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Title:
REGULATION ELEMENTS FOR STATIC HEART-SHAPED CLASSIFIERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/097543
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a static classifier comprising particle size-regulation elements which can be used to increase the fineness of the particles that enter same suspended in a current of air (or other transfer fluid) originating from a grinding system. According to the invention, the regulation elements comprise: (a) two adjustable deflector vanes (11 and 12) which are positioned on top of the last two fixed deflectors (13 and 14) of the inner volute (9) of the classifier in the direction of flow and which are used to direct the air/particles current towards the curved side surface (1) such as, when the vanes are opened out, to increase the proportion of the coarsest particles that are captured, rejected and returned to the mill for finer grinding; and (b) a series of adjustable separator blades (28) in the outlet section of the inner volute (9), which produce a sudden change in the direction of the air/particles current as it passes therethrough. The larger particles collide with the blades (28) and enter the reject zone, from where they are returned to the mill for finer grinding.

Inventors:
TOVA HOLGADO ENRIQUE (ES)
RODRIGUEZ BAREA FRANCISCO (ES)
CANADA SERRANO LUIS (ES)
DELGADO LOZANO MIGUEL ANGEL (ES)
MONTANES PEREZ JULIO (ES)
Application Number:
PCT/ES2005/000127
Publication Date:
September 21, 2006
Filing Date:
March 11, 2005
Export Citation:
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Assignee:
INGENIERIA EMERGETICA Y DE CON (ES)
TOVA HOLGADO ENRIQUE (ES)
RODRIGUEZ BAREA FRANCISCO (ES)
CANADA SERRANO LUIS (ES)
DELGADO LOZANO MIGUEL ANGEL (ES)
MONTANES PEREZ JULIO (ES)
International Classes:
B07B7/086; B02C23/32; B07B11/04; F23K3/02
Foreign References:
GB560450A1944-04-05
US4450071A1984-05-22
US3017993A1962-01-23
SU1676683A11991-09-15
Attorney, Agent or Firm:
Muñoz Garcia, Antonio (c/Miguel Angel 16, Madrid, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES
1. Implantación de elementos de regulación en un clasificador estático de partículas conocido en la industria como "clasificador de corazón", constituido por una cámara, delimitada por dos paredes planas una frontal (2) y otra trasera (3), y una superficie lateral curva (1) con forma lobulada, disponiendo en su interior dos volutas (9) que confieren a la mezcla de aire y partículas un movimiento curvo en el clasificador que origina que las partículas más gruesas, con más inercia, abandonen las líneas de corriente del aire (u otro fluido de transporte) y sean captadas por la superficie lateral curva (1) y rechazadas hacia la parte inferior del clasificador, saliendo la corriente de aire por los conductos de salida (10) del clasificador enriquecida en finos, comprendiendo dichos elementos de regulación uno o ambos de los siguientes: a) alabes (ej.: (11) y (12)) superpuestos sobre los últimos deflectores en el sentido del flujo que constituyen cada una de las volutas internas (9), disponiendo cada alabe de medios para su soporte y articulación en su extremo situado más aguas arriba de la corriente, de forma que pueda pi votar respecto a un eje perpendicular a las paredes frontal (2) y trasera (3) desde una posición de apoyo en su correspondiente deflector de la voluta interna (9) hasta una posición desplegada hacia la superficie lateral curva (1) o viceversa; y b) una serie de paletas separadoras (28), dispuestas a lo largo de la línea imaginaria que une los extremos de los deflectores fijos (14) y (29) de cada voluta interna (9) que delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los conductos de salida (10), disponiendo cada paleta de medios para su soporte y articulación en un eje que pasa por la línea divisoria de cada una de ellas y que es perpendicular a las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador, de manera que estas paletas (28), puedan girar en diferentes ángulos.
2. Aparato acorde con la reivindicación 1, en el que los alabes (ej.: (11) y (12)) son placas curvas con una longitud ligeramente inferior a la del deflector correspondiente de la voluta (9) y su anchura prácticamente la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador, siendo las curvaturas de los alabes tales que cuando se encuentran desplegados un ángulo de 20° los superiores y de 10° los inferiores presentan una superficie paralela al tramo de la superficie lateral curva (1) a ellos enfrentada.
3. Aparato acorde con la reivindicación 1, en el que las paletas separadoras (28) son placas planas de anchura ligeramente inferior a la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) y su longitud entre un 20 y un 25 por ciento superior a la distancia entre los ejes de giro de sucesivas paletas (28).
4. Aparato acorde con las reivindicaciones 1 ó 3, en el que los medios para el accionamiento de las paletas (28) permiten el giro de éstas de forma simultánea y manteniendo en todo momento el paralelismo entre ellas.
5. Elementos de regulación acordes con las reivindicaciones 1, 2, 3, ó 4, dispuestos en clasificadores de "medio corazón", caracterizados éstos como aquéllos que disponen de una única voluta interna, en lugar de las dos descritas para los clasificadores de corazón anteriormente detallados.
Description:
ELEMENTOS DE REGULACIÓN PARA CLASIFICADORES ESTÁTICOS DE CORAZÓN

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen numerosos procesos industriales en los que intervienen corrientes de partículas sólidas finamente molidas. En ellos el control de la distribución de tamaños de las mismas es un parámetro especialmente relevante, con incidencia directa en el rendimiento de los procesos, en la calidad del producto final, así como en los niveles de emisiones contaminantes de las instalaciones.

Un claro ejemplo de este tipo de procesos lo encontramos en el sector energético, y en concreto en los grupos termoeléctricos de carbón. En ellos el control de la finura del combustible alimentado a la caldera es clave a la hora de establecer estrategias de combustión encaminadas a la reducción de las emisiones de NOχ y de los niveles de inquemados en cenizas. Valores elevados de este último parámetro están asociados a una granulometría del carbón excesivamente gruesa respecto a las condiciones de diseño de la caldera, definidas para un determinado régimen de operación, tipo de combustible y tiempo de residencia de la partícula en la zona de reacción. La alta generación de inquemados, además de suponer una pérdida importante de eficiencia del proceso de combustión, puede condicionar los ingresos asociados a la venta de las cenizas a la industria cementera (si el valor de inquemados supera el 7%), al mismo tiempo que suponer un coste extra asociado a su transporte a vertedero.

En las centrales eléctricas de carbón el combustible es pulverizado en varios molinos y vehiculado neumáticamente a los quemadores por medio de una corriente de aire de transporte. La mezcla aire-carbón procedente del molino se hace pasar por uno o dos clasificadores, en función del diseño del molino, repartiéndose posteriormente entre varios conductos a quemadores. Los clasificadores son separadores inerciales en los que la mezcla aire-carbón se somete a cambios de direcciones que hacen que las partículas

más gruesas y con más inercia sean separadas de la corriente, siendo captadas en las paredes y retornadas al molino para una molienda más fina.

Los primeros diseños de clasificadores de sólidos pulverizados correspondían a equipos de clasificación estáticos, con una capacidad de regulación muy limitada o nula.

Este tipo de diseño no regulable se debe a su utilización en procesos donde la variabilidad era muy limitada en las características de la alimentación de sólidos pulverizados y en el producto final requerido.

Sin embargo, esta circunstancia ha variado notablemente en determinados procesos, con clasificación de sólidos pulverizados, como los asociados al ejemplo anteriormente citado de centrales termoeléctricas de carbón pulverizado. Estas instalaciones operaban habitualmente a plena carga y con un combustible fijo, al mismo tiempo que imperaban exigencias medioambientales y energéticas muy distintas a las actuales. No obstante, ante la política de liberalización del mercado eléctrico y las nuevas normativas encaminadas a la reducción de emisiones contaminantes, ganan cada vez más fuerza las estrategias que propugnan cambios en los combustibles y condiciones operativas más exigentes, incluyendo escenarios de variaciones de carga. Estas estrategias de operación limitan seriamente la eficiencia de los referidos clasificadores estáticos al carecer de los mecanismos de regulación necesarios para adaptarse al nuevo escenario.

Estas limitaciones de los clasificadores estáticos son asimismo típicas, según se ha indicado anteriormente, de otros procesos industriales que los emplean para obtener una granulometría adecuada del producto sólido pulverizado.

En este marco, se han desarrollado en los últimos años clasificadores dotados de ciertas capacidades de regulación, que permiten adaptar la granulometría del sólido pulverizado (Ej.: carbón) en función de las condiciones de operación impuestas. Aunque, en algunos sistemas de molienda se están comenzando a implantar estos tipos de clasificadores, sustancialmente más complejos y más caros que los tradicionales clasificadores estáticos no regulables, en otros sistemas, habitualmente los de menos

vida residual, estas soluciones o mejoras no son aplicadas debido a lo elevado de la inversión necesaria.

En este sentido tienen especial cabida soluciones tecnológicas que, suponiendo un coste relativamente reducido, permitan dotar a los primeros diseños de clasificadores de elementos de regulación para el control de la granulometría del sólido pulverizado.

Dentro de este contexto de clasificadores estáticos se incluyen los denominados clasificadores de corazón (figura 1), constituidos, por una cámara delimitada por 2 paredes planas y una superficie lateral curva de forma lobulada, y en cuyo interior se disponen dos volutas, que confieren a la mezcla de aire y partículas un movimiento curvo en el clasificador que origina que las partículas más gruesas, con más inercia, abandonen las líneas de corriente del aire y se aproximen a la superficie lateral curva, siendo rechazadas hacia la parte inferior del clasificador, y saliendo la corriente de aire por los conductos de salida del clasificador enriquecida en finos.

Un caso particular de este diseño, aunque con idéntico principio de funcionamiento, son los clasificadores "de medio corazón", constituidos por una única voluta, y siendo, por tanto, equivalentes a la mitad del clasificador de corazón representado en la figura 1.

En el ámbito de la mejora de los clasificadores estáticos de corazón, Foster Wheeler desarrolló la patente US 4,450,071, consistente en la incorporación de alabes deflectores del flujo, con el fin de reducir las bajas velocidades en ciertas zonas del área de captación de las partículas donde, según los inventores, las partículas finas tienden a aglomerarse formando partículas de tamaño suficiente para ser retornadas al molino. La patente en sí está encaminada a la reducción de los rechazos innecesarios en el clasificador, y por tanto de la ineficiencia asociada al gasto energético por sobremolienda de material. En este sentido, los elementos de regulación contemplados originan la desviación de las líneas de corriente de la periferia, enriquecidas en gruesos, al interior del clasificador, consiguiéndose el efecto deseado de una granulometría más gruesa en el producto final.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la mejora de un tipo de clasificador estático, conocido como "clasificador de corazón", mediante la incorporación de elementos de regulación de la granulometría que permitan aumentar la finura de las partículas que acceden a él suspendidas en una corriente de aire, u otro gas, procedente de un molino.

En un primer nivel la mejora consiste en la introducción de dos alabes deflectores regulables, superpuestos sobre los dos últimos deflectores fijos de cada una de las volutas internas del clasificador en el sentido del flujo. Los alabes deflectores regulables están articulados en un eje próximo al primer extremo de los deflectores fijos, de modo que puedan realizar un movimiento circular que abarca desde su posición de solape con éstos hasta una posición desplegada en dirección a la superficie curva de la voluta externa del clasificador.

La misión de los alabes regulables es la de dirigir la corriente mezcla de aire y partículas hacia la superficie de la voluta externa con el objeto de aumentar, cuando estos alabes están desplegados, la proporción de partículas que son captadas en las proximidades de la referida voluta externa, desde donde las partículas tenderán, en una determinada proporción, a ser rechazadas hacia el sistema de molienda. Esta proporción de partículas captadas es mayor en el caso de las fracciones más gruesas, al tener estas partículas más inercia, por lo que la granulometría resultante de la corriente de salida del clasificador es más fina. El efecto producido es mayor cuanto mayor sea el ángulo de despliegue de los nuevos deflectores propuestos.

Los alabes ocupan toda la profundidad del clasificador por lo que, al desplegarse, limitan la sección de paso de la mezcla al espacio restante entre ellos y la voluta externa. Esto produce una importante aceleración de la corriente que, además de favorecer el rechazo de las partículas más gruesas, hace que, gracias a la acción de las

fuerzas centrífugas, se reduzca la reentrada de partículas ya captadas en la región más próxima a las paredes externas del clasificador.

Al objeto de minimizar las pérdidas de carga introducidas por los nuevos alabes, éstos tienen forma curvilínea de manera que, cuando actúan, facilitan que las líneas de corriente del flujo sigan una dirección paralela a la superficie de captación.

Igualmente hacen que el aumento de velocidad de la corriente a lo largo del recorrido dentro del clasificador sea progresivo.

En un segundo nivel la mejora contempla una serie de paletas separadoras dispuestas de forma paralela y uniformemente repartidas a lo largo de la línea imaginaria que une los extremos de los deflectores fijos de la voluta interna que delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los conductos de salida. Dichas paletas, que ocupan igualmente toda la profundidad del clasificador, están articuladas en su eje central y conectadas entre si a través de sus actuadores externos, de tal forma que puedan accionarse de forma simultánea, girando respecto al mencionado eje y manteniendo el paralelismo entre ellas.

El efecto que se persigue es forzar un cambio brusco en la dirección de la corriente mezcla de aire y partículas al pasar a través de las paletas, de manera que las partículas de mayor tamaño abandonen por motivos inerciales la línea de corriente que las transporta. Estas partículas gruesas chocan con las paletas y son arrastradas por otras líneas de corriente con dirección al conducto de salida, de manera que a la zona de rechazos llegan las partículas más gruesas que no pueden experimentar, debido a su mayor masa, una reentrada en la corriente de salida. El grado de giro de estas paletas condicionará la finura final del producto. Cabe destacar que este tipo de paletas presentan una pérdida de carga mínima en el clasificador cuando giran entre -30 y +30 grados respecto a su posición horizontal

Mediante la combinación de los elementos de regulación descritos se dota al clasificador de medios para regular la granulometría de las partículas pudiendo hacer

frente a necesidades de mayor finura afectando mínimamente la capacidad de producción del molino.

Estos elementos de regulación pueden ser automatizados para posibilitar un ajuste de los mismos más eficiente y cómodo.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención se adjunta una serie de figuras con carácter ilustrativo y no limitativo:

La figura 1 muestra una perspectiva de un "clasificador de corazón" en la que se muestran sus principales componentes.

La figura 2 es un corte transversal del clasificador en el que se muestra la forma y posición de los elementos de regulación objeto de la presente patente.

En la figura 3 se muestra un esquema del montaje de un alabe defiector regulable en el clasificador, así como de su sistema de accionamiento.

La figura 4 es una perspectiva más detallada del sistema de accionamiento y posicionamiento de un alabe deflector.

En la figura 5 se muestra un esquema del montaje de una paleta separadora en el clasificador.

La figura 6 muestra una perspectiva de un conjunto de paletas separadoras y un posible mecanismo para su accionamiento de forma conjunta.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

El clasificador estático conocido como "clasificador de corazón", cuya perspectiva se muestra en la figura 1, consiste básicamente en una cámara delimitada por una superficie lateral curva, o voluta externa (1), con forma de corazón y dos superficies planas una frontal (2) y otra trasera (3) de cierre. El clasificador está conectado por su parte inferior al molino por medio de dos conductos concéntricos uno interior (4) otro exterior (5). El conducto más interior (4) atraviesa el clasificador y está conectado a través de la pared frontal (2) a un conducto de aire de transporte (6). En el espacio anular entre los dos conductos concéntricos (4) y (5) un tornillo sin fin (7) recoge el material fresco sin moler, que accede a través del conducto de alimentación (8) del clasificador, y lo transporta al interior del molino donde es pulverizado. El aire de transporte seca y arrastra las partículas que, por su tamaño, pueden ser sustentadas en la corriente. La mezcla de aire y partículas sale del molino a través del espacio anular entre los dos conductos concéntricos hacia el clasificador. Una vez en el clasificador la corriente asciende por el espacio delimitado por dos volutas simétricas internas (9). Cada voluta está constituida por cinco deflectores fijos. Dichas volutas internas (9) confieren a la mezcla un movimiento circular en la parte superior del clasificador, previo a un giro brusco con dirección a los 2 conductos de salida (10) que se encuentran embridados a la pared trasera (3).

Gracias al movimiento de componente circular, y debido a los efectos centrífugos e inerciales, las partículas más gruesas son captadas en la voluta externa (1) y caen por gravedad hacia el tornillo sin fin (7), siendo retornadas al molino para una molienda más fina.

Existe también un caso particular de este diseño, conocido como "clasificador de medio corazón", en el que el elemento de clasificación está constituido únicamente por la mitad del equipo anteriormente descrito, esto es, posee sólo una voluta interna con un único conducto de salida, adquiriendo globalmente la forma de medio corazón que le da nombre.

Con respecto a este diseño de clasificador, la presente invención propone la instalación de dos alabes deflectores regulables (11) y (12) (ver figura 2) superpuestos sobre los dos últimos deflectores fijos (13) y (14) (en el sentido del flujo) de cada voluta interna (9). Los alabes son placas curvas con una longitud ligeramente inferior a la del deflector fijo correspondiente y cuya anchura es prácticamente la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador. Están articulados por uno de sus extremos en un eje perpendicular a las superficies planas de cierre frontal y trasera del clasificador, de manera que puedan realizar un movimiento pivotante (con centro en las proximidades del primer extremo de cada deflector fijo aguas arriba) desde una posición inicial de apoyo sobre su correspondiente deflector de la voluta, hasta una posición desplegada respecto a éste con un ángulo máximo de 90°.

El alabe regulable superior (11) tienen una curvatura tal que, cuando se encuentra desplegado un ángulo de 20°, presenta una superficie paralela al tramo de voluta externa (1) enfrentado a él. En el caso del alabe inferior (12) la curvatura es tal que, con un ángulo de apertura de 10°, su superficie es igualmente paralela a la voluta externa (11) en el tramo enfrentado a él.

En la figura 3 se muestra un esquema del montaje en el clasificador de uno de estos alabes. Estos tienen soldado un vastago (15) a lo largo de la línea que constituye su eje de giro. Dicho vastago sobresale respecto al alabe en sus dos extremos. Uno de ellos está apoyado en un casquillo cilindrico hueco (16) soldado a la pared trasera (3) por su parte interna al clasificador. El otro extremo está mecanizado con un chavetero doble con dos chavetas para conectarlo al vastago de accionamiento exterior (17) que, además de transmitir el giro al alabe, le sirve a éste de apoyo junto con el casquillo cilindrico (16). A su vez, el vastago de accionamiento (17) está apoyado en otro casquillo cilindrico (18) soldado a la pared frontal (2) del clasificador por su parte externa. Este casquillo (18) dispone de un sistema de cierre para evitar la fuga de partículas y aire al exterior, consistente en dos prensas (19), un casquillo de bronce (20), que hace de apoyo al vastago de accionamiento (17), y otros dos prensas adicionales (21) de cierre. El conjunto es cerrado por una pieza de apriete (22) roscada que deforma

los prensas para que garanticen la estanqueidad del vastago (17), permitiendo, no obstante, el giro de éste alrededor de su eje.

En la figura 4 se ha representado una perspectiva de un sistema de accionamiento manual de los alabes regulables mediante una maneta (23) solidaria al vastago de accionamiento (17). La fijación de éste a una posición determinada se realiza mediante un pasador (24) que conecta la maneta (23) con un dial (25) paralelo al plano de la pared frontal (2) del clasificador. El dial (25) dispone, en un ángulo de 90°, de varios orificios para el pasador (24) que permiten discretizar el arco descrito por el alabe. Los orificios del dial (25) están mecanizados en una pieza soporte (26) que es soldada a la pared frontal (2).

Como elemento de seguridad, con el fin de evitar la posible caída del alabe por un desplazamiento axial del vastago de accionamiento (17) respecto al chavetero, se coloca una brida (27) desmontable sobre dicho vastago que hace de tope con la pieza soporte (26) donde se ha mecanizado el dial (25).

Como alternativa el accionamiento de los alabes puede realizarse de forma automática mediante un actuador neumático de giro dotado de un posicionador electroneumático soportado sobre la misma pieza soporte (26).

Adicionalmente a los alabes deflectores regulables (11) y (12) descritos anteriormente, es objeto de patente la introducción en el clasificador de una serie de paletas separadoras (28), dispuestas de forma paralela y uniformemente repartidas a lo largo de línea imaginaria que une los extremos de los deflectores fijos (14) y (29) de la voluta interna (9) que delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los conductos de salida (10). En la figura 2 se han representado cinco de estas paletas pero su número en cada caso concreto dependerá de las dimensiones del clasificador y de los márgenes de regulación requeridos.

Las paletas (28), son placas planas, articuladas en su eje central, de achura ligeramente inferior a la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera (3) y su longitud

entre un 20 y un 25 por ciento superior a la distancia entre los ejes de giro de sucesivas paletas (28). Están sustentadas prácticamente del mismo modo que los alabes deflectores regulables, según se observa en la figura 5, donde el vastago (30) soldado a la paleta (28), el casquillo de apoyo (31) interno al clasificador, el vastago de accionamiento (32), el casquillo de sellado (33) con sus componentes internos, la brida desmontable de tope (34) y la pieza de soporte (35) son elementos comunes en ambos casos.

Las paletas (28) son accionadas de forma simultánea, girando cada una respecto a su eje, y de forma tal que mantengan el paralelismo entre ellas (ver figura 6).

Para ello el vastago de accionamiento (32) de todas las paletas dispone de un brazo de palanca (36) (todos del mismo tamaño) solidario a aquel y colocado de forma perpendicular respecto al eje de giro. Los brazos de palanca (36) están conectados entre sí por una barra de transmisión (37) a través de una articulación que les permite el giro. Uno de los brazos de palanca (36), por ejemplo el de la paleta superior, es conectado de forma rígida a una maneta manual (38) que, al accionarse, permite el movimiento de todas las paletas (28).

La fijación de éstas a una posición determinada se realiza con un pasador (39) que conecta la maneta manual (38) con un dial (40) paralelo al plano de la pared frontal

(2). Éste está provisto de varios orificios para el pasador (39), colocados en un arco concéntrico con el eje de la paleta superior. Los orificios están uniformemente distribuidos en el dial (40) en un arco de 90°, de manera que se permita regular de forma discreta la posición de las paletas (28) en el interior del clasificador, desde la posición horizontal a la vertical en el sentido de las agujas del reloj las de la voluta (9) izquierda y en sentido contrario las de la derecha.

El movimiento de las paletas (28) puede ser accionado de forma automática.

Una forma efectiva de hacerlo consiste en sustituir la maneta manual (38) por un actuador neumático lineal que actúa sobre la barra de transmisión (37) en la dirección longitudinal de ésta. Para permitir el giro de los brazos de palanca (36), y por tanto el de

las paletas (28), debe articularse tanto la cogida del actuador a un punto fijo como su unión a la barra de transmisión (37).