Método de funcionamiento y aparato de control de funcionamiento para horno de gasificación-fusión.

Un método de funcionamiento de un horno (3,4) de gasificación-fusión para hacer funcionar dicho horno

(3,4) de gasificación-fusión provisto de un horno (3) de gasificación para gasificar material de desecho de entrada, un horno (4) de fusión configurado para quemar constituyentes combustibles contenidos en gas de pirolisis producido en dicho horno (3) de gasificación e introducido en el horno (4) de fusión y fundir la ceniza en el gas de pirólisis, y un quemador (40) para combustión auxiliar provisto en dicho horno (4) de fusión, comprendiendo dicho método de funcionamiento:

la operación de detener el funcionamiento de dicho quemador (40) cuando un estado de funcionamiento de dicho horno (3,4) de gasificación-fusión satisface una condición específica de detención del quemador; la operación de detener la carga del material de desecho en dicho horno (3) de gasificación en un punto en el tiempo cuando la temperatura dentro de dicho horno (4) de fusión en la vecindad de dicho quemador (40) cae por debajo de una temperatura preestablecida de detención de la carga de residuos después de que dicho quemador (40) ha dejado de funcionar; y

reencender dicho quemador (40) en un punto en el tiempo cuando la concentración de oxígeno en el gas suministrado desde dicho horno (3) de gasificación hasta dicho horno (4) de fusión se incrementa hasta una concentración preestablecida de reignición del quemador después de que se detiene la carga del material de desecho.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2007/067003.

Solicitante: Kobelco Eco-solutions Co., Ltd.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 4-78, WAKINOHAMA-CHO 1-CHOME, CHUO-KU KOBE-SHI, HYOGO 651-0072 JAPON.

Inventor/es: HOSODA,HIROYUKI, MINAKAWA,KOJI, ITO,TADASHI, NIKAIDO,HIROO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > HORNOS CREMATORIOS; COMBUSTION DE DESECHOS O DE COMBUSTIBLES... > Métodos o aparatos, p. ej. incineradores, especialmente... > F23G5/50 (Control o dispositivos de seguridad)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > HORNOS CREMATORIOS; COMBUSTION DE DESECHOS O DE COMBUSTIBLES... > F23G5/00 (Métodos o aparatos, p. ej. incineradores, especialmente adaptados para la combustión de desechos o de combustibles de baja calidad)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > HORNOS CREMATORIOS; COMBUSTION DE DESECHOS O DE COMBUSTIBLES... > Métodos o aparatos, p. ej. incineradores, especialmente... > F23G5/027 (por pirólisis o por gasificación (pirólisis de aguas de alcantarilla C02F 11/00; destilación destructiva de materias carbonosas C10B 53/00))

PDF original: ES-2461769_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de funcionamiento y aparato de control de funcionamiento para horno de gasificación-fusión

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de funcionamiento y un aparato de control de funcionamiento para un horno de gasificación-fusión para la eliminación de residuos tales como residuos sólidos municipales y residuos industriales así como a un método y un aparato para regular la basicidad de la escoria descargada del horno de fusión-gasificación.

Antecedentes de la técnica Como medio para el desecho de residuos, se conoce convencionalmente un horno de gasificación-fusión de lecho fluidizado, por ejemplo, descrito en el documento 1 de patente. Este horno de gasificación-fusión de lecho fluidizado comprende un horno de gasificación de lecho fluidizado que tiene un lecho fluidizado formado por un gas de fluidización, y un horno de fusión dispuesto aguas abajo de él. El anteriormente mencionado horno de gasificación de lecho fluidizado produce gases de pirolisis por la combustión parcial de residuos arrojados al lecho fluidizado. El anteriormente mencionado horno de fusión quema adicionalmente los gases de pirolisis producidos por el horno de gasificación de lecho fluidizado y funde la ceniza contenida en los gases produciendo de este modo escoria. Se proporciona en la parte superior de este horno de fusión un quemador auxiliar para mantener la temperatura en el horno.

Este tipo de horno de gasificación-fusión tiene los problemas mencionados a continuación a resolver con respecto al funcionamiento del horno.

1) Acerca del funcionamiento del quemador

En un estado en el que la temperatura interna del anteriormente mencionado horno de gasificación-fusión ya ha llegado a alrededor de 1.300ºC, incluso si está apagado el quemador auxiliar en ese estado, la combustión espontánea de componentes sin quemar mantendrá alta la temperatura dentro del horno durante un rato. Esto provoca un deseo de una apropiada detención del funcionamiento del quemador para ahorrar combustible y por problemas medioambientales (especialmente en vista de las restricciones de las emisiones de CO2) .

Sin embargo, después de que se detiene el quemador como se menciona anteriormente, puede ocurrir un caso en el que el quemador no consigue reanudar con éxito la combustión cuando se reenciende. Si el quemador se reenciende en un momento en el que los gases sin quemar que salen en la proximidad del quemador han alcanzado una temperatura igual o más baja que una temperatura de ignición espontánea como resultado de una rápida caída de la temperatura del horno cerca del quemador por una razón u otra después de la detención del funcionamiento del quemador, por ejemplo, puede surgir una combustión anormal.

2) Acerca de la fluidez de la escoria Para mantener la descarga estable de la escoria a través de una salida de escoria del anteriormente mencionado horno de gasificación-fusión, es importante mantener la fluidez de la escoria. Manteniendo baja la fluidez de la escoria puede ocurrir un riesgo de que la escoria pueda atascar la salida de escoria para impedir el funcionamiento continuo del horno.

Existen parámetros que dominan la fluidez de la escoria, que incluyen la temperatura y la basicidad (CaO/SiO2) de la escoria. Para mantener la fluidez de la escoria, la temperatura de la escoria debe ser más alta que su punto de flujo, mientras que el punto de flujo tiene una correlación significativa con la basicidad de la escoria. Específicamente, se sabe que la basicidad de la escoria que excede de un valor de aproximadamente 0, 7 implica una elevación del punto de flujo de la escoria con un incremento de la basicidad. Por ejemplo, se sabe que la basicidad de la escoria de 1 produce un punto de flujo de la escoria de 1.200ºC.

El ajuste de la basicidad de la escoria es por lo tanto importante para el funcionamiento continuo eficiente y estable del horno de gasificación-fusión. Aunque el horno de fusión se hace funcionar para mantener su temperatura interna generalmente constante, la fluidez real de la escoria está influida por cambios en su basicidad. Esto quiere decir que el funcionamiento estable es difícil sin mantener la basicidad de la escoria dentro de un intervalo apropiado. Mientras tanto, si se establece la temperatura interna del horno a un nivel más alto en anticipación de los cambios de basicidad anteriormente mencionados, no se puede evitar una baja eficiencia de funcionamiento. Por ejemplo, con la basicidad de 1 de la escoria, la descarga estable de la escoria a través de la salida de la escoria requiere que su temperatura sea 1.200ºC o superior. Además, considerando que la temperatura de la escoria descargada tiende a ser más baja que la temperatura en el horno de fusión en aproximadamente 100-150ºC, la temperatura en el horno de fusión resultante se debe establecer en 1.350ºC o superior para una descarga estable de la escoria. Continuar tal funcionamiento a alta temperatura durante largos periodos de tiempo no solo implica el requerimiento de incrementar la cantidad de combustible externo para el mantenimiento de la temperatura interna del horno y el incremente del coste de funcionamiento, sino también implicaría un incremento de la carga medioambiental así como en costes de

reparación debidos a los daños a los materiales refractarios.

En tales circunstancias, se efectúa convencionalmente suministrar ajustadores de basicidad a un sistema. Específicamente, se suministra al sistema arena de cuarzo (SiO2) o similares para disminuir la basicidad, mientras que se suministra al sistema hidróxido de calcio (Ca (OH) 2) o similares para aumentar la basicidad. Este suministro de ajustadores de basicidad en cantidades apropiadas dentro del sistema permite que se mantenga la basicidad de la escoria dentro del intervalo preferible. En pocas palabras, la determinación de las cantidades apropiadas de suministro de los ajustadores de basicidad es esencial para el ajuste apropiado de la basicidad de la escoria.

Como método para determinar las cantidades del suministro de los anteriormente mencionados ajustadores de basicidad, el documento 2 de patente propone una medida de la basicidad real de la escoria por medio del uso de equipo de análisis. El método descrito en este documento incluye una etapa de analizar la composición de la escoria descargada de hecho de un horno usando un espectrómetro de fluorescencia de rayos X simplificado, etc., y una etapa para determinar la cantidad de cada adición de ajustador de basicidad basada en los resultados del análisis.

Este método, sin embargo, implica una gestión complicada de la operación. Específicamente, requiere la instalación de un analizador especializado y operaciones regulares de análisis para el cálculo de la basicidad de la escoria. Además, el analizador está generalmente instalado en una organización dedicada lejos del sitio, que requiere el transporte de muestras de escoria desde la planta de eliminación de residuos que incluye el horno de gasificaciónfusión. Esto provoca un considerable lapso de tiempo desde la toma de muestra de escoria hasta una determinación de la basicidad de la escoria.

Además, en este método, es difícil de verificar la fiabilidad de los resultados del análisis. En este método, se usa generalmente un equipo de análisis instalado fuera de la instalación de desecho como se mencionó anteriormente, que puede efectuar solo un análisis periódico en intervalos relativamente largos. Es extremadamente difícil evaluar si los resultados de los análisis obtenidos en tales intervalos infrecuentes son válidos o deben ser excluidos como valores peculiares que ocurrieron erráticamente. Un fallo en esta evaluación previene la determinación de la cantidad apropiada de cada ajustador... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de funcionamiento de un horno (3, 4) de gasificación-fusión para hacer funcionar dicho horno (3, 4) de gasificación-fusión provisto de un horno (3) de gasificación para gasificar material de desecho de entrada, un horno (4) de fusión configurado para quemar constituyentes combustibles contenidos en gas de pirolisis producido en dicho horno (3) de gasificación e introducido en el horno (4) de fusión y fundir la ceniza en el gas de pirólisis, y un quemador (40) para combustión auxiliar provisto en dicho horno (4) de fusión, comprendiendo dicho método de funcionamiento:

la operación de detener el funcionamiento de dicho quemador (40) cuando un estado de funcionamiento de dicho horno (3, 4) de gasificación-fusión satisface una condición específica de detención del quemador;

la operación de detener la carga del material de desecho en dicho horno (3) de gasificación en un punto en el tiempo cuando la temperatura dentro de dicho horno (4) de fusión en la vecindad de dicho quemador (40) cae por debajo de una temperatura preestablecida de detención de la carga de residuos después de que dicho quemador (40) ha dejado de funcionar; y

reencender dicho quemador (40) en un punto en el tiempo cuando la concentración de oxígeno en el gas suministrado desde dicho horno (3) de gasificación hasta dicho horno (4) de fusión se incrementa hasta una concentración preestablecida de reignición del quemador después de que se detiene la carga del material de desecho.

2. El método de funcionamiento del horno de gasificación-fusión como se describe en la reivindicación 1, en el que dicho quemador (40) se reenciende sin tener en cuenta la concentración de oxígeno en un punto en el tiempo cuando la temperatura dentro de dicho horno (4) de fusión en la vecindad de dicho quemador (40) se incrementa hasta una temperatura preestablecida más alta que la temperatura de detención de la carga de residuos, después de que dicho quemador (40) ha dejado de funcionar.

3. El método de funcionamiento del horno (3, 4) de gasificación-fusión como se describe en la reivindicación 1

o 2, en el que la condición de detención del quemador incluye que un estado en el que la temperatura dentro de dicho horno (4) de fusión en la vecindad de dicho quemador (40) o su valor promedio móvil es igual o mayor que una temperatura preestablecida de detención del quemador se mantiene durante un periodo de tiempo específico.

4. Un aparato de control de funcionamiento de un horno (3, 4) de gasificación-fusión para controlar el funcionamiento de dicho horno (3, 4) de gasificación-fusión provisto de un horno (3) de gasificación para gasificar material de desecho de entrada, un horno de fusión (4) configurado para quemar constituyentes combustibles contenidos en gas de pirolisis producido en dicho horno (3) de gasificación e introducido en el horno (4) de fusión y fundir ceniza en el gas de pirolisis, y un quemador (40) para combustión auxiliar provisto en dicho horno (4) de fusión, comprendiendo dicho aparato de control de funcionamiento: un alimentador (2) de residuos para cargar el material de desecho en dicho horno (3) de gasificación; y un termómetro (46) para detectar la temperatura dentro de dicho horno (4) de fusión en la vecindad de dicho quemador (40) ; estando caracterizado el aparato de control de funcionamiento porque:

el aparato de control adicionalmente comprende: un analizador (45) de oxígeno para detectar la concentración de oxígeno en el gas alimentado desde dicho horno (3) de gasificación hasta dicho horno (4) de fusión; y un sistema (50 de control para controlar el funcionamiento de dicho horno (3) de gasificación basado en los resultados de detección de dicho termómetro (46) y dicho analizador (45) de oxígeno, incluyendo dicho sistema (50) de control: un controlador (52) del quemador que produce una señal de orden de detención del quemador para detener el funcionamiento de dicho quemador (40) cuando un estado de funcionamiento de dicho horno (3, 4) de gasificaciónfusión satisface una condición específica de detención del quemador;

un controlador (54) de carga de residuos que produce una señal de orden de detención de la carga para impedir que dicha carga de residuos cargue el material de desecho en dicho horno (3) de gasificación en un punto en el tiempo cuando la temperatura detectada por dicho termómetro cae hasta una temperatura preestablecida de detención de la carga de residuos después de que dicho quemador (40) ha dejado de funcionar; y

el controlador (52) del quemador produce una señal de orden de reignición del quemador para reencender dicho quemador (40) en un punto en el tiempo cuando la concentración de oxígeno detectada por dicho analizador (45) de oxígeno se incrementa hasta una concentración preestablecida de reignición del quemador después de que dicho alimentador (2) de residuos ha detenido la carga de material de desecho.

5. El aparato de control de funcionamiento del horno (3, 4) de gasificación-fusión como se describe en la reivindicación 4, en el que el controlador (52) del quemador produce la señal de reignición del quemador sin tener en cuenta la concentración de oxígeno en un punto en el tiempo cuando la temperatura detectada por dicho termómetro (46) se incrementa hasta una temperatura preestablecida mayor que la temperatura de detención de la carga de residuos después de que dicho quemador (40) ha dejado de funcionar.

6. El aparato de control de funcionamiento del horno (3, 4) de gasificación-fusión según se describe en la reivindicación 4 o 5, en el que la condición de detención del quemador incluye que la temperatura detectada por dicho termómetro (46) o uno de sus valores promedio móviles se ha mantenido igual o mayor que una temperatura preestablecida de detención del quemador durante un periodo de tiempo específico.