SISTEMA DE COMBUSTIÓN PARA GENERACIÓN DE VAPOR Y PROCEDIMIENTO PARA CONTROL DE EMISIONES QUE USA ENRIQUECIMIENTO DE OXÍGENO.
Un procedimiento de combustión para generación de vapor, que comprende:
proporcionar una corriente (42) de gas enriquecido con oxígeno con un contenido en oxígeno de 21 a 100%; crear una corriente oxidante (46) que contiene la corriente de gas enriquecida con oxígeno (42); combustión de un combustible en la corriente de oxidante (42) en una cámara (10) de combustión que genera vapor y que genera gas (22) de combustión que presenta un caudal másico de gas de combustión que es menor que un caudal másico del gas de combustión generado por la cámara (10) de combustión cuando opera con el mismo caudal másico de combustible y con aire que la corriente oxidante; y reducción de la cantidad de al menos una materia particulada, SOx, NOx y mercurio en el gas (22) de combustión con un sistema (20) de control de contaminantes de gas de combustión, en el que la etapa de crear una corriente oxidante (46) comprende la liberación de un gas (80) de dilución en el gas enriquecido con oxígeno (42) formando la corriente oxidante (46), y el gas de dilución comprende gas de combustión húmedo o seco recirculado
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2003/000516.
Solicitante: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: 75, QUAI D'ORSAY 75007 PARIS FRANCIA.
Inventor/es: MARIN, OVIDIU, CHATEL-PELAGE,FABIENNE, MACADAM,SCOTT, PENFORMIS,Erwin.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 14 de Febrero de 2003.
Clasificación PCT:
- B01D53/32 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B; aparato de vórtice B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › por efectos eléctricos que no sean los previstos en el grupo B01D 61/00.
- F23L7/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION. › F23L SUMINISTRO DE AIRE O LIQUIDOS O GASES NO COMBUSTIBLES A APARATOS DE COMBUSTION EN GENERAL (altares con medios de suministro de aire o vapor F23M 3/04; desviadores o protectores con pasajes de suministro de aire F23M 9/04 ); VALVULAS O REGULADORES DE TIRO ESPECIALMENTE ADAPTADOS AL CONTROL DEL SUMINISTRO DE AIRE O EL TIRO EN APARATOS DE COMBUSTION; TIRO INDUCIDO EN APARATOS DE COMBUSTION; TAPAS PARA CHIMENEAS O RESPIRADEROS; TERMINALES PARA LOS CONDUCTORES DE HUMOS. › Alimentacion de líquidos o gases al fuego no combustibles distintos del aire, p. ej. oxígeno, vapor.
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
PDF original: ES-2357831_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Campo de la invención
La invención se refiere a un procedimiento para control de emisiones mejorado de un sistema de combustión para generación de vapor que usa una combinación de un procedimiento de combustión mejorado y sistemas de tratamiento de gas de combustión. 5
Descripción de la técnica relacionada
Los sistemas de combustión industrial son la fuente principal de emisiones dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y mercurio (Hg), así como también de dióxido de carbono (CO2). Ya sea por el Protocolo de Kyoto o por iniciativas recientes por parte del gobierno de Estados Unidos, estas plantas de combustión industrial tendrán que cumplir ahora con regulaciones cada vez más exigentes relacionadas con estos contaminantes. 10
La combustión de combustibles fósiles en calderas de centrales eléctricas, calderas industriales, hornos, secaderos, etc. da lugar a la formación de niveles significativos de contaminantes. La combustión de carbón, por ejemplo, conduce a la generación, entre otros, de SOx, NOx, Hg y materia particulada. Todas estas sustancias han demostrado ir en detrimento de la salud humana.
El procedimiento típico de reducción de emisiones de partículas, Hg, NOx y SO2 de calderas de generación de vapor 15 usadas en centrales eléctricas es con el uso de equipos de tratamiento de gas de combustión, que incluyen precipitadores electrostáticos (ESP), filtros de mangas, sistemas catalíticos o lavadores por vía húmeda y seca. Estos dispositivos son grandes y muy caros de adquirir y de operar, aumentan de forma significativa los gastos de inversión de la instalación y aumentan los costes de operación. De forma típica requieren grandes cantidades de espacio en el lugar de la planta y aumentan el coste de la electricidad producida en una central eléctrica hasta el cincuenta por ciento. 20
En hornos de fabricación de vidrio se ha usado combustión enriquecida con oxígeno principalmente por dos razones: aumenta la eficiencia del proceso y reduce la generación de NOx. Por ejemplo, la eficiencia de la fabricación de vidrio se ve aumentada proporcionando aproximadamente 20–25% de ahorro de combustible con oxi–combustión en comparación con la combustión con aire.
Sin embargo el uso de combustión enriquecida con oxígeno en hornos de vidrio no afecta al volumen de gas de 25 combustión que se trata, debido a que el gas de combustión a alta temperatura que sale del horno se diluye en aire para reducir su temperatura antes del tratamiento del gas de combustión para eliminar emisiones dañinas. Por tanto, el coste de tratamiento del gas de combustión, en base al volumen de gas de combustión que se va a tratar, se mantiene sustancialmente constante cuando se cambia de combustión con aire a combustión enriquecida con oxígeno en hornos de fabricación de vidrio. Finalmente se tiene que tener en cuenta el coste de la generación de oxígeno. Por tanto, las 30 emisiones de NOx y la eficiencia energética mejoradas resultantes de la combustión enriquecida con oxígeno en hornos de vidrio no siempre se traducen en ahorros de costes asociados en estos hornos.
Por el contrario en calderas para generación de vapor, tales como las usadas en instalaciones de generación de energía eléctrica, la cantidad de contaminación producida por la caldera es por lo general alta debido a que los combustibles usados y el coste de control de la contaminación es una parte muy significativa del coste de producción de 35 energía.
Un modo de reducir los costes de tratamiento de gas de combustión para sistemas de combustión para generación de energía es combinar las diversas técnicas de reducción de contaminantes en una única operación, conocida como control multi–contaminante. En Alix y col. (patentes de Estados Unidos números 6.132.692; 6.117.403; y 5.871.703) y McLarnon y col. (McLarnon, C.R., Jones, M.D., “Electro–Catalytic Oxidation Process for Multi–Pollutant Control at 40 FirstEnergy's R.E. Burger Generating Station”, presentado en Electric Power 2000, Cincinnati, OH, 5 de Abril de 2000), se propone un procedimiento para la reducción de emisiones de NOx, SO2, Hg y partículas en un único sistema que usa un reactor de barrera de descarga basado en plasma para oxidar NOx, SO2, y Hg en HNO3, H2SO4 y HgO respectivamente. En este reactor una descarga de pulsos entre dos electrodos separados por un dieléctrico produce especies radicalarias tales como OH, O y H a temperaturas relativamente bajas 65 a 148,9º C (150 a 300 F). Estos 45 radicales transforman rápidamente SOx, NOx y Hg en óxidos superiores. Los ácidos, HgO, y las partículas se eliminan subsiguientemente en un precipitador electrostático por vía húmeda. Sin embargo debido a la importante cantidad de gas que se va a tratar el consumo de energía del reactor puede ser elevado, de hasta aproximadamente 5% de la central energética. Este procedimiento se describe sólo para aplicaciones de combustión con combustión de aire, y no se hace referencia a sistemas enriquecidos con oxígeno. 50
El documento US–A–5.590.519 describe un sistema de combustión para generación de vapor que comprende un sistema de liberación de gas de dilución (gas de combustión recirculado) en la cámara de combustión.
Sería deseable proporcionar un procedimiento de control de emisiones mejorado en calderas que producen energía y/o vapor mediante el uso de combustión enriquecida con oxígeno.
55
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento de combustión con una corriente de gas enriquecida con oxígeno y un sistema de control de contaminantes para conseguir emisiones mejoradas a un coste reducido.
De acuerdo con una realización de la presente invención un procedimiento de combustión para generación de vapor incluye proporcionar una corriente de gas enriquecida con oxígeno con un contenido en oxígeno de 21% a 100%, lo que 5 genera un vapor oxidante que contiene la corriente de gas enriquecida con oxígeno, combustión de un combustible en el vapor oxidante en una cámara de combustión para generación de vapor y generación del gas de combustión que presenta un caudal másico de gas de combustión que es menor que un caudal másico de gas de combustión generado por la cámara de combustión cuando opera con el mismo caudal másico de combustible y con aire que la corriente oxidante y reducción de la cantidad de al menos uno entre materia particulada, SOx, NOx y mercurio en el gas de 10 combustión con un sistema de control de contaminación del gas de combustión.
Breve descripción de las figuras
La invención se describirá ahora con mayor detalle con referencia a las realizaciones preferidas ilustradas en los dibujos que acompañan, en los que elementos análogos se señalan con números de referencia análogos, y en los que:
La figura 1 es un diagrama esquemático de una realización de un sistema de combustión para generación de vapor 15 capaz de implementar un procedimiento de acuerdo con la invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático de una realización del sistema de liberación oxidante de la figura 1 con un sistema de liberación de gas de dilución.
La figura 3 es un diagrama esquemático de otra realización de un sistema de combustión para generación de vapor con un sistema de liberación de gas de dilución que usa gas de combustión reciclado. 20
La figura 4 es un diagrama esquemático de una realización adicional del sistema de generación de vapor enriquecido con oxígeno de la figura 1.
La figura 5 es un diagrama esquemático de una realización del sistema de tratamiento de gas de combustión de la figura 1.
La figura 6 es un diagrama esquemático de otra realización del sistema de tratamiento de gas de combustión de la 25 figura 1.
Descripción detallada de la invención
La invención se refiere a un procedimiento de combustión para generación de vapor para control de emisiones que usa enriquecimiento de oxígeno. El procedimiento de sustitución de al menos una parte del aire de combustión por un sistema de combustión para generación de vapor con un oxidante resultante de un gas enriquecido con oxígeno diluido 30 o no con gas de combustión recirculado, aire, N2, CO2 o vapor de acuerdo con la presente invención reduce el volumen y caudal másico del gas de combustión que abandona la cámara... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un procedimiento de combustión para generación de vapor, que comprende:
proporcionar una corriente (42) de gas enriquecido con oxígeno con un contenido en oxígeno de 21 a 100%;
crear una corriente oxidante (46) que contiene la corriente de gas enriquecida con oxígeno (42);
combustión de un combustible en la corriente de oxidante (42) en una cámara (10) de combustión que genera 5 vapor y que genera gas (22) de combustión que presenta un caudal másico de gas de combustión que es menor que un caudal másico del gas de combustión generado por la cámara (10) de combustión cuando opera con el mismo caudal másico de combustible y con aire que la corriente oxidante; y
reducción de la cantidad de al menos una materia particulada, SOx, NOx y mercurio en el gas (22) de combustión con un sistema (20) de control de contaminantes de gas de combustión, en el que la etapa de crear una corriente 10 oxidante (46) comprende la liberación de un gas (80) de dilución en el gas enriquecido con oxígeno (42) formando la corriente oxidante (46), y el gas de dilución comprende gas de combustión húmedo o seco recirculado.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la corriente de gas enriquecida con oxígeno (42) presenta un contenido en oxígeno de aproximadamente el 90% o más. 15
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la corriente oxidante (46) presenta un contenido en oxígeno de aproximadamente el 90% o más.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la corriente de gas enriquecida con oxígeno se genera con una unidad (40) de separación de aire configurada para separar aire en al menos una primera corriente (42) de oxígeno gaseoso que presenta una pureza de aproximadamente el 90% o más y una segunda corriente (94). 20
5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que la segunda corriente (94) es nitrógeno que presenta una pureza de aproximadamente 90% o más.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la corriente de gas enriquecida con oxígeno (42) es generada por una unidad (40) de separación de aire configurada para separar aire en al menos una primera corriente (42) de oxígeno gaseoso que presenta una pureza de aproximadamente 95% o más y una segunda corriente (94). 25
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la segunda corriente (94) es nitrógeno que presenta una pureza entre aproximadamente 98% o más.
8. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la generación de electricidad con vapor de la cámara (10) de combustión.
9. El procedimiento de la reivindicación 1, en la que el combustible (32) comprende gas natural, gases residuales de 30 procesos industriales, u otros combustibles gaseosos.
10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el combustible (32) comprende carbón, coque, coque de quemador, residuos pesados sólidos u otros combustibles sólidos.
11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el combustible (32) comprende aceite, residuos pesados líquidos u otros combustibles líquidos. 35
12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema (20) de control de contaminante de gas de combustión incluye dispositivos separados (100, 102, 104, 106) para la reducción de materia particulada, SOx, NOx y mercurio.
13. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema (20) de control de contaminante del gas de combustión incluye un dispositivo combinado para la reducción de al menos dos entre materia particulada, SOx, NOx y mercurio.
14. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema (20) de control de contaminante del gas de combustión 40 incluye un dispositivo de tratamiento de gas de combustión basado en plasma (112) para la oxidación de al menos uno de NO, SO2 y Hg, en óxidos solubles en agua.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que el dispositivo de tratamiento de gas de combustión basado en plasma (112) se mejora con inyección de oxígeno (114).
16. El procedimiento de la reivindicación 14, que comprende un recipiente de absorrtp753685enesB 45
ción y un precipitador electrostático que recibe los óxidos solubles en agua del dispositivo de tratamiento de gas de combustión basado en plasma (112) y reduce la cantidad de los óxidos solubles en agua.
17. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el caudal másico de gas de combustión que sale de la cámara (10)
de combustión es al menos un factor de dos veces menor que el caudal másico de gas de combustión que sale de la cámara (10) de combustión cuando la cámara de combustión opera en las mismas condiciones excepto con aire como la corriente oxidante.
18. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema de control de contaminantes del gas de combustión (20) incluye dispositivos que presentan capacidades de flujo de gas de combustión menores que la capacidad de gas de 5 combustión necesaria para tratar un gas de combustión generado por la cámara (10) de combustión cuando funciona con aire como la corriente oxidante.
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