MÉTODO Y APARATO PARA CONTROLAR LA COMBUSTIÓN EN UNA CALDERA QUE QUEMA CON OXÍGENO.

Método y aparato para controlar la combustión en una caldera que quema con oxígeno. Campo técnico La presente invención se refiere a un método y a un aparato para controlar la combustión en una caldera que quema con oxígeno, y especialmente se refiere a un método y a un aparato para controlar la combustión en una caldera que quema con oxígeno cuando la combustión con oxígeno se realiza usando una caldera existente que quema con aire. Técnica básica Recientemente, el calentamiento global ha estado dando problemas como cuestión relacionada con el medio ambiente a escala global en gran cantidad. Se ha puesto de manifiesto que el aumento en la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera es una de las principales causas del calentamiento global, y las plantas de energía térmica están atrayendo la atención como fuentes fijas de descarga del material. Como combustible para la generación de energía térmica se usa petróleo, gas natural o carbón. Se espera que especialmente el carbón, que tiene grandes reservas explotables, tenga una creciente demanda en el futuro. El carbón tiene mucho contenido de carbono en comparación con el gas natural y el petróleo, e incluye componentes tales como hidrógeno, nitrógeno, azufre y cenizas como materia inorgánica, de forma que el aire de combustión del carbón origina gases de escape de combustión sustancialmente compuestos por nitrógeno (aproximadamente 70%) y que incluyen otros, tales como el dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), vapor, polvo que comprende cenizas y partículas de carbón no quemadas y oxígeno (aproximadamente 4%). Por eso, los gases de escape de combustión se descargan a la atmósfera a través de un apilamiento, después de tratamientos de los gases de escape tales como la desnitración, el desazufrado, y se realiza una eliminación del polvo para hacer que los NOx, SOx y las partículas finas, sean inferiores a la norma de emisión al medio ambiente. Los NOx, en los gases de escape de combustión, pueden ser NOx térmicos producidos mediante la oxidación del nitrógeno del aire por medio del oxígeno, y los NOx combustibles producidos mediante la oxidación del nitrógeno del combustible. De forma convencional, para disminuir la producción de NOx térmicos y combustibles se emplea, respectivamente, una combustión con temperatura de llama inferior y una combustión con un combustible con exceso de reductor de los NOx, en una región de la cámara de combustión. En la combustión del carbón o de un combustible que contiene azufre, los gases de escape de combustión incluyen SOx que se retiran mediante un desazufrador de tipo seco o mojado. También se desea que se retire, con una eficacia superior, el dióxido de carbono producido en grandes cantidades en los gases de escape de combustión. Una propuesta convencional para la retirada del dióxido de carbono en los gases de escape de combustión es, por ejemplo, la absorción en una amina u otra solución absorbente, la adsorción en un adsorbente sólido, o la separación a través de una membrana. Sin embargo, cualquiera de ellas tiene una eficacia inferior y en la práctica no se usan. Entonces, se ha propuesto la combustión del combustible por medio de oxígeno, en vez de aire, como una técnica eficaz para la separación del dióxido de carbono y la supresión de la producción de NOx térmicos en los gases de escape de combustión (véase por ejemplo, la Referencia 1, los documentos JP 2001-235103 y JP 5-231609) . La combustión de carbón con oxígeno no produce NOx térmicos y origina gases de escape de combustión compuesto sustancialmente de dióxido de carbono, y que incluye otros tales como NOx combustibles y SOx, hecho que hace relativamente fácil enfriar los gases de escape de combustión para la licuefacción y separación del dióxido de carbono. Sin embargo, la combustión con oxígeno implica un problema técnico de temperatura más alta de llama, como para tener que ocuparse, por ejemplo, de mejorar la resistencia al calor y la duración de los materiales de un horno de combustión. Como se muestra en la Referencia 1, una conocida contramedida para el problema es la recirculación de los gases de escape, bifurcando los gases de escape de combustión procedentes del horno de combustión, después del tratamiento de los gases de escape, y mezclar los gases de escape de combustión bifurcados con gas de combustión, como por ejemplo oxígeno o aire, que se va a introducir en el horno de combustión. Para la recirculación de los gases de escape, en la Referencia 1 se describen medios para enfriar los gases de escape de combustión, tratados mediante medios de tratamiento de gases de escape de combustión a -80ºC o menos para la licuefacción y el almacenamiento del dióxido de carbono con el fin de separarlo del oxígeno, una soplante compresora para comprimir el oxígeno para su licuefacción y almacenamiento, y medios para vaporizar el oxígeno almacenado para su recirculación a la línea de suministro de gas de combustión. [Referencia 1] Patente japonesa Nº 3068888. 2 E06833456 24-11-2011   Sumario de la invención Problemas que se van a resolver mediante la invención Sin embargo, la técnica descrita en la Referencia 1 tiene inconvenientes en los dispositivos y en la energía para que los gases de escape de combustión se enfríen mediante un enfriador para la licuefacción y el almacenamiento del dióxido de carbono, y el oxígeno se comprima para su licuefacción y almacenamiento, recirculándose a la línea de suministro del aire de combustión parte del oxígeno licuado almacenado. Más específicamente, la concentración de oxígeno en los gases de escape de combustión, procedentes del equipo de combustión es, por lo general, tan baja como, más o menos, el 4%. Con el fin de recuperar este bajo contenido de oxígeno, se requiere, de forma desfavorable, un dispositivo y energía motriz de manera que el oxígeno después de la licuefacción y de la separación del dióxido de carbono, por medio de un enfriamiento mediante el enfriador, se comprima mediante una soplante compresora para recuperarlo en forma licuada. Además, como se mencionó anteriormente, la combustión con oxígeno implica un problema técnico de una temperatura superior de llama, lo que es problemático en cuanto a la resistencia al calor y a la duración de los componentes de un horno de combustión. Con el fin de superar el problema, la Referencia 1 está basada en la recirculación de los gases de escape de combustión. Sin embargo, no está descrito en absoluto cómo se realiza el control para hacer posible que la operación sea estable. Por eso, es imposible operar, en la realidad, una caldera que quema con oxígeno mediante la técnica descrita en la anterior Referencia 1. Más específicamente, por ejemplo, la Referencia 1 describe que se usa como gas de combustión un gas mixto de dióxido de carbono obtenido por separación a partir de los gases de escape de combustión, con oxígeno separado del aire, con una concentración de oxígeno en el gas mixto que se hace igual a la del aire. Sin embargo, el equipo de combustión puede tener una carga variada y, por eso, es natural que el oxígeno pueda faltar cuando se aumenta la carga y se aumenta la cantidad de combustible suministrado. De esta manera, la Referencia 1 no tiene en cuenta la técnica para la operación estable de la caldera que quema con oxígeno. La invención se hizo en vista de lo anterior, y tiene por objeto proporcionar un método y un aparato para controlar la combustión en una caldera que quema con oxígeno, que son aplicables fácilmente a una caldera existente que quema con aire, para el control fácil y estable de la combustión, establecer una cantidad de oxígeno que se va a suministrar al cuerpo de una caldera sobre la base de la demanda de carga de la caldera y controlar una caudal de recirculación de los gases de escape de combustión sobre la base de la cantidad de absorción de calor del cuerpo de la caldera con el fin de controlar la concentración de oxígeno en todo el gas dirigido hacia el cuerpo de la caldera, y disponer de una línea para el suministro de oxígeno, mezclado con gas de recirculación, al cuerpo de la caldera, y una línea para el suministro de oxígeno directamente al cuerpo de la caldera, en el que la cantidad de absorción de calor del cuerpo de la caldera se controla cambiando las relaciones de caudales del oxígeno suministrado a dichas líneas. Medios o medidas para resolver los problemas La invención está dirigida a un método para controlar la combustión en una caldera que quema con oxígeno, en la que el aire se separa en oxígeno y otro gas en el que prevalece el nitrógeno mediante una unidad de separación de aire, quemándose, en el cuerpo de la caldera, el oxígeno obtenido mediante la unidad de separación... [Seguir leyendo]

1. Un método para controlar la combustión en una caldera que quema con oxígeno, en la que el aire (8) se separa en oxígeno (9) y otro gas (10), en el que prevalece el nitrógeno, mediante una unidad (6) de separación del aire, quemándose el oxígeno (9) obtenido mediante la unidad (6) de separación del aire y el combustible (3), en un cuerpo (4) de caldera para calentar agua (36) de alimentación, con el fin de producir vapor (38), recirculándose, al menos parcialmente, los gases de escape (14) de combustión procedentes del cuerpo (4) de la caldera como gas (14a) de recirculación al cuerpo (4) de la caldera, después de un tratamiento de retirada de polvos, comprendiendo dicho método suministrar oxígeno (9) al cuerpo (4) de la caldera en una cantidad establecida según la demanda de carga (35) de la caldera; medir la cantidad de absorción de calor de la caldera usando la temperatura de entrada del agua (36) de alimentación suministrada al cuerpo (4) de la caldera y la temperatura de salida del vapor (38) y/o la temperatura de los gases de escape de combustión de la caldera; y controlar el caudal de recirculación de dicho gas de recirculación a dicho cuerpo (4) de la caldera para hacer que la cantidad de absorción de calor sea igual a la cantidad de absorción de calor buscada, y controlar por ello la concentración de oxígeno en todo el gas dirigido al cuerpo (4) de la caldera, caracterizado porque se dispone de una línea (12a) para el suministro de dicho oxígeno (9) mezclado con el gas (14a) de recirculación al cuerpo (4) de la caldera, y una línea (12b) para el suministro de dicho oxígeno (9) directamente al cuerpo (4) de la caldera, controlándose la cantidad de absorción de calor del cuerpo (4) de la caldera cambiando las relaciones de caudales del oxígeno (9) suministrado a dichas líneas (12a, 12b). 2. Un método para controlar una caldera que quema con oxígeno según la reivindicación 1, en el que el caudal de recirculación de dicho gas (14a) de recirculación se controla de forma que la cantidad de absorción de calor de dicho cuerpo (4) de la caldera llegue a ser igual a la cantidad de absorción de calor de una caldera existente que quema con aire. 3. Una caldera que quema con oxígeno, que tiene un aparato para controlar dicha caldera; un medio (2) de suministro de combustible; una unidad (6) de separación del aire para separar el aire (8) en oxígeno (9) y un gas (10) en el que prevalece el nitrógeno; un cuerpo (4) de la caldera para recibir combustible (3) procedente de dicho medio (2) de suministro de combustible y oxígeno (9) procedente de dicha unidad (6) de separación del aire para la combustión, calentando por ello una agua (36) de alimentación para producir vapor (38); un tubo (15) de humos para conducir los gases de escape (14) de combustión en dicho cuerpo (4) de la caldera hacia el exterior; unos medios (19) de tratamiento de los gases de escape dispuestos en dicho tubo (15) de humos para dirigir al menos la retirada de polvos; un conducto (13) para el flujo de recirculación de los gases de escape para recircular a dicho cuerpo (4) de la caldera parte de los gases de escape (14) de combustión tratados mediante dichos medios (19) de tratamiento de los gases de escape, comprendiendo dicho aparato un controlador (34) de la cantidad suministrada de oxígeno para controlar la cantidad de oxígeno suministrado a dicho cuerpo (4) de la caldera según la demanda de carga (35) de la caldera; unod medios (32) de control del caudal de recirculación en dicho conducto (13) para el flujo de recirculación; un medidor (37) de la temperatura de entrada para medir la temperatura del agua (36) de alimentación sumi- nistrada a dicho cuerpo (4) de la caldera; un medidor (39) de la temperatura de salida para medir la temperatura del vapor a la salida del cuerpo (4) de la caldera; una unidad (40) de medición de la cantidad de calor para medir la cantidad de absorción de calor del cuerpo (4) de la caldera, basado en las temperaturas de entrada y de salida medidas por dichos medidores (37, 39) de las temperaturas de entrada y de salida; y un controlador (43) del caudal de recirculación para controlar el caudal de recirculación del gas (14a) de recirculación, usando dichos medios (32) de control del caudal de recirculación de forma que se haga la cantidad de absorción de calor, medida mediante dicha unidad (40) de medición de la cantidad de absorción de calor, igual a la cantidad (42) de absorción de calor buscada, caracterizada porque se dispone de una línea (12a) para el suministro de dicho oxígeno (9), mezclado con el gas de recirculación (14a), al cuerpo (4) de la caldera, y una línea (12b) para el suministro de dicho oxígeno (9) directamente al cuerpo (4) de la caldera, controlándose la cantidad de absorción de calor del cuerpo (4) de la caldera cambiando las relaciones de los caudales del oxígeno (9) suministrado a dichas líneas (12a, 12b). 4. Una caldera que quema con oxígeno según la reivindicación 3, en la que en vez de, o además de, dichos medidores (37, 39) de las temperaturas de entrada y de salida, se dispone de un medidor (45) de la temperatura de los gases de escape para medir la temperatura de los gases de escape de combustión de la caldera, transmitiéndose la temperatura de los gases de escape detectada en dicho medidor (45) de la temperatura de los gases de escape a dicha unidad (40) de medición de la cantidad de absorción de calor, para medir la cantidad de absorción de calor del cuerpo (4) de la caldera. 5. Una caldera que quema con oxígeno según la reivindicación 3, en la que para un posible cambio, se conecta a dicho conducto (13) para el flujo de recirculación de los gases de escape, una línea (44) de suministro de aire con el fin de suministrar aire (8) para la puesta en marcha de la caldera. 6. Una caldera que quema con oxígeno según la reivindicación 4, en la que para un posible cambio, se conecta a dicho conducto (13) para el flujo de recirculación de los gases de escape, una línea (44) de suministro de aire con el fin de suministrar aire (8) para la puesta en marcha de la caldera. 9 E06833456 24-11-2011   E06833456 24-11-2011   11 E06833456 24-11-2011