Procedimiento de reducción de emisiones de NOx en un quemador de carbón pulverizado que comprende las etapas siguientes:

proporcionar un quemador de cuatro zonas, en el que la zona más interna es una zona axial (25) rodeada de manera concéntrica por una primera zona anular (11), que, a su vez está rodeada de manera concéntrica por una segunda zona anular (16), que, a su vez, está rodeada de manera concéntrica por una tercera zona anular (17); proporcionar a la zona axial un primer gas que comprende oxígeno; proporcionar a la primera zona anular un gas portador que comprende un carbón pulverizado; proporcionar a la segunda zona anular un segundo gas que comprende oxígeno; proporcionar a la tercera zona anular un tercer gas que comprende oxígeno; proporcionar al quemador el gas portador a una velocidad superior a aproximadamente 15 m/s (3.000 pies/min.); gas; proporcionar al quemador el primer gas a una velocidad superior al gas portador; proporcionar al quemador el segundo gas; proporcionar al quemador el tercer gas a una velocidad superior al gas portador; quemar el carbón pulverizado en la corriente de gas portador desde el interior de la corriente con el primer gas; quemar el carbón pulverizado en la corriente de gas portador desde el exterior con el segundo gas y el tercer utilizar el gradiente de velocidad entre las cuatro zonas anulares para crear una zona de recirculación dentro de una llama del quemador; y suprimir la formación de NOx y acelerar la combustión mediante la recirculación del carbón no quemado y el oxígeno en la llama del quemador; estando el procedimiento caracterizado porque el segundo gas se proporciona a una velocidad inferior al gas portador

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere generalmente a quemadores de combustible y, en particular, a un procedimiento de combustión nuevo y útil que logra bajas emisiones de NOx suministrando oxígeno directamente al centro de la llama del quemador, de manera que se crea una zona de combustión interna rica en combustible dentro de la llama del quemador y se acelera la combustión del combustible.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El NOx es un subproducto producido durante la combustión de carbón y otros combustibles fósiles. Los problemas medioambientales referentes a los efectos del NOx han dado lugar a la promulgación de regulaciones sobre las emisiones de NOx que requieren reducciones marcadas de las emisiones de NOx a partir de centrales eléctricas y plantas industriales en varios países incluyendo Estados Unidos. Los procedimientos y aparatos comerciales actuales para reducir las emisiones de NOx han tenido éxito en la disminución de las emisiones de NOx desde los niveles emitidos en años anteriores; sin embargo, se necesitan avances adicionales, más allá de los procedimientos y aparatos conocidos en la actualidad, para mantener el cumplimiento de las regulaciones sobre las emisiones de NOx actuales.

Una variedad de quemadores de bajo nivel de NOx están comercialmente disponibles y se utilizan ampliamente para quemar carbón pulverizado (CP) y otros combustibles fósiles de manera que se reduce el NOx en comparación con quemadores convencionales. Ejemplos de quemadores de este tipo son los quemadores DRB-XCL® y DRB-4Z® de Babcock & Wilcox Company. Común a estos y a otros diseños de quemadores de bajo nivel de NOx es una boquilla de carbón axial rodeada por múltiples zonas de aire que suministran aire secundario (AS). Durante el funcionamiento, el CP suspendido en una corriente de aire primario (AP), se inyecta en el horno a través de una boquilla de carbón axial, como un chorro axial, con poca o ninguna desviación radial. La ignición del CP se consigue sometiendo a flujo turbulento al AS, provocando de este modo la recirculación de gases calientes a lo largo del chorro de combustible entrante.

Típicamente, se suministra una fracción del AS a una zona de aire muy próxima a la boquilla de carbón y se somete a flujo turbulento hasta un grado relativamente mayor que el AS suministrado a las otras zonas de aire para conseguir la ignición. Se introduce el AS restante desde el quemador a través de zonas de aire más exteriores en el quemador utilizando menos flujo turbulento, de modo que se mezcle lentamente en la llama del quemador, proporcionando de ese modo condiciones ricas en combustible en la raíz de la llama. Condiciones de este tipo promueven la generación de hidrocarburos que compiten por el oxígeno disponible y sirven para destruir el NOx y/o inhibir la oxidación de nitrógeno molecular y unido a combustible para dar NOx.

Las emisiones de NOx pueden reducirse adicionalmente mediante combustión por etapas, en la que se proporciona al quemador menos oxígeno que la cantidad estequiométrica para lograr la combustión completa. Resulta un entorno rico en combustible en la llama del quemador. El entorno rico en combustible inhibe la formación de NOx forzando que los precursores de NOx compitan con el combustible no quemado en un entorno pobre en oxígeno. A continuación, la combustión se realiza por etapas proporcionando oxígeno en exceso a la caldera en un punto por encima del quemador en el que el combustible en exceso se quema a una temperatura inferior, impidiendo de este modo la producción de NOx térmico ya que la combustión se produce a una temperatura inferior lejos de la llama del quemador. El funcionamiento por etapas también sirve para disminuir las concentraciones de oxígeno durante el proceso de combustión, lo cual inhibe la oxidación del nitrógeno unido a combustible (NOx de combustible).

El oxígeno para la combustión por etapas normalmente se proporciona en forma de aire mediante orificios de aire de funcionamiento por etapas, denominados comúnmente orificios de aire sobre llama (OFA), en un sistema que utiliza quemadores de bajo nivel de NOx. La patente US nº 5.697.306 concedida a LaRue y la patente US nº 5.199.355 concedida a LaRue, dan a conocer quemadores de bajo nivel de NOx que pueden combinarse con métodos de combustión por etapas de aire para reducir adicionalmente las emisiones de NOx.

A diferencia de los quemadores convencionales, los quemadores de bajo nivel de NOx tienden a formar llamas largas y producen niveles superiores de combustibles no quemados. Las llamas largas no siempre son deseables puesto que pueden ser incompatibles con la profundidad o altura del horno, y pueden alterar el funcionamiento de la caldera provocando impacto de llama, formación de escorias y/o corrosión de los tubos de la caldera.

Las llamas largas resultan de un suministro de aire insuficiente al chorro de combustible a medida que avanza al interior del horno. El AS de las zonas de aire externas de quemadores de bajo nivel de NOx no penetra eficazmente en el chorro de combustible aguas abajo, de manera que persiste combustible no quemado debido a una falta de suministro de aire a lo largo del eje de la llama. Son indeseables altos niveles de combustible no quemado tanto en hornos con OFA como sin los mismos. Los combustibles no quemados en forma de carbón no quemado y CO reducen la eficacia de la caldera y añaden gastos de funcionamiento, mientras que el carbón pulverizado no quemado, en virtud de su abrasividad, puede provocar daño erosivo no deseado al propio horno.

El mezclado incompleto de aire/combustible delante de un sistema OFA puede provocar cantidades excesivas de combustible no quemado que persisten hasta los orificios OFA. Cuando se intentan quemar grandes cantidades de combustible no quemado con aire en la zona OFA, la formación de NOx puede aumentar, minimizando o negando de ese modo el beneficio de la combustión por etapas con OFA. Además, resulta cada vez más difícil quemar completamente estos combustibles en y más allá de los orificios OFA, de manera que se sumen a la ineficacia y las dificultades de funcionamiento.

**(Ver fórmula)**

El documento DE 102 01 588 describe un quemador para la combustión de combustible particulado, en particular carbón con altos niveles de material inerte.

El documento EP 1 306 614 describe un quemador de combustible sólido que puede funcionar en una combustión estable en condiciones de funcionamiento de alta y baja carga utilizando lignito.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Los aspectos de la invención se exponen en las reivindicaciones.

La presente invención resuelve los problemas anteriormente mencionados asociados con la combustión retrasada producida por quemadores de bajo nivel de NOx típicos e introduce un nuevo procedimiento de combustión de combustibles fósiles para reducir adicionalmente las emisiones de NOx en calderas comerciales y de uso general.

Un aspecto de la presente invención puede considerarse un procedimiento de reducción de emisiones de NOx en un quemador de chorro de aire central que comprende proporcionar un quemador de cuatro zonas, en el que la zona más interna es una zona axial rodeada de manera concéntrica por una primera zona anular, que a su vez está rodeada de manera concéntrica por una segunda zona anular, que a su vez está rodeada de manera concéntrica por una tercera zona anular, proporcionar a la zona axial un primer gas que comprende oxígeno, proporcionar a la primera zona anular un gas portador que comprende un carbón pulverizado, proporcionar a la segunda zona anular un segundo gas que comprende oxígeno, proporcionar a la tercera zona anular un tercer gas que comprende oxígeno, proporcionar al quemador el gas portador a una velocidad superior a aproximadamente 15 m/s (3.000 pies/min.), proporcionar al quemador el primer gas a una velocidad superior al gas portador, proporcionar al quemador el segundo gas, proporcionar al quemador el tercer gas a una velocidad superior al gas portador, quemar el carbón pulverizado en la corriente de gas portador desde el interior de la corriente con el primer gas, quemar el carbón pulverizado en la corriente de gas portador desde el exterior con el segundo gas y el tercer gas, utilizar el gradiente de velocidad entre las cuatro zonas anulares para crear una zona de recirculación dentro de una llama del quemador, suprimir la formación de NOx y acelerar la combustión mediante la recirculación del carbón no quemado y el oxígeno en la llama del quemador, estando el procedimiento caracterizado porque... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de reducción de emisiones de NOx en un quemador de carbón pulverizado que comprende las etapas siguientes:

proporcionar un quemador de cuatro zonas, en el que la zona más interna es una zona axial (25) rodeada de manera concéntrica por una primera zona anular (11), que, a su vez está rodeada de manera concéntrica por una segunda zona anular (16), que, a su vez, está rodeada de manera concéntrica por una tercera zona anular (17);

proporcionar a la zona axial un primer gas que comprende oxígeno; proporcionar a la primera zona anular un gas portador que comprende un carbón pulverizado; proporcionar a la segunda zona anular un segundo gas que comprende oxígeno; proporcionar a la tercera zona anular un tercer gas que comprende oxígeno; proporcionar al quemador el gas portador a una velocidad superior a aproximadamente 15 m/s

(3.000 pies/min.); proporcionar al quemador el primer gas a una velocidad superior al gas portador; proporcionar al quemador el segundo gas; proporcionar al quemador el tercer gas a una velocidad superior al gas portador; quemar el carbón pulverizado en la corriente de gas portador desde el interior de la corriente con el primer gas; quemar el carbón pulverizado en la corriente de gas portador desde el exterior con el segundo gas y el tercer

gas; utilizar el gradiente de velocidad entre las cuatro zonas anulares para crear una zona de recirculación dentro de una llama del quemador; y suprimir la formación de NOx y acelerar la combustión mediante la recirculación del carbón no quemado y el oxígeno en la llama del quemador; estando el procedimiento caracterizado porque el segundo gas se proporciona a una velocidad inferior al gas portador.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además someter a flujo turbulento al segundo gas antes de alcanzar la llama del quemador.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, que comprende además someter a flujo turbulento al gas portador antes de la combustión.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además someter a flujo turbulento al tercer gas antes de la combustión.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además someter a flujo turbulento al primer gas antes de la combustión.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el primer gas comprende más del 21 por ciento de oxígeno.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el segundo gas comprende más del 21 por ciento de oxígeno.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tercer gas comprende más del 21 por ciento de oxígeno.