ES2856731T3 - Disposición de superficies de recuperación de calor en una caldera de recuperación - Google Patents

Abstract

Una caldera de recuperación química que tiene un horno para la combustión de licor residual y un conducto de gases de combustión que comprende canales verticales de gases de combustión, al menos una parte de los cuales está provista de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión, teniendo las citadas unidades de recuperación de calor una anchura sustancialmente igual a la del conducto de gases de combustión, en la que un primer canal de gases de combustión (22) después del horno está provisto de un sobrecalentador (21), caracterizada por que, además del sobrecalentador (21), el primer canal de gases de combustión (22) está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor que es una de las siguientes unidades de recuperación de calor: un economi- zador (25), un banco de caldera (30) o un recalentador (41), y el sobrecalentador (21) y la segunda unidad de recuperación de calor están colocados uno después de la otra en la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión, de modo que en el primer canal de gases de combustión (22) los gases de combustión fluyen en dirección vertical de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el sobrecalentador (21) y la segunda unidad de recuperación de calor.

Description

DESCRIPCIÓN

Disposición de superficies de recuperación de calor en una caldera de recuperación

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una caldera de recuperación, especialmente a una disposición para recuperar el calor de los gases de combustión generados en la combustión del licor residual, tal como el licor negro, de la indus­ tria de la pasta química.

Antecedentes de la invención

En la fabricación de pasta química, la lignina y otros materiales orgánicos no celulósicos se separan de la materia prima de la pasta química por medio de la cocción utilizando productos químicos de cocción. El licor de cocción utilizado en la digestión química, por ejemplo, el licor residual, se recupera. El licor residual, que se separa mecáni­ camente de la pasta química, tiene un alto valor de combustión debido al material carbonoso y a otros materiales orgánicos combustibles que contiene y que se separan de la pasta química. El licor residual también contiene sus­ tancias químicas inorgánicas, que no reaccionan en la digestión química. Se han desarrollado varios métodos dife­ rentes para recuperar el calor y los productos químicos del licor residual.

El licor negro obtenido en la producción de pasta de sulfato se quema en una caldera de recuperación. A medida que los materiales orgánicos y carbonosos contenidos en el licor negro se queman, los componentes inorgánicos del licor residual se convierten en productos químicos, que pueden ser reciclados y utilizados posteriormente en el pro­ ceso de cocción.

En la combustión del licor negro se generan gases de combustión calientes que se ponen en contacto con diversos dispositivos de transferencia de calor de la caldera de recuperación. Los gases de combustión transmiten el calor al agua o al vapor, o a una mezcla de agua y vapor, que fluye en el interior de los intercambiadores de calor, enfrián­ dose simultáneamente. Por lo general, los gases de combustión contienen abundantes cenizas. La parte principal de la ceniza es el sulfato de sodio, y la siguiente parte mayor es normalmente el carbonato de sodio. La ceniza también contiene otros componentes. La ceniza arrastrada en los gases de combustión se encuentra en el horno principal­ mente en forma vaporizada, y comienza a convertirse en polvo fino o en gotas fundidas principalmente en la parte de la caldera situada aguas abajo del horno. Las sales contenidas en las cenizas se funden o son partículas pegajosas incluso a temperaturas relativamente bajas. Las partículas fundidas y pegajosas se adhieren fácilmente a las super­ ficies de transferencia de calor e incluso las corroen. Los depósitos de ceniza pegajosa han provocado un riesgo de obstrucción de los conductos de gases de combustión, así como la corrosión y el desgaste de las superficies térmi­ cas de la caldera.

Una caldera de recuperación de licor residual está formada convencionalmente por las siguientes partes principales, que se ilustran esquemáticamente en la figura 1:

El horno de una caldera de recuperación comprende una pared delantera y paredes laterales. La anchura del horno se refiere a la longitud horizontal de la pared delantera y la profundidad se refiere a la longitud de la pared lateral del horno. La figura 1 ilustra la estructura de una caldera de recuperación que tiene un horno definido por paredes de tubos de agua, una pared delantera 11, paredes laterales 16 y una pared trasera 10, y también un fondo 15 formado por tubos de agua. El aire de combustión se introduce en el horno desde varios niveles diferentes. El licor residual, tal como el licor negro, se alimenta desde las boquillas 12. Durante la combustión, se forma un lecho de fundido en el fondo del horno.

- Una parte inferior 1 del horno, en la que se produce principalmente la combustión del licor residual.

- Una parte central 2 del horno, en la que se produce principalmente la combustión final de las sustancias combustibles gaseosas.

- Una parte superior 3 del horno

- Una zona de sobrecalentador 4, en la que el vapor saturado que sale del tambor de vapor 7 se convierte en vapor (sobrecalentado) a mayor temperatura. En la zona del sobrecalentador o delante de ella suele haber una denominada superficie de tubo de pantalla o tubos de pantalla, que suele actuar como hervidor de agua.

- en un conducto de gases de combustión a continuación del horno se encuentran los intercambiadores de calor aguas abajo de los sobrecalentadores: un banco de caldera y economizadores, en los que se recupe­ ra el calor de los gases de combustión generados en el horno. El banco de caldera 5, es decir, el vaporiza­ dor de agua, se encuentra situado en el primer paso de gases de combustión del conducto de gases de combustión, es decir, en un denominado segundo paso. En el banco de caldera, el agua a una temperatura saturada hierve parcialmente en vapor.

- Precalentadores de agua de alimentación, es decir, los denominados economizadores 6a, 6b, en los que el agua de alimentación que fluye en los elementos de transferencia de calor se precalienta por medio de los gases de combustión antes de conducir el agua al interior del tambor 7 y al interior de las partes generado­ ras de vapor (banco de caldera 5, paredes del horno y posibles tubos de pantalla) y a las partes de sobre­ calentamiento 4 de la caldera.

- Un tambor (o tambor de vapor) 7 que tiene agua en la parte inferior y vapor saturado en la parte superior.

Algunas caldera tienen dos tambores: un tambor de vapor (tambor superior) y un tambor de agua (tambor inferior), en el que entre un dispositivo de transferencia de calor se proporcionan los llamados tubos del banco de caldera para hervir el agua.

- Otras partes y dispositivos en combinación con la caldera, tales como por ejemplo un sistema de aire de combustión, un sistema de gases de combustión, un sistema de alimentación de licor, un sistema de trata­ miento para el fundido y el licor, bombas de agua de alimentación, etc. Una llamada nariz está marcada con el número de referencia 13.

La circulación de agua / vapor de la caldera se realiza por medio de circulación natural, por lo que la mezcla de agua / vapor que se forma en los tubos de agua de las paredes y del fondo del horno asciende a través de los tubos de recogida al interior de un tambor de vapor 7 que está situado transversalmente con respecto a la caldera, es decir, paralelo a la pared delantera 11. El agua caliente fluye desde el tambor de vapor a través de los tubos de bajada 14 hacia un colector del fondo 15, desde el cual el agua se distribuye en el interior de los tubos de agua del fondo y adicionalmente en el interior de las paredes de tubos de agua.

El precalentador, es decir, el economizador, suele ser un intercambiador de calor compuesto por elementos de transferencia de calor, dentro del cual fluye el agua de alimentación de la caldera que se va a calentar. En el economizador queda espacio libre para que pase el flujo de gases de combustión entre los elementos de transferencia de calor. Cuando los gases de combustión pasan por los elementos de transferencia de calor, el calor se transfiere al agua de alimentación que fluye al interior de los elementos. El banco de caldera también está formado por elemen­ tos de transferencia de calor, dentro de los cuales fluye el agua que va a hervir o fluye una mezcla de agua y vapor, a la que se transfiere el calor desde los gases de combustión que pasan por los elementos.

Los intercambiadores de calor, es decir, el banco de caldera y los economizadores, suelen estar construidos de manera que en ellos los gases de combustión no fluyen de abajo hacia arriba, sino que normalmente sólo lo hacen de arriba hacia abajo. En los economizadores, la dirección del flujo de agua suele ser opuesta a la dirección del flujo de los gases de combustión para proporcionar una recuperación de calor más económica.

En algunas caldera de recuperación de licores residuales, el banco de caldera está construido de manera que los gases de combustión fluyen sustancialmente en forma horizontal. En las caldera de tambor único que tienen un banco de caldera horizontal de este tipo, los elementos de transferencia de calor del banco de caldera están coloca­ dos de manera que el agua que se va a hervir fluye sustancialmente de abajo hacia arriba. El banco de caldera se denomina en la presente memoria descriptiva banco de caldera horizontal porque los gases de combustión fluyen sustancialmente en sentido horizontal. Las calderas de dos tambores suelen tener un tambor superior y un tambor inferior, entre los que se encuentran los tubos del banco de caldera, de modo que el agua que debe hervir fluye en los tubos sustancialmente de abajo hacia arriba y los gases de combustión fluyen sustancialmente en sentido hori­ zontal. En estos casos, se puede utilizar el término común de flujo cruzado para las corrientes de gases de combus­ tión y de agua, o el término de banco de caldera de flujo cruzado para el banco de caldera.

En una caldera convencional de recuperación de licor residual que se ilustra esquemáticamente en la figura 1, que tiene un denominado banco de caldera de flujo vertical 5, los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo. Junto al banco de caldera está dispuesto un canal de flujo 8 para los gases de combustión, en el que los gases de combustión que han atravesado el banco de caldera 5 fluyen desde abajo hacia arriba. El canal 8 care­ ce, como es habitual, de dispositivos de transferencia de calor. A continuación del canal 8 hay un primer economizador (el denominado economizador más caliente) 6a, en el que los gases de combustión fluyen de arriba hacia abajo, transfiriendo calor al agua de alimentación que fluye en los elementos de transferencia de calor del economizador. De forma correspondiente, un segundo canal de gases de combustión 9 está dispuesto a continuación del economi­ zador, por el que los gases de combustión procedentes del extremo inferior del economizador 6a fluyen hacia arriba. También este canal de gases de combustión es, como es convencional, un canal sustancialmente vacío sin elemen­ tos de transferencia de calor para la recuperación de calor o precalentadores de agua. Junto al canal de gases de combustión 9 hay un segundo economizador, el llamado economizador más frío 6b, en el que los gases de combus­ tión fluyen de arriba hacia abajo, calentando el agua de alimentación que fluye en los elementos de transferencia de calor.

Además del banco de caldera 5, dos economizadores 6a y 6b y los canales 8, 9 situados entre ellos, la caldera pue­ de tener varios canales de gases de combustión y economizadores correspondientes.

Como es sabido, los gases de combustión en el banco de caldera y los economizadores están dispuestos para fluir de arriba hacia abajo. La ceniza arrastrada en los gases de combustión se adhiere a las superficies de transferencia de calor. A medida que las partículas de ceniza se adhieren a las superficies de transferencia de calor, la capa de ceniza se hace gradualmente más gruesa, lo que perjudica la transferencia de calor. Si la ceniza se acumula abun­ dantemente sobre las superficies, la resistencia al flujo de los gases de combustión puede crecer hasta un nivel perturbador. Las superficies de transferencia de calor se limpian con sopladores de vapor, por medio de los cuales se sopla de vez en cuando vapor sobre las superficies de transferencia de calor, lo que hace que la ceniza acumula­ da sobre las superficies se desprenda y pase con los gases de combustión a las tolvas de recogida de cenizas si­ tuadas en la parte inferior de la superficie de transferencia de calor.

No todas las caldera de recuperación están provistas de un banco de caldera. La solicitud de patente europea EP -A2 - 1188986 presenta una solución, en la que la primera parte del conducto de gases de combustión aguas abajo de la caldera de recuperación, el denominado segundo paso, está provisto de al menos un sobrecalentador, espe­ cialmente un sobrecalentador primario. Entonces, un problema puede ser el aumento excesivo de las temperaturas de las superficies en esta parte del conducto de gases de combustión. La solicitud de patente WO 2014044911 des­ vela que la citada parte del conducto de gases de combustión está dispuesta para ser enfriada con un medio de refrigeración procedente de los tubos de pantalla.

La patente europea EP - B1 - 1728919 presenta una disposición en la que la parte del conducto de gases de com­ bustión, el llamado segundo paso, está provisto de un banco de caldera y un economizador, uno después del otro, en la dirección de entrada de los gases de combustión, pero las superficies del sobrecalentador están situadas, correspondientemente a la técnica anterior, en la parte superior del horno de la caldera. Cuando el segundo paso está provisto de un banco de caldera y un economizador, limita el posicionamiento de otras superficies térmicas, tal como una superficie de sobrecalentador, en el flujo de gases de combustión.

Breve descripción de la invención

Si el objetivo es aumentar la superficie de sobrecalentamiento de una caldera, la altura del edificio de la caldera debe aumentar en consecuencia. Por lo tanto, es ventajoso disponer de una superficie de sobrecalentamiento adi­ cional en el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión, ya que esto disminuye la necesidad de ampliar el edificio de la caldera.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una solución más flexible que la anterior para modificar el tama­ ño y el posicionamiento de varias superficies de recuperación de calor de una caldera de recuperación química de acuerdo con las necesidades del proceso.

La presente invención proporciona una caldera de recuperación química como se establece en la reivindicación independiente 1 y / o la reivindicación independiente 7. Las características opcionales de la caldera de recuperación química de la invención se presentan en las reivindicaciones dependientes respectivas.

La invención se refiere a una caldera de recuperación química que tiene un horno para la combustión del licor resi­ dual y un conducto de gases de combustión que comprende canales de gases de combustión verticales, al menos una parte de los cuales está provista de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión. Las unidades de recuperación de calor tienen una anchura sustancialmente igual a la del conducto de gases de combustión, por lo que aguas abajo del horno, el primer canal de gases de combustión está provisto de un sobrecalentador. La disposición se caracteriza porque, además del sobrecalentador, el primer canal de gases de combustión, el llamado segundo paso, está provisto de una de las siguientes unidades de recuperación de calor: un economizador, un banco de caldera o un recalentador. El sobrecalentador y la segunda unidad de recuperación de calor están situados en paralelo, de modo que en un canal de gases de combustión, los gases de combustión fluyen en dirección vertical de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el sobrecalentador y la segunda unidad de recuperación de calor. Con respecto a la dirección de flujo horizontal de los gases de combustión, el sobrecalentador y la segunda unidad de recuperación de calor están situados uno detrás de la otra. El sobrecalentador y la segunda unidad de recuperación de calor, es decir, el economizador, el banco de caldera o el recalentador, suelen tener una anchura igual a la del conducto de gases de combustión (es decir, a la longitud de la pared delantera y trasera del horno). Cada unidad de recuperación de calor, es decir, el sobrecalentador, el recalentador, el economizador y el banco de caldera, está formada por un número de elementos de recuperación de calor.

Un sobrecalentador, un recalentador, un banco de caldera y un economizador se refieren a unidades de recupera­ ción de calor que están formadas por elementos de intercambio de calor, normalmente tubos, dentro de los cuales fluye el agua, el vapor o su mezcla a calentar. Entre los elementos de transferencia de calor queda un espacio libre para el flujo de los gases de combustión. Cuando los gases de combustión pasan por los elementos de transferencia de calor, el calor se transfiere al agua o al vapor que fluye por el interior d los elementos.

El gas de combustión que fluye hacia abajo en el canal de gas de combustión calienta el sobrecalentador y la se­ gunda unidad de transferencia de calor simultáneamente, por lo que el gas de combustión a una determinada tem­ peratura calienta simultáneamente el sobrecalentador y la segunda unidad de transferencia de calor.

Se debe hacer notar que el recalentador y el sobrecalentador son, en principio y en la práctica, superficies de trans­ ferencia de calor similares. La diferencia es que en los sobrecalentadores "reales" (que en esta solicitud de patente se denominan como un sobrecalentador) el vapor saturado que sale de un tambor de caldera se recalienta paso a paso hasta alcanzar una temperatura más elevada (por ejemplo, hasta una temperatura de aproximadamente 515°C), hasta que después del último paso se denomina vapor vivo. A continuación, el vapor vivo es conducido a una turbina de vapor para la producción de energía eléctrica. En un recalentador, a su vez, el vapor obtenido de una turbina se calienta y después se devuelve a la turbina. Los vapores sangrados se toman de la turbina a niveles de presión predeterminados y se utilizan, por ejemplo, para calentar el agua de alimentación o los aires de combustión. Cuando se utiliza un recalentador, el vapor remanente en el extremo final de la turbina se conduce de nuevo a la caldera, a un recalentador, en el que el vapor se calienta y el vapor calentado se lleva de nuevo a la turbina para mejorar la producción de electricidad. La invención también se refiere a una disposición en una caldera de recupera­ ción que tiene un horno para la combustión de licor residual y un conducto de gases de combustión que comprende canales verticales de gases de combustión, al menos una parte de los cuales está provista de unidades de recupe­ ración de calor para recuperar el calor de los gases de combustión. Las unidades de recuperación de calor están formadas por elementos de intercambio de calor, por lo que aguas abajo del horno el primer canal de gases de com­ bustión está provisto de un sobrecalentador. Además del sobrecalentador, en el canal de gases de combustión se encuentra una de las siguientes unidades de recuperación de calor: un economizador, un banco de caldera o un recalentador, y los elementos de la superficie térmica del sobrecalentador y de la segunda unidad de recuperación de calor están situados uno al lado del otro en una dirección transversal a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión, de modo que en el canal de gases de combustión los gases de combustión fluyen en direc­ ción vertical de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el sobrecalentador y la segunda unidad de recupera­ ción de calor que están situados en paralelo con respecto a los gases de combustión. En otras palabras, los elemen­ tos del sobrecalentador y los elementos de la segunda unidad de recuperación de calor están situados de forma escalonada en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combus­ tión y también paralela a la pared delantera / pared trasera de la caldera. Por ejemplo, cada segundo elemento de la superficie térmica puede ser un elemento sobrecalentador y cada segundo elemento puede ser un economizador, o un elemento del banco de caldera o un elemento recalentador. Sin embargo, no es necesario que el número de elementos de sobrecalentamiento y de elementos de la segunda unidad de recuperación de calor sea siempre igual, sino que su proporción se determina en función de las necesidades.

Los gases de combustión tienen en el segundo paso una determinada velocidad máxima, que en la práctica dicta el tamaño de la superficie térmica en el mismo, tal como el número de tubos que forman la superficie térmica, y la profundidad del canal de gases de combustión. Cuando varias superficies térmicas están situadas en el segundo paso en paralelo con respecto al flujo vertical de gases de combustión, su tamaño, así como el número de tubos, puede elegirse más libremente, ya que los gases de combustión fluyen por todas ellas. Esto supone una ventaja en lo que se refiere a los costes de inversión y a la producción de electricidad en las caldera de recuperación, en las que se busca el mejor rendimiento posible alterando los tamaños mutuos de varias superficies térmicas unas con respecto a las otras, y el objetivo es mantener el edificio de la caldera lo más pequeño posible.

Además, los sopladores de hollín del segundo paso soplan el hollín sobre todas las superficies térmicas paralelas en el mismo, con lo que se obtiene un ahorro en el número total de los sopladores de hollín y en el consumo de vapor de hollín en comparación con una caldera en la que estas son superficies secuenciales situadas en diferentes cana­ les de gases de combustión.

Otra ventaja adicional es que se puede situar más superficie de sobrecalentamiento en el interior de la caldera sin necesidad de ampliar el edificio, con lo que se obtienen mayores valores y cantidades de vapor sobrecalentado con menor costo. En ese caso, se puede situar más superficie de sobrecalentamiento detrás de la punta de la caldera y en el segundo paso, se protege contra la radiación, con lo que la tasa de corrosión es menor. Los sobrecalentadores situados en la parte superior de la caldera, antes del segundo paso, pueden hacerse más cortos, lo que mejora el flujo de gases de combustión y la eficacia de la transferencia de calor en ellos. La transferencia de calor por convec­ ción es más eficaz en el segundo paso gracias a la mayor velocidad de los gases de combustión, lo que permite ahorrar en los costes de inversión de los sobrecalentadores.

De acuerdo con una realización de la invención, un sobrecalentador y un banco de caldera están situados en el primer canal de gases de combustión. Normalmente se colocan en la dirección de entrada de los gases de combus­ tión, es decir, en la dirección de flujo horizontal, uno tras el otro, de modo que el sobrecalentador es el primero de ellos. Los gases de combustión tienen en el banco de caldera una determinada velocidad máxima, que en la práctica dicta el número de tubos de transferencia de calor del banco de caldera y la profundidad del canal de gases de com­ bustión. Cuando el banco de caldera está situado junto al sobrecalentador, el número de tubos del banco de caldera puede elegirse con mayor libertad, ya que los gases de combustión fluyen también por el sobrecalentador. Esto supone una ventaja en los costes de inversión y en la producción de electricidad en las caldera de recuperación que tienen una menor necesidad de banco de caldera. En las caldera de recuperación actuales, los sólidos secos del licor negro que se quema son elevados (por ejemplo, el 85%) y también la presión del vapor vivo, por ejemplo, 110 bares, y sus temperaturas 510 - 520°C son elevadas, por lo que la relación del banco de caldera necesario con res­ pecto a la superficie de recalentamiento es menor.

De acuerdo con una realización de la invención, un sobrecalentador y un economizador están situados en el primer canal de gases de combustión, y típicamente están posicionados en la dirección de entrada de los gases de com­ bustión uno después del otro de manera que el sobrecalentador es el primero de ellos. La ventaja es que se puede situar más superficie de economizador en el interior de la caldera sin necesidad de ampliar el edificio, con lo que se puede elevar la temperatura del agua de alimentación con menos costo. De este modo, el espacio del segundo paso puede ser utilizado eficazmente en las caldera sin necesidad de un banco de caldera.

La refrigeración del segundo paso puede disponerse ventajosamente de modo que sus tubos de pared se acoplen a una circulación de tubos dedicada a un tambor de caldera. Entonces, una mezcla de vapor / agua fluye en las pare­ des del segundo paso. También es posible que el enfriamiento de las paredes se realice por medio de vapor, para lo cual los tubos de pared están acoplados al primer sobrecalentador. En la refrigeración por vapor, el control de la expansión térmica de los tubos puede ser un reto.

De acuerdo con una realización de la invención, un sobrecalentador y un recalentador están situados en el primer canal de gases de combustión. Pueden colocarse en la dirección de entrada de los gases de combustión secuencialmente, de modo que el recalentador o el sobrecalentador es el primero de ellos. El recalentador está acoplado a una turbina de vapor, cuyo vapor sangrado es calentado por el recalentador. El vapor se devuelve a la turbina de vapor a una temperatura más alta, con lo que se aumenta la producción de electricidad, ya que el vapor puede ser proyectado en la turbina a menor presión. El recalentador de la caldera también puede tener dos etapas. Entonces, el recalentador de la primera etapa se encuentra en el primer canal de gases de combustión (en el llamado segundo paso) junto con un sobrecalentador. El recalentador de la segunda etapa está situado en la parte superior de la cal­ dera, aguas arriba del segundo paso. Desde el recalentador de la primera etapa, el vapor fluye al interior del recalen­ tador de la segunda etapa y posteriormente hacia la turbina. Situar el recalentador y el sobrecalentador acoplados al tambor de la caldera en el mismo canal de gases de combustión permite elegir mejor el tamaño mutuo (número de tubos) de estas superficies térmicas para optimizar la producción de vapor de la caldera sin cambiar el tamaño real de la misma.

De acuerdo con una realización de la invención, los elementos del sobrecalentador y los elementos del economiza­ dor están situados de forma escalonada en el primer canal de gases de combustión. Por lo tanto, se colocan uno al lado del otro en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de com­ bustión. Los elementos de la superficie de calentamiento pueden colocarse, por ejemplo, de manera que cada se­ gundo elemento sea un elemento de sobrecalentador y cada segundo elemento sea un elemento de economizador. No es necesario que la posición sea simétrica. También es posible que el número de elementos del sobrecalentador sea mayor que el número de elementos del economizador o viceversa. El número y el tamaño de los elementos depende de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condiciones del pro­ ceso.

De acuerdo con una realización de la invención, los elementos del sobrecalentador y los elementos del banco de caldera están situados en el primer canal de gases de combustión. Por lo tanto, están colocados uno al lado del otro en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. Los elementos de la superficie de calentamiento pueden colocarse, por ejemplo, de manera que cada segundo elemento sea un elemento del sobrecalentador y cada segundo elemento es un elemento del banco de caldera. No es necesa­ rio que la posición sea simétrica. También es posible que el número de elementos del sobrecalentador sea mayor que el número de elementos del banco de caldera o viceversa. El número y el tamaño de los elementos dependen de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condiciones del proceso.

De acuerdo con una realización de la invención, los elementos del sobrecalentador y los elementos del recalentador están situados en el primer canal de gases de combustión. Por lo tanto, están colocados uno al lado del otro en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. Los elementos de la superficie térmica pueden colocarse, por ejemplo, de modo que cada segundo elementos sea un sobrecalenta­ dor y cada segundo elemento sea un recalentador. No es necesario que la posición sea simétrica. También es posi­ ble que el número de elementos de sobrecalentamiento sea mayor que el número de elementos de recalentamiento o viceversa. El número y el tamaño de los elementos depende de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condiciones del proceso.

Un banco de caldera puede llegar a ser innecesario a niveles de alta presión de vapor vivo y a altos niveles de sóli­ dos secos del licor de combustión. Entonces, también el costoso tambor puede hacerse más pequeño, ya que el requisito de capacidad de separación de fases es menor. Si el objetivo es maximizar la producción de electricidad de la fábrica de pasta de celulosa y su eficiencia, una realización especialmente ventajosa es un recalentador como parte de la caldera de recuperación.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 ilustra esquemáticamente una caldera convencional de recuperación química;

la figura 2 ilustra una realización preferida de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un sobrecalentador;

la figura 3 ilustra una segunda realización preferida de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un sobrecalentador;

la figura 4 ilustra una tercera realización preferida de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un sobrecalentador;

la figura 5 ilustra una cuarta realización preferida de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un sobrecalentador;

la figura 6 ilustra una quinta realización preferida de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un sobrecalentador;

la figura 7 ilustra una sexta realización preferida de la invención, en la que el llamado segundo paso del conducto de gases de combustión de una caldera de recuperación química está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor además de un sobrecalentador;

Las figuras 2 - 7 utilizan los mismos números de referencia que la figura 1 allí donde sea aplicable.

En la realización de la figura 2, los sobrecalentadores (T) 20 de la caldera de recuperación de sosa están situados en la parte superior del horno y el sobrecalentador 21 en el llamado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por los canales verticales de gases de combustión en vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra en las flechas 23. En la parte inferior del conducto de gases de combustión hay tolvas de ceniza 24.

Además del sobrecalentador, el llamado segundo paso del canal de gases de combustión está provisto de un economizador (E) 25. En el canal de gases de combustión los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el sobrecalentador 21 y el economizador 25. Con respecto a la dirección de flujo horizontal de los gases de combustión, el sobrecalentador 21 y el economizador 25 están situados de forma secuencial. El sobrecalentador 21 y el economizador 25 se extienden típicamente en toda la anchura del conducto de gases de combustión. Los gases de combustión siguen fluyendo a través de los canales de gases de combustión secuenciales y salen a través de una abertura de descarga 26. Además del economizador 25, el conducto de gases de combustión está provisto de economizadores 27 y 28. El agua de la caldera se introduce en los economizadores por medio del conducto 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde el economizador 25 del denominado segundo paso al interior de un tambor 7 de la caldera.

Cuando el sobrecalentador y el economizador se colocan en el segundo paso uno al lado del otro con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo, el número de sus tubos puede elegirse más libremente, ya que los gases de combustión pasan por todos los tubos. Esto supone una ventaja cuando es necesario cambiar los tamaños mutuos de las diferentes superficies térmicas unos de los otros y mantener el edificio de la caldera lo más pequeño posible.

La realización que se muestra en la figura 3 se refiere a una caldera de recuperación química en la que se necesita un banco de caldera. Los sobrecalentadores (T) (20) están situados en la parte superior del horno y el sobrecalenta­ dor 21 en el denominado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principal­ mente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por canales verticales en vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra en las flechas 23. En la parte inferior del conducto de gases de combustión se proporcionan tolvas de ceniza 24.

Además del sobrecalentador, el denominado segundo paso del conducto de gases de combustión está provisto de un banco de caldera 30. En el paso de gases de combustión 22, los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calientan el sobrecalentador 21 y el banco de caldera 30 simultáneamente. Con respecto a la dirección de flujo horizontal de los gases de combustión, el sobrecalentador 21 y el banco de caldera 30 están situa­ dos de forma secuencial. El sobrecalentador 21 y el banco de caldera 30 se extienden típicamente en toda la anchu­ ra del conducto de gases de combustión. En el banco de caldera 30, el agua 33 a una temperatura saturada proce­ dente del tambor 7 de la caldera hierve parcialmente en vapor 34, que se conduce al tambor 7.

Los gases de combustión fluyen después del segundo paso más allá a través de los canales de gases de combus­ tión secuenciales y salen a través de una abertura de descarga 26. El conducto de gases de combustión está provis­ to adicionalmente de economizadores 31 y 32. El agua de la caldera se introduce en los economizadores por medio del conducto 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es con­ ducida desde el economizador 31 aguas abajo del llamado segundo paso al tambor 7 de la caldera.

Posicionar el sobrecalentador y el banco de caldera en el segundo paso, uno al lado del otro con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo, ofrece ventajas. Los gases de combustión tienen en el banco de calde­ ra una determinada velocidad máxima, que en la práctica dicta el número de tubos del banco de caldera y la profun­ didad del canal de gases de combustión. Cuando el banco de caldera está situado junto al sobrecalentador, el nú­ mero de tubos del banco de caldera puede elegirse con mayor libertad, ya que los gases de combustión fluyen tam­ bién por el sobrecalentador. Esto proporciona una ventaja en los costes de inversión y en la producción de electrici­ dad en las caldera de recuperación que tienen una menor necesidad de banco de caldera. La necesidad de un ban­ co de caldera disminuye con niveles altos de presión de vapor vivo y con niveles altos de sólidos secos del licor de combustión. El rendimiento térmico necesario para la ebullición disminuye a medida que aumenta la presión del vapor y la cantidad de gases de combustión disminuye con un licor de combustión más seco. Por otra parte, el agua de alimentación debe calentarse a una temperatura más alta, ya que la mayor presión incrementa simultáneamente la temperatura saturada, por lo que es necesario aumentar el tamaño del economizador.

La realización que se muestra en la figura 4 se refiere a una caldera de recuperación química con un recalentador. Los sobrecalentadores (T) 20 y un recalentador (V) 40 están situados en la parte superior del horno. Además, un sobrecalentador 21 está situado en el llamado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobreca­ lentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por canales verticales por vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, tal y como mues­ tran las flechas 42. En la parte inferior del conducto de gases de combustión se proporcionan tolvas de ceniza 24. Además del sobrecalentador 21, el canal de gases de combustión, la llamada segunda vuelta, está provista de un recalentador 41. En el canal de gases de combustión 22 los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el sobrecalentador 21 y el recalentador 41. Con respecto a la dirección de flujo horizontal de los gases de combustión, el recalentador 41 y el sobrecalentador 21 están situados de forma secuencial. El sobrecalentador 21 y el economizador 41 se extienden típicamente en toda la anchura del conducto de gases de combustión.

El vapor entra en el recalentador 41 procedente de una turbina de vapor (no mostrada), vapor purgado que el reca­ lentador calienta. El vapor purgado se conduce al interior del recalentador por medio de la tubería 46. Desde el reca­ lentador 41, el vapor es conducido al interior de un recalentador 40, después de lo cual es devuelto a la turbina de vapor por medio de la tubería 45.

El gas de combustión fluye después del segundo paso más allá a través de los canales de gas de combustión se­ cuenciales y sale a través de una abertura de descarga 26. El conducto de gases de combustión está provisto adi­ cionalmente de economizadores 43 y 44. El agua de la caldera se introduce en los economizadores por medio del conducto 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde el economizador 43 aguas abajo del llamado segundo paso al tambor 7 de la caldera.

En la realización de la figura 5 los sobrecalentador (T) 20 de la caldera de recuperación de sosa están situados en la parte superior del horno y el sobrecalentador 51 en el llamado segundo paso 22. Los flujos de gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por los canales de gases de combustión verticales, en vueltas, de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra en las flechas 53. En la parte inferior del conducto de gases de combustión hay tolvas de ceniza 24.

Además del sobrecalentador, el llamado segundo paso 22 está provisto de un economizador 52, de modo que un primer canal de gases de combustión está provisto de un elemento de sobrecalentamiento 51 y elementos de eco­ nomizador 52 escalonados. De este modo, están colocados uno al lado del otro en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. También se puede decir que los elemen­ tos están colocados en una fila en la dirección de la pared delantera 11 / pared trasera 10 de la caldera. El sobreca­ lentador y el economizador están colocados en el segundo paso en paralelo con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo. En la figura 5, los elementos de la superficie térmica 51 y 52 están colocados de forma que cada segundo elementos son elementos del sobrecalentador 51 y cada segundo elementos son elementos del eco­ nomizador 52. No es necesario que la posición sea simétrica. También es posible que el número de elementos del sobrecalentador sea mayor que el número de elementos del economizador o viceversa. El número y el tamaño de los elementos depende de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condi­ ciones del proceso.

En el canal de gases de combustión, los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calientan los elementos del sobrecalentador 51 y los elementos del economizador 52 simultáneamente. Los gases de combus­ tión siguen fluyendo a través de los canales de gases de combustión secuenciales y salen a través de una abertura de descarga 26. Además del economizador 52, el conducto de gases de combustión está provisto de los economizadores 27 y 28. El agua de la caldera se introduce en los economizadores E a través del conducto 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde los elementos economizadores 52 del denominado segundo paso a un tambor 7 de la caldera.

Cuando el sobrecalentador y el economizador se colocan en el segundo paso en paralelo con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo, el número de sus tubos puede elegirse más libremente, ya que los gases de combustión pasan por todos los tubos. Esto supone una ventaja cuando es necesario cambiar los tamaños mutuos de las diferentes superficies térmicas unos en relación con los otros y mantener el edificio de la caldera lo más pe­ queño posible.

La realización que se muestra en la figura 6 se refiere a una caldera de recuperación química en la que se necesita un banco de caldera. Los sobrecalentadores (T) (20) están situados en la parte superior del horno y el sobrecalenta­ dor 61 en el llamado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobrecalentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión los gases de combustión fluyen por cana­ les verticales por vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se muestra por las flechas 63. En la parte inferior del conducto de gases de combustión hay tolvas de ceniza 24.

Además del sobrecalentador, el denominado segundo paso 22 está provisto de un banco de caldera 62, de modo que un primer canal de gases de combustión está provisto de elementos de sobrecalentamiento 61 y elementos de economizador 62 escalonados. De esta manera, los elementos del sobrecalentador y los elementos del banco de caldera están colocados lado por lado en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entra­ da de los gases de combustión. También se puede decir que los elementos están colocados en una fila en la direc­ ción de la pared delantera / pared trasera de la caldera. En la figura 6, los elementos de la superficie térmica 61 y 62 están colocados de forma que cada segundo elemento es un elemento de sobrecalentamiento 61 y cada segundo elemento es un elemento de banco de caldera 62. No es necesario que el posicionamiento sea simétrico. También es posible que el número de elementos del sobrecalentador sea mayor que el número de elementos del banco de caldera o viceversa. El número y el tamaño de los elementos dependen de la superficie térmica necesaria de acuer­ do con la estructura de cada caldera y las condiciones del proceso.

En el canal de gases de combustión 22 los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calien­ tan simultáneamente los elementos del sobrecalentador 61 y los elementos del banco de caldera 62. En los elemen­ tos del banco de caldera 62, el agua 33 a una temperatura saturada procedente del tambor 7 de la caldera hierve parcialmente en vapor 34, que es conducido al tambor 7.

Los gases de combustión fluyen adicionalmente después del segundo paso a través de los canales de gases de combustión secuenciales y salen a través de una abertura de descarga 26. El conducto de gases de combustión está provisto adicionalmente de economizadores 31 y 32. El agua de la caldera se introduce en los economizadores a través del conducto 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde el economizador 31 aguas abajo del llamado segundo paso al interior del tambor 7 de la calde­ ra.

Colocar los elementos del sobrecalentador y los elementos del banco de caldera en el segundo paso en paralelo con respecto a los gases de combustión que fluyen hacia abajo ofrece ventajas. Los gases de combustión tienen en el banco de caldera una determinada velocidad máxima, que en la práctica dicta el número de tubos del banco de caldera y la profundidad del canal de gases de combustión. Cuando el banco de caldera está situado junto al sobre­ calentador, el número de tubos del banco de caldera puede elegirse con mayor libertad, ya que los gases de com­ bustión fluyen también por el sobrecalentador. Esto proporciona una ventaja en los costes de inversión y en la pro­ ducción de electricidad en las caldera de recuperación que tienen una menor necesidad de banco de caldera. La necesidad de un banco de caldera disminuye con niveles de presión elevados del vapor vivo y con niveles elevados de sólidos secos del licor de combustión. El rendimiento térmico necesario para la evaporación disminuye a medida que aumenta la presión del vapor y la cantidad de gases de combustión disminuye con un licor de combustión más seco. Por otra parte, el agua de alimentación debe calentarse a una temperatura más alta, ya que la mayor presión incrementa simultáneamente la temperatura saturada, por lo que es necesario aumentar el tamaño del economizador.

La realización que se muestra en la figura 7 se refiere a una caldera de recuperación química con un recalentador. Los sobrecalentadores (T) 20 y un recalentador (V) 40 están situados en la parte superior del horno. Además, un sobrecalentador 71 está situado en el llamado segundo paso 22. Los gases de combustión pasan por los sobreca­ lentadores 20 principalmente de forma horizontal, mientras que en el conducto de gases de combustión, los gases de combustión fluyen por canales verticales en vueltas de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, como se mues­ tra en las flechas 73. En la parte inferior del conducto de gases de combustión hay tolvas de ceniza 24.

Además del sobrecalentador, el llamado segundo paso 22 está provisto de un recalentador 72, de modo que el pri­ mer canal de gases de combustión está provisto de elementos de sobrecalentamiento 71 y elementos de economizador 72 escalonados. De esta manera, los elementos del sobrecalentador y los elementos del recalentador están colocados uno al lado del otro en una fila que es transversal con respecto a la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión. También se puede decir que los elementos están colocados en una fila en la dirección de la pared delantera / pared trasera de la caldera. En la figura 7, los elementos de la superficie térmica 71 y 72 están colocados de manera que cada segundo elementos es un elemento de sobrecalentamiento 71 y cada segundo ele­ mento es un elemento de recalentamiento 72. No es necesario que la posición sea simétrica. También es posible que el número de elementos de sobrecalentamiento sea mayor que el número de elementos de recalentamiento o viceversa. El número y el tamaño de los elementos depende de la superficie térmica necesaria de acuerdo con la estructura de cada caldera y las condiciones del proceso.

En el canal de gases de combustión 22, los gases de combustión fluyen verticalmente de arriba hacia abajo y calien­ tan los elementos del sobrecalentador 71 y los elementos del recalentador 72 simultáneamente. En el recalentador 72 entra vapor procedente de una turbina de vapor (no mostrada), vapor purgado que se calienta en el recalentador. El vapor purgado es conducido a los elementos del recalentador por medio de la tubería 42. Desde los elementos del recalentador 72, el vapor es conducido a un recalentador 40, tras lo cual es devuelto a la turbina de vapor por medio de la tubería 45.

El gas de combustión fluye después del segundo paso adicionalmente a través de los canales de gas de combustión secuenciales y sale a través de una abertura de descarga 26. El conducto de gases de combustión está provisto adicionalmente de economizadores 43 y 44. El agua de la caldera se introduce en los economizadores por medio del conducto 29, y después de que haya fluido en contracorriente con respecto a los gases de combustión, es conducida desde el economizador 43 aguas abajo del llamado segundo paso al tambor 7 de la caldera.

Aunque la descripción anterior se refiere a las realizaciones de la invención que a la luz de los conocimientos actua­ les se consideran las más preferible, es obvio para un experto en la materia que la invención puede modificarse de muchas maneras diferentes dentro del ámbito más amplio posible definido solamente por las reivindicaciones adjun­ tas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Una caldera de recuperación química que tiene un horno para la combustión de licor residual y un conducto de gases de combustión que comprende canales verticales de gases de combustión, al menos una parte de los cuales está provista de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión, teniendo las citadas unidades de recuperación de calor una anchura sustancialmente igual a la del conducto de gases de combustión, en la que un primer canal de gases de combustión (22) después del horno está provisto de un sobrecalentador (21),

caracterizada por que,

además del sobrecalentador (21), el primer canal de gases de combustión (22) está provisto de una segunda unidad de recuperación de calor que es una de las siguientes unidades de recuperación de calor: un economizador (25), un banco de caldera (30) o un recalentador (41), y el sobrecalentador (21) y la segunda unidad de recuperación de calor están colocados uno después de la otra en la dirección horizontal de entrada de los gases de combustión, de modo que en el primer canal de gases de combustión (22) los gases de combustión fluyen en dirección vertical de arriba hacia abajo y calientan simultáneamente el sobrecalentador (21) y la segunda unidad de recuperación de calor.

2. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el sobrecalentador (21) y un economizador (25) están colocados en el primer canal de gases de combustión (22), y están colocados en la di­ rección de entrada de los gases de combustión uno tras el otro, de manera que el sobrecalentador (21) es el primero de ellos.

3. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el sobrecalentador (21) y un banco de caldera (30) están colocados en el primer canal de gases de combustión (22), y están colocados en la dirección de entrada de los gases de combustión uno tras el otro, de manera que el sobrecalentador (21) es el primero de ellos.

4. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el sobrecalentador (21) y un recalentador (41) están dispuestos en el primer canal de gases de combustión (22), y están colocados en la di­ rección de entrada de los gases de combustión uno tras el otro, de manera que el recalentador (41) o el sobre­ calentador (21) es el primero de ellos.

5. La caldera de recuperación química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la refrigeración del primer canal de gases de combustión (22) está dispuesta de manera que sus tubos de pared están conectados con una circulación de tubos dedicada a un tambor (7) de la caldera para proporcionar un flujo de mezcla de vapor / agua en los tubos.

6. La caldera de recuperación química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la refrigeración del primer canal de gases de combustión (22) está dispuesta de manera que sus tubos de pared están conectados al sobrecalentador (21) para proporcionar un flujo de vapor en los tubos.

7. Una caldera de recuperación química que tiene un horno para la combustión de licor residual y un conducto de gases de combustión que comprende canales verticales de gases de combustión, al menos una parte de los cuales está provista de unidades de recuperación de calor para recuperar el calor de los gases de combustión, las citadas unidades de recuperación de calor comprenden elementos de superficie térmica, en la que un primer canal de gases de combustión (22) después del horno está provisto de un sobrecalentador (51, 61, 71), caracterizada por que

además del sobrecalentador (51, 61, 71), el primer canal de gases de combustión (22) está provisto de una se­ gunda unidad de recuperación de calor que es una de las siguientes unidades de recuperación de calor: un economizador (52), un banco de caldera (62) o un recalentador (72), y los elementos de la superficie térmica del sobrecalentador (51, 61, 71) y de la segunda unidad de recuperación de calor están colocados uno al lado del otro en una dirección transversal con respecto a una dirección horizontal de entrada de los gases de combus­ tión, y el sobrecalentador (51,61, 71) y los elementos de la superficie térmica de la segunda unidad de recupe­ ración de calor se sitúan en paralelo a los gases de combustión que fluyen por el primer canal de gases de combustión (22) de arriba hacia abajo, y los citados gases de combustión calientan simultáneamente el sobre­ calentador (51, 61, 71) y la segunda unidad de recuperación de calor.

8. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el primer canal de gases de combustión (22) está provisto de elementos de sobrecalentamiento (51) y elementos de economizador (62).

9. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el primer canal de gases de combustión (22) está provisto de elementos de sobrecalentamiento (61) y elementos de banco de caldera (62).

10. La caldera de recuperación química de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el primer canal de gases de combustión (22) está provisto de elementos de sobrecalentador (71) y elementos de recalentador (72).

11. La caldera de recuperación química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 7 - 10, en la que la refrigeración del primer canal de gases de combustión (22) está dispuesta de manera que sus tubos de pared están conectados con una circulación de tubos dedicada a un tambor (7) de la caldera para proporcionar un flujo de mezcla de vapor / agua en los tubos.

12. Una caldera de recuperación química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 7 - 11, en la que la refrigeración del primer canal de gases de combustión (22) está dispuesta de manera que sus tubos de pared están conectados al sobrecalentador (51, 61, 71) para proporcionar un flujo de vapor en los tubos.