Procedimiento y aparato para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado.

Un procedimiento para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado en el que una porción de un gas de escape recirculado es introducido en una moledora

(3) .como gas de escape recirculado primario; carbón pulverizado pulverizado por dicha moledora (3) es suministrado a un quemador (6) de la caldera (4) por el gas de escape recirculado primario; otra porción del gas de escape recirculado es suministrado a una caja de aire (5) de la caldera (4) como gas de escape recirculado secundario; el resto del gas de escape recirculado es suministrado a un puerto aéreo (OAP) (18) como gas de escape de recirculación OAP; una porción de oxígeno producido por una unidad de separación de aire (23) es suministrada al gas de escape recirculado primario como oxígeno primario; otra porción del oxígeno es suministrado al gas de escape recirculado secundario como oxígeno secundario; aún otra porción del oxígeno es suministrado al gas de escape de recirculación OAP como oxígeno suministrado OAP; y el resto del oxígeno es suministrado directamente al quemador (6) como oxígeno suministrado directamente,

caracterizado por

obtener con anticipación una relación (X2; X2') entre una proporción de combustible y/o un contenido de carbono del carbón por un lado y una relación del oxígeno suministrado directamente y una cantidad total de oxígeno de la unidad de separación de aire (23) por otro lado con la combustión estable del carbón con oxígeno y regular un suministro del oxígeno suministrado directamente de manera tal que una relación del oxígeno suministrado directamente a la cantidad total de oxígeno de la unidad de separación de aire (23) se vuelve, de acuerdo a una proporción de combustible y/o un contenido de carbono que se mide con anticipación para una nueva clase de carbón cuando el carbón se cambia a la nueva clase de carbón.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2008/000474.

Solicitante: IHI CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-1, TOYOSU 3-CHOME KOTO-KU TOKYO 135-8710 JAPON.

Inventor/es: YAMADA, TOSHIHIKO, WATANABE,SHUZO, UCHIDA,TERUTOSHI, TERUSHITA,SHUUHEI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > PROCEDIMIENTOS O APARATOS DE COMBUSTION QUE UTILIZAN... > F23C99/00 (Materia no prevista en otros grupos de esta subclase)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > REGULACION O CONTROL DE LA COMBUSTION (dispositivos... > F23N5/00 (Sistemas de control de la combustión (F23N 1/00, F23N 3/00 tienen prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > PROCEDIMIENTOS O APARATOS DE COMBUSTION QUE UTILIZAN... > F23C9/00 (Aparatos de combustión caracterizados por disposiciones para hacer retornar los productos de combustión o los gases de combustión a la cámara de combustión (aparatos de combustión de lecho fluidificado con dispositivos para la remoción y parcial reintroducción de material en el lecho F23C 10/02; aparatos de combustión de lecho fluidificado con dispositivos para la remoción y parcial reintroducción de material en el lecho F23C 10/26))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE A LOS APARATOS DE COMBUSTION... > Alimentación o distribución del combustible en... > F23K3/02 (Disposiciones para la alimentación neumática, es decir, mediante una corriente de aire)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > PRODUCCION DE VAPOR > METODOS DE PRODUCCION DE VAPOR; CALDERAS DE VAPOR... > F22B35/00 (Sistemas de control para calderas de vapor (control o regulación de las instalaciones de centrales de vapor F01K 7/00; para regular la alimentación de agua F22D; para controlar la temperatura de sobrecalentamiento F22G 5/00; control de combustión F23N))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > SUMINISTRO DE AIRE O LIQUIDOS O GASES NO COMBUSTIBLES... > Pasajes o aberturas para la introducción del aire... > F23L9/02 (introduciendo el aire por encima del fuego)

PDF original: ES-2527501_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y aparato para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado Campo técnico La presente invención se refiere a un procedimiento y un aparato para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado.

Técnica anterior Un aumento de la densidad de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera ha demostrado ser uno de los factores principales del calentamiento global, que ha llamado recientemente la atención como un problema ambiental a escala global. Una planta de energía térmica parece en primer plano como una fuente fija de agotamiento de estas sustancias. El combustible para la generación de energía térmica puede ser petróleo, gas natural y carbón, entre los que se prevé especialmente el carbón por tener una gran demanda en el futuro debido a sus mayores reservas potenciales.

El carbón contiene un mayor porcentaje de carbono en comparación con el aceite y gas natural, junto con otros componentes tales como hidrógeno, nitrógeno y azufre y cenizas como un componente inorgánico. Por lo tanto, cuando el carbón se quema en el aire, la mayor parte de la composición del gas de escape es ocupada por nitrógeno (aproximadamente 70%) , con el resto ocupado por dióxido de carbono CO2, óxido de azufre SOx, óxido de nitrógeno NOx, oxígeno (alrededor de 4% ) , combustibles sin quemar y partículas tal como cenizas. El gas de escape es por lo tanto sometido a tratamientos de gases de escape como la desnitrificación, desulfuración y eliminación de polvo para que NOx, SOx y las partículas estén en sus respectivos valores estándar de emisión ambiental antes de la emisión a la atmósfera a través de una chimenea.

El NOx que se encuentra en el gas de escape se divide en un NOx térmico generado a partir de la oxidación del nitrógeno en el aire por oxígeno y un NOx de combustible generado como resultado de la oxidación del nitrógeno en el combustible. Hasta ahora, se ha empleado un procedimiento de combustión de bajar la temperatura de la llama para la reducción de NOx térmico, mientras que se ha empleado otro procedimiento de combustión de formar una región de combustible en exceso para la desoxidación de NOx dentro de una caldera para la reducción del NOx de combustible.

En caso de utilizar un combustible como el carbón que contiene azufre, se ha proporcionado un dispositivo de desulfuración en húmedo o en seco para eliminar el SOx que está en el gas de escape como resultado de la combustión.

Se desea por otro lado que una gran cantidad de dióxido de carbono generado en el gas de escape también sea separado y capturado en una alta eficiencia. Hasta ahora se ha revisado un posible procedimiento de captura de dióxido de carbono contenido en el gas de escape que incluye un procedimiento para utilizar una amina u otro líquido de absorción para absorber el mismo, un procedimiento de adsorción para utilizar un adsorbente sólido para adsorber o un procedimiento de separación de membrana, todos los cuales tienen una baja eficiencia de conversión, por lo que aún no alcanzan un nivel de uso práctico de la captura de CO2 a partir de una caldera de combustión del carbón.

Por consiguiente, se ha propuesto una técnica de quemar un combustible con oxígeno en lugar de aire como una técnica eficaz para tratar al mismo tiempo tanto el problema de la separación de dióxido de carbono en el gas de escape como el problema de la reducción del NOx térmico (véanse, por ejemplo, las Literaturas de Patentes 1 y 2) .

Cuando el carbón se quema con oxígeno, no se ve la generación de NOx térmico y la mayoría del gas de escape es ocupado por el dióxido de carbono y el resto es ocupado por otros gases que contienen el NOx del combustible, SOx y combustibles sin quemar, logrando así una licuefacción relativamente fácil y separación del dióxido de carbono a través del enfriamiento del gas de escape.

[Literatura Patente 1] JP 5-231609A

[Literatura Patente 2] JP 3053914B

JP 06-101809 está dirigida a la instalación de la caldera.

Compendio de la invención Problemas técnicos En una caldera de combustión de aire convencional, la combustión estable en su quemador se facilita mediante el control de una relación en peso (A / C) de una cantidad de un aire primario como el aire vehículo para el carbón pulverizado producido por una moledora y una cantidad de carbón pulverizado de la moledora .La llama puede

apagarse cuando el A / C es demasiado alto mientras la combustión estable no puede mantenerse a partir de la estructura del sistema moledora-quemador cuando el A/C es demasiado bajo. Así, el A/C se fija y controla dentro de un rango predeterminado para el funcionamiento de acuerdo a la caldera.

A fin de reducir el NOx del combustible, se ha empleado un procedimiento de combustión en el que una porción del gas de escape es recirculado a la caldera para formar en el quemador un área de aire insuficiente para la desoxidación de NOx.

Sin embargo, en caso de una caldera de combustión de combustible oxigenado como se describe en las literaturas de patente 1 y 2, el aire primario no se toma debido a la diferencia en el sistema de combustión de la combustión de la combustión de aire convencional, por lo que A / C no puede utilizarse como indicador de la combustión estable por el quemador, muy diferente a la caldera de combustión de aire existente.

Además, siempre es difícil introducir y quemar el carbón uniforme en propiedades y por ello, se requiere una caldera de combustión de combustible oxigenado que haga frente a muchas clases de carbón. Las propiedades del carbón varían mucho y, en consecuencia, la forma de llamas formadas por un quemador, la absorción de calor de una caldera y las propiedades de los gases de escape difieren significativamente de aquellos de la combustión con el aire cuando las propiedades del carbón varían.

De ese modo, se ha deseado el establecimiento de un índice de operación con el que pueda ejecutarse la combustión estable con oxígeno aún cuando la proporción de combustible o el contenido de carbono que representan las propiedades del carbón es variada.

La invención fue realizada en vistas de lo anterior y tiene el objeto de proporcionar un procedimiento y un aparato para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado, capaz de proporcionar combustión estable con el oxígeno aún cuando las propiedades del carbón son variadas.

Solución de los problemas La invención está dirigida a un procedimiento para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado en el que una porción de un gas de escape recirculado es introducido en una moledora como gas de escape recirculado primario; el carbón pulverizado pulverizado por dicha moledora es suministrado a un quemador de la caldera por el gas de escape recirculado primario; otra porción del gas de escape recirculado es suministrado a una caja de aire de la caldera como gas de escape recirculado secundario; el resto del gas de escape recirculado es suministrado a un OAP como gas de escape de recirculación OAP; una porción de oxígeno producido por una unidad de separación de aire es suministrada al gas de escape recirculado primario como oxígeno primario; otra porción del oxígeno es suministrado al gas de escape recirculado secundario como oxígeno secundario; aún otra porción del oxígeno es suministrado al gas de escape de recirculación OAP como oxígeno suministrado OAP; y el resto del oxígeno es suministrado directamente al quemador como oxígeno suministrado directamente, comprendiendo dicho procedimiento obtener con anticipación una relación entre una proporción... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado en el que una porción de un gas de escape recirculado es introducido en una moledora (3) .como gas de escape recirculado primario; carbón pulverizado pulverizado por dicha moledora (3) es suministrado a un quemador (6) de la caldera (4) por el gas de escape recirculado primario; otra porción del gas de escape recirculado es suministrado a una caja de aire (5) de la caldera (4) como gas de escape recirculado secundario; el resto del gas de escape recirculado es suministrado a un puerto aéreo (OAP) (18) como gas de escape de recirculación OAP; una porción de oxígeno producido por una unidad de separación de aire (23) es suministrada al gas de escape recirculado primario como oxígeno primario; otra porción del oxígeno es suministrado al gas de escape recirculado secundario como oxígeno secundario; aún otra porción del oxígeno es suministrado al gas de escape de recirculación OAP como oxígeno suministrado OAP; y el resto del oxígeno es suministrado directamente al quemador (6) como oxígeno suministrado directamente, caracterizado por obtener con anticipación una relación (X2; X2') entre una proporción de combustible y/o un contenido de carbono del carbón por un lado y una relación del oxígeno suministrado directamente y una cantidad total de oxígeno de la unidad de separación de aire (23) por otro lado con la combustión estable del carbón con oxígeno y regular un suministro del oxígeno suministrado directamente de manera tal que una relación del oxígeno suministrado directamente a la cantidad total de oxígeno de la unidad de separación de aire (23) se vuelve, de acuerdo a una proporción de combustible y/o un contenido de carbono que se mide con anticipación para una nueva clase de carbón cuando el carbón se cambia a la nueva clase de carbón.

2. Un procedimiento para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado como se reivindica en la reivindicación 1, en el que un suministro del oxígeno suministrado OAP al gas de escape de recirculación OAP se controla de manera tal que una cantidad de combustibles sin quemar se mantiene en un valor más bajo que un valor límite de combustibles sin quemar y que una densidad de NOx se mantiene en un valor más bajo que un valor límite de NOx.

3. Un procedimiento para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en el que un suministro de oxígeno primario al gas de escape recirculado primario se regula para la combustión estable en el quemador (6) , y una relación de suministro de un suministro del oxígeno secundario al gas de escape recirculado secundario y un suministro del oxígeno suministrado directamente al quemador (6) se regula para controlar una forma de llamas en el quemador.

4. Un procedimiento para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que, cuando las llamas en el quemador (6) son inestables, se ejecuta al menos uno de: una operación de incrementar el suministro del oxígeno primario al gas de escape recirculado primario; una operación de reducir el suministro del oxígeno suministrado OAP al gas de escape de recirculación OAP para incrementar un densidad de oxígeno llevado al quemador; y una operación de incrementar un suministro del oxígeno suministrado directamente.

5. Un aparato para controlar el suministro de oxígeno. en una caldera de combustión de combustible oxigenado que tiene una línea de recirculación primaria (13) para la introducción de una porción de un gas de escape llevado hacia afuera por una línea de distribución de recirculación (10) a una moledora (3) como gas de escape recirculado primario y para el suministro de carbón pulverizado pulverizado por la moledora (3) a un quemador (6) de la caldera (4) utilizando el gas de escape recirculado primario, una línea de recirculación secundaria (15) para el suministro de otra porción del gas de escape recirculado a una caja de aire (5) de la caldera (4) como gas de escape recirculado secundario, una línea de recirculación OAP (17) para el suministro del resto del gas de escape recirculado a un OAP (18) como gas de escape de recirculación OAP, una unidad de separación de aire (23) , una línea de mezclado de oxígeno primario (33) para el suministro de una porción de oxígeno producido por la unidad de separación de aire (23) a dicha línea de recirculación primaria (13) como oxígeno primario, una línea de mezclado de oxígeno secundario (24) para el suministro de otra porción del oxígeno a la línea de recirculación secundaria (15) como oxígeno secundario, una Línea de mezclado de oxígeno OAP (27) para el suministro de aún otra porción del oxígeno a la línea de recirculación OAP (17) como oxígeno suministrado OAP, una línea de alimentación de oxígeno directo (30) para el suministro del resto del oxígeno directamente al quemador (6) como oxígeno suministrado directamente, un regulador de cantidad de gas total (12) proporcionado para la línea de distribución de recirculación (10) , un regulador de oxígeno primario (35) proporcionado para la línea de mezclado de oxígeno primario (33) , un regulador de oxígeno secundario (26) proporcionado para la línea de mezclado de oxígeno secundario (24) , un regulador de oxígeno OAP (29) proporcionado para la línea de mezclado de oxígeno OAP (27) , un regulador de oxígeno directo (32) proporcionado para la línea de alimentación de oxígeno directo (30) , medios de medición de combustible sin quemar (38) para la medición de los combustibles sin quemar en el gas de escape, un monitor de densidad de NOx (37) para la medición de una densidad de NOx en el gas de escape en una salida de la caldera y medios de medición de combustible (39) para la medición de una proporción de combustible y/o un contenido de carbono del carbón que debe ser quemado,

caracterizado por que comprende un controlador (40) ingresado con anticipación con una relación (X2; X2') entre la proporción de combustible y/o un contenido de carbono del carbón por un lado y una relación del oxígeno suministrado directamente a la cantidad total de oxígeno de la unidad de separación de aire (23) por otro lado en donde se obtiene la relación del oxígeno suministrado directamente y una cantidad total de oxígeno de la unidad de separación de aire (23) cuando el carbón con la proporción de combustible y/o el contenido de carbono del mismo medido por los medios de medición de combustible (39) es quemado en forma estable, estando dicho controlador adaptado para regular, cuando la clase de carbón se cambia a una nueva, un suministro del oxígeno suministrado directamente de manera tal que la relación del oxígeno suministrado directamente y la cantidad total de oxígeno se vuelve en conformidad con la proporción de combustible y/o contenido de carbono que es medido con anticipación por los medios de medición de combustible para el nuevo carbón.

6. Un aparato para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado como se reivindica en la reivindicación 5, en el que el controlador (40) está adaptado para regular el regulador de oxígeno OAP (29) para controlar el suministro del oxígeno suministrado OAP a la línea de recirculación (17) de manera tal que la cantidad de los combustibles sin quemar medida por los medios de medición de combustible sin quemar (38) se mantiene en un valor más bajo que un valor límite de combustible sin quemar y que la densidad de NOx medida por el monitor de densidad de NOx (37) se mantiene en un valor más bajo que un valor límite de NOx.

7. Un aparato para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado como se reivindica en la reivindicación 5 o 6, en el que el controlador (40) está adaptado para regular el regulador de oxígeno primario (35) para controlar el suministro del oxígeno primario a la línea de recirculación primaria (13) para estabilizar de ese modo la combustión en el quemador (6) y está adaptado para regular una relación de suministro del suministro del oxígeno secundario a la línea de recirculación secundaria (15) regulado por el regulador de oxígeno secundario (26) y el suministro del oxígeno suministrado directamente al quemador (6) regulado por el regulador de oxígeno directo (32) para controlar de ese modo una forma de llamas en el quemador (6) .

8. Un aparato para controlar el suministro de oxígeno en una caldera de combustión de combustible oxigenado como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que cuando las llamas en el quemador (6) son inestables, el controlador (40) está adaptado para ejecutar al menos uno de: una operación para regular el regulador de oxígeno primario (35) para incrementar el suministro del oxígeno primario a la línea de recirculación primaria (13) ; una operación para regular el regulador de oxígeno OAP (29) para reducir el suministro del oxígeno suministrado OAP a la línea de recirculación OAP (17) para incrementar de ese modo la densidad e oxigeno llevado al quemador, y una operación para regular el regulador de oxígeno directamente suministrado (32) para incrementar el suministro del oxígeno suministrado directamente.