas extraídas de dicha caldera a un ciclón
separador a través de un sistema de transporte único en seco;
mezclar las cenizas con dicho combustible fósil utilizando uno o
varios sistemas dosificadores; y reintroducir todas las cenizas
obtenidas por el sistema de extracción en seco en dichas
caldera.
El documento WO 97/45675 A da a conocer un
procedimiento para tratar las cenizas pesadas generadas en una
caldera de producción de vapor por molturación y reciclado de las
mismas hacia la cámara de combustión de la caldera, después de su
mezcla con combustible nuevo (carbón), para reducir su contenido de
materias no quemadas. La mezcla obtenida de este modo de
combustible nuevo y cenizas pesadas puede ser tratada además en un
aparato pulverizador de carbón antes de ser enviada a la
caldera.
Por lo tanto, la presente invención tiene el
doble objetivo de reducir el contenido de materias no quemadas en
las cenizas ligeras y de convertir las cenizas pesadas de los
economizadores en cenizas ligeras, enviando la totalidad de estas
cenizas, junto con la fracción de cenizas volátiles más ricas en
materias no quemadas, a los molinos de carbón y desde allí a la
caldera con intermedio de los quemadores de combustible.
Las cenizas ligeras recogidas en las últimas
tolvas de los electrofiltros (11), en las tolvas del intercambiador
(10) de aire-gases quemados, en las tolvas de los
economizadores (5), y las cenizas pesadas (4) son transportadas por
un único dispositivo transportador neumático (19) a un ciclón (15),
el aire de transporte, junto con la fracción de cenizas más finas,
es enviado a la caldera (1), preferentemente a la zona más caliente
por encima de los quemadores, mientras que la fracción más pesada,
proporcionada y mezclada con el combustible en los alimentadores de
carbón, es molida por los molinos de carbón e inyectada en la
caldera a través de los quemadores.
Todas las cenizas, cuando se envían a la caldera
junto con el polvo de carbón, son sometidas a un proceso de
calentamiento a temperaturas de 1500 a 1600ºC. A estas temperaturas,
los procesos de combustión son activados, reduciendo
considerablemente el contenido final de materias no quemadas.
Además, las cenizas que se han reducido a polvo de esta manera, que
tienen una distribución granulométrica muy fina, son tales que son
transportadas por los gases quemados procedentes de la combustión
con un incremento mínimo del caudal estándar de las cenizas pesadas
a extraer del fondo de la caldera. De este modo, con la presente
invención, en caso de instalación en plantas de extracción en seco
ya existentes, no se requiere ajustar el caudal de los aparatos
existentes.
Las características innovativas, objetivos y
ventajas de la presente invención se destacarán mejor de la
siguiente descripción y de los dibujos adjuntos, que muestran
realizaciones que se facilitan solamente de forma no limitativa, en
los cuales:
La figura 1 muestra un diagrama operativo
general en el que las cenizas son devueltas a la caldera;
La figura 2 es una vista esquemática en la que
solamente las cenizas pesadas y las cenizas que proceden de los
economizadores son devueltas a la caldera;
La figura 3 es una vista esquemática en la que
las cenizas pesadas y las cenizas que proceden de los economizadores
son transportadas mecánicamente al silo de separación;
La figura 4 es una vista esquemática en la que
las cenizas son transportadas mecánicamente a todos los molinos
utilizando un transportador mecánico.
Se debe indicar que los mismo numerales de
referencia de las diferentes figuras indican las mismas piezas o
piezas equivalentes.
La presente invención se refiere a un sistema de
extracción y transporte en seco de todas las cenizas producidas en
una caldera (1) de carbón en polvo y a la recirculación de dichas
cenizas en la caldera.
Las cenizas ligeras recogidas por las tolvas de
la última sección (11), o de las últimas dos secciones (11), del
electrofiltro (20) son transportadas neumáticamente a un ciclón
separador (15). En el ciclón (15), las cenizas con fracción más
pesadas se precipitan hacia el fondo, mientras que las fracciones
más ligeras son succionadas desde la parte superior del ciclón con
intermedio del tubo (14) directamente conectado a la caldera (1),
que se encuentra en situación de vacío. Una válvula de retención
(13) está situada en el tubo que conecta la caldera (1) al ciclón
(15), permitiendo dicha válvula transportar aire a succionar desde
la caldera (1) y evitando que la corriente de gases calientes de la
cámara de combustión sea devuelta al ciclón (15) en caso de un
incremento de presión en la cámara de combustión. Dicha válvula de
retención (13) es necesaria por razones de seguridad, puesto que
las cenizas presentes en el ciclón (15) tienen una cantidad
considerable de materia no quemada que se podría encender en
presencia de los gases calientes de la combustión.
Cualesquiera cenizas recogidas por la tolva del
intercambiador de aire (22) son transferidas, por el mismo
transportador de cenizas ligeras de tipo neumático, al mismo ciclón
de separación (15).
Las cenizas que proceden de las tolvas de los
economizadores (5) son descargadas por el contrario por gravedad en
el extractor (3) del sistema de cenizas pesadas.
Las cenizas pesadas son extraídas del fondo (23)
de la caldera con intermedio de un sistema de extracción que
consiste en una tolva (4), que conecta la caldera (1) al
transportador metálico cerrado (3) capaz de extraer las cenizas
pesadas y de transportarlas y refrigerarlas en contracorriente
gracias a orificios de entrada para el aire succionado por el vacío
de la caldera (1), a través de aberturas apropiadas obtenidas en la
máquina (6); más abajo del extractor (3), las cenizas pesadas son
sometidas a reducción de tamaño en dos etapas subsiguientes de
molturación, mediante un molino (7) seguido de otro molino o
dispositivo de molturación (8). La primera etapa de molturación (7)
sirve para reducir el tamaño de las cenizas a transportar con un
transportador de vacío o transportador de presión de tipo neumático
(19). El conjunto de transportador neumático (19) es el mismo para
la totalidad de transportes de cenizas. De esta manera, también las
cenizas pesadas son transportadas al ciclón de separación (15) de
igual manera que para las otras cenizas.
Las cenizas pesadas si han sido molidas de forma
grosera, pueden también ser transportadas al ciclón (15) por un
transportador mecánico (27), siendo mezcladas en dicho ciclón (15)
con las cenizas ligeras facilitadas por los medios neumáticos (19)
(ver figura 3).
El ciclón de separación (15), aparte de tener la
función de separador entre cenizas y aire, tiene también la función
de silo de almacenamiento. Cada uno de los ciclones puede alimentar
uno o varios dispositivos dosificadores (16), que sirven para
disponer el suministro de cenizas como función del suministro de
carbón que entra en los molinos de carbón (18). De esta manera, el
suministro de cenizas es mezclado con el carbón (24) presente en el
alimentador (17) del molino (18), a efectos de obtener siempre una
proporción constante.
La mezcla con carbón de todas las cenizas
tratadas, es decir, las cenizas ligeras (11), las cenizas que
proceden de los calentadores de aire (10), las cenizas que proceden
de los economizadores (5) y las cenizas pesadas (4), en los
alimentadores (17) directamente situados más arriba de los molinos
pulverizadores (18), permite una distribución óptima de las cenizas
en el combustible. De esta manera, es suficiente un único punto de
alimentación para distribuir las cenizas en el carbón, sin tener que
alimentarlas en cada quemador individual (2). En realidad, es
conocido en el estado de la técnica que cada uno de los molinos
puede alimentar varios quemadores al mismo tiempo, de manera típica
de tres a cinco. Además, esta solución de alimentación de las
cenizas directamente en el alimentador de carbón (17) asegura una
distribución de la cantidad de carga térmica, debido a la
combustión del carbón contenido en las cenizas, para cada
quemador.
La distribución total de cenizas a la totalidad
de alimentadores de los molinos permite reducir también el desgaste
de los elementos de molturación de los molinos, dado que el
suministro total de cenizas es dividido por el número de
alimentadores (17).
La recirculación de las cenizas ligeras en los
molinos (18) comporta un ligero incremento de desgaste de los
elementos de molturación del molino (18), dado que las cenizas
ligeras, que ya son muy finas, son transportadas con rapidez por el
aire del molino en tiempos muy reducidos. Solamente los porcentajes
más groseros de las cenizas ligeras y pesadas es sometido a
pulverización en los molinos de carbón (18).
En caso de que el contenido de materias no
quemadas de las cenizas ligeras sea muy bajo y, por lo tanto, no
sea conveniente la recirculación en la caldera, la configuración de
la central es la mostrada en la figura 2. En este caso, las cenizas
recirculadas son solamente las que proceden del fondo (23) de la
caldera y de los economizadores (5). Todas las cenizas son
transportadas neumática o mecánicamente al ciclón (15) de separación
y almacenamiento de cenizas.
En la figura 4, la extracción de las cenizas del
ciclón (15), conectado a la caldera (1) con intermedio del conducto
de aireación (14), es llevada a cabo con un transportador de cadenas
de arrastre (25), y dicha ceniza es transportada a los silos de
almacenamiento (26), uno para cada alimentador del molino de carbón
(18). Para cada silo de almacenamiento (26) se dispone un
dispositivo repartidor (16) para el suministro de la ceniza. Las
cenizas pesadas de esta manera por el dispositivo repartidor (16),
son mezcladas con el carbón del molino (18) durante el proceso de
molturación.
Claims (8)
1. Procedimiento integrado para la conversión de
la totalidad de cenizas producidas por una caldera (1) generadora
de vapor alimentada por combustible fósil en cenizas ligeras, con un
contenido más reducido de materias no quemadas, que comprende las
siguientes etapas:
- molturación de las cenizas pesadas (4) y de
las cenizas que proceden de los economizadores (5) en uno o varios
molinos de molturación (7, 8);
- enviar todas las cenizas extraídas de dicha
caldera (1) a un ciclón separador (15) con intermedio de un sistema
transportador en seco único (19);
- mezclar las cenizas con dicho combustible
fósil utilizando uno o varios dispositivos dosificadores (16);
- someter a molturación el combustible fósil y
la fracción más grosera de cenizas en uno o varios molinos (18)
destinados a la pulverización del carbón; y
- reintroducir todas las cenizas extraídas de
dicha caldera (1), obtenidas por dicho sistema de extracción, en
dicha caldera (1).
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque solamente las cenizas pesadas (4) y las
cenizas que proceden de los economizadores (5) están sometidas a
recirculación en la caldera (1), después de su molturación en dicho
molino o molinos de carbón (18), en el caso de que el contenido de
materias no quemadas en las cenizas ligeras sea ya reducido.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1,
para la reducción de la materia no quemada y para incrementar el
rendimiento de la caldera (1), caracterizado porque la
reducción adicional de la materia no quemada obtenida de las
cenizas ligeras a través de su reintroducción directa en la caldera
(1) y a través de los quemadores (2) es añadida a la reducción de
la materia no quemada obtenida por el sistema de extracción en seco
de las cenizas pesadas (4).
4. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la totalidad de las cenizas son
convertidas en un tipo único de ceniza y son recogidas todas ellas
en un único punto de recogida, que es el ciclón (15).
5. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque todas las cenizas están sometidas a
recirculación a través de un transportador neumático (19) para su
mezcla en dicho ciclón (15), del que se envía la fracción más
ligera directamente a la caldera (1), mientras que la parte restante
es molida en los molinos (18) después de haber sido mezclada con el
combustible.
6. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque solamente la fracción más grosera de las
cenizas, separada en el ciclón (15), es enviada a los molinos (18),
con la consiguiente reducción de desgaste y ahorro de energía.
7. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el aire utilizado para el transporte
neumático de las cenizas al ciclón (15) es succionado directamente
por el vacío presente en la cámara de combustión.
8. Sistema para llevar a cabo el procedimiento
según la reivindicación 1.
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