Método y aparato para controlar el caudal de gas de escape recirculante primario en caldera de oxicombustión.

Un aparato para controlar un caudal (24a) de un gas de escape recirculante primario en una caldera deoxicombustión,

en donde, mientras el oxígeno alimentado desde un productor de oxígeno (10) se introduce en unacaldera de combustión de carbón (4), una parte de un gas de escape en recirculación se introduce como gas deescape recirculante primario en un molino (3), con el gas de escape recirculante primario llevando carbónpulverizado, pulverizado por el molino (3), a un quemador (6) para oxicombustión, comprendiendo el aparato:un monitor de densidad de CO2 (22) para detectar la densidad de CO2 (22a) del gas de escape recirculante primarioa conducir al molino (3);

un monitor de densidad de O2 (23) para detectar la densidad de O2 (23a) del gas de escape recirculante primario aconducir al molino (3);

un flujómetro (24) para detectar el caudal (24a) del gas de escape recirculante primario a conducir al molino (3);un regulador de flujo (25) para regular el caudal (24a) del gas de escape recirculante primario a conducir al molino(3);

un medidor de cantidad de alimentación de carbón (26) para detectar la cantidad de alimentación de carbón (26a) aalimentar al molino (3); y

un controlador (27) para calcular la densidad relativa del gas de escape recirculante primario sobre la base de lasdensidades de CO2 y O2 (22a y 23a) detectadas por los monitores de densidad de CO2 y O2 (22 y 23),respectivamente, calcular el caudal en peso del gas de escape recirculante primario sobre la base de la densidadrelativa del gas de escape recirculante primario y el caudal (24a) detectado por el flujómetro (24), calcular la cantidaden peso del carbón pulverizado alimentado desde el molino (3) sobre la base de la cantidad de alimentación decarbón (26a) detectada por el medidor de cantidad de alimentación de carbón (26), definir G/C como la relación enpeso del caudal (24a) del gas de escape recirculante primario (24a) a la cantidad de carbón pulverizado del molino(3), y emitir una señal de control de flujo (25a) al regulador de flujo (25) de manera que G/C se encuentra dentro deun intervalo predeterminado.

Método y aparato para controlar el caudal de gas de escape recirculante primario en caldera de oxicombustión

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método y un aparato para controlar un caudal de un gas de escape recirculante primario en una caldera de oxicombustión (combustión mediante oxígeno puro) .

Antecedentes de la técnica Un aumento de la densidad de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera ha demostrado ser uno de los principales factores de calentamiento global que recientemente ha llegado a considerarse como un problema medioambiental a escala global. Una central térmica aparece en primer término como una fuente fija de expulsión de estas sustancias. Combustible para la generación de energía térmica puede ser el petróleo, gas natural o carbón, entre los que el carbón especialmente se prevé que tiene una gran demanda en el futuro debido a sus mayores reservas potenciales.

El carbón contiene un mayor porcentaje de carbono en comparación con el gas natural y petróleo, junto con otros componentes tales como hidrógeno, nitrógeno y azufre y ceniza como un componente inorgánico. Por tanto, cuando el carbón se quema usando el aire, la mayor parte de la composición de los gases de escape está constituida por nitrógeno (aproximadamente 70%) , con el resto constituido por dióxido de carbono CO2, óxido de azufre SOx, óxido de nitrógeno NOx, polvo que comprende cenizas y partículas de carbón sin quemar y oxígeno (aproximadamente 4%) . Así pues, el gas de escape de combustión se somete a tratamientos de gases de escape tales como desnitrificación, desulfuración y eliminación de polvo de manera que los NOx, SOx y materiales formados por partículas caen bajo sus respectivos valores estándar antes de la emisión a la atmósfera a través de un conducto de chimenea.

El NOx que aparece en el gas de escape de combustión se divide en un NOx térmico, generado a partir de la oxidación de nitrógeno del aire por el oxígeno, y un NOx combustible generado como resultado de la oxidación de nitrógeno del combustible. Hasta ahora se ha utilizado un método de combustión para disminuir la temperatura de la llama para la reducción del NOx térmico, mientras que se ha utilizado otro método de combustión para formar una región de exceso de combustible que desoxigena el NOx dentro de un quemador para la reducción del NOx combustible.

En caso de usar un combustible tal como carbón que contiene azufre, se ha proporcionado un dispositivo de desulfuración por vía húmeda o seca para separar SOx que se presenta en el gas de escape de combustión como resultado de la combustión.

Por otra parte se desea que una gran cantidad de dióxido de carbono generado en el gas de escape de combustión se separe y elimine también con alta eficacia. Un posible método de capturar dióxido de carbono contenido en el gas de escape de combustión ha sido revisado hasta ahora, que incluye un método de hacer que una amina u otro líquido absorbente lo absorba, un método de adsorción de hacer que un sólido adsorbente lo adsorba o un método de separación de películas, todos los cuales tienen una eficacia de conversión baja, por tanto no alcanzando todavía un nivel de uso práctico de la captura de CO2 a partir de una caldera de combustión de carbón.

En consecuencia se ha propuesto una técnica para quemar un combustible con oxígeno en vez de aire, como una técnica eficaz para abordar al mismo tiempo tanto el problema de la separación de dióxido de carbono del gas de escape de combustión como el problema de la eliminación del NOx térmico (ver, por ejemplo, Bibliografía de Patentes 1) .

Cuando se quema carbón con oxígeno no se detecta generación del NOx térmico, y la mayor parte del gas de escape de combustión está constituida por dióxido de carbono, con el resto constituido por otros gases que contienen el NOx y SOx combustible, logrando por tanto una licuefacción y separación del dióxido de carbono relativamente fácil mediante enfriamiento del gas de escape de combustión.

[Bibliografía de Patentes 1] JP 5-231609 A

El documento WO 2007/061106 A1 describe un método y dispositivo de control de combustión de una caldera de combustión por oxígeno capaz de controlar la combustión constantemente y fácilmente, que se aplica fácilmente a una caldera existente de combustión con aire. Se suministra oxígeno, en una cantidad fija correspondiente a una instrucción de carga de la caldera, a un cuerpo de caldera, se mide una cantidad de calor recogida en la caldera a partir de la temperatura de entrada del agua de alimentación suministrada al cuerpo de la caldera y la temperatura de salida del vapor, y el caudal recirculado del gas de escape de combustión se controla de manera que una cantidad de calor recogida por el cuerpo de la caldera es igual a una cantidad de calor recogida como objetivo, con lo cual se regula una concentración de oxígeno en el gas global introducido en el cuerpo de la caldera. Un desoxigenador separa oxígeno y nitrógeno del aire para suministrar al cuerpo de la caldera.

El documento WO 2007/061107 describe la separación de dióxido de carbono del gas de escape de combustión, en donde es posible descargar a la atmósfera el gas residual de escape de combustión enriquecido en los componentes del gas de escape distintos del dióxido de carbono por la separación de dióxido de carbono. El aire se separa en oxígeno y un gas a base de nitrógeno en un separador de oxígeno; el carbón se quema con el oxígeno en un quemador de un horno de combustión; un gas de escape de combustión del horno se somete a tratamiento de gases de escape; una parte del resultante gas de escape de combustión se recicla al quemador, mientras que el resto se comprime: el dióxido de carbono licuado por la compresión se extrae, mientras que el componente gas de escape residual que no se licúa por compresión se mezcla y diluye con el gas a base de nitrógeno obtenido separando el oxígeno del aire en el separador de oxígeno; y el gas de escape diluido se descarga en la atmósfera.

El documento US 3.043.525 A describe un sistema de control para un pulverizador de barrido por aire que tiene suministros de material sólido y de aire separados y un método respectivo para controlar el suministro de material sólido y aire a un pulverizador de barrido por aire. El sistema comprende medios para variar el caudal de sólidos al pulverizador, medios que responden solamente a variaciones en el caudal real de sólidos que entran en el pulverizador para controlar dichos sólidos, medios diversos para mantener un caudal de sólidos predeterminado, y medios que responden a variaciones en el caudal real de aire al pulverizador para modificar proporcionalmente dicho caudal de sólidos predeterminado al pulverizador para mantener una relación predeterminada entre la cantidad de aire y material sólido que entran al pulverizador.

Sumario de la invención Problemas técnicos Para realizar una combustión estable por un quemador, una caldera existente de combustión de carbón por combustión con aire utiliza un intervalo operativo A/C de 1, 5 a 4, 0 como se muestra en la Fig. 4, en donde A/C representa una relación en peso del caudal [ton/h] de un aire primario, que es un aire portador para carbón pulverizado producido por un molino, a la cantidad [ton/h] del carbón pulverizado del molino. El intervalo operativo se determina considerando los hechos de que una llama puede posiblemente extinguirse si A/C excede de 4, 0 y que la combustión estable no se puede mantener a partir de la estructura del molino-quemador si es inferior a 1, 5.

Sin embargo, en el caso de una caldera de combustión de carbón mediante oxicombustión como se describe en la Bibliografía de patentes 1, no se carga el aire primario debido a una diferencia en el sistema de combustión con respecto a la combustión convencional con aire, de manera que A/C no puede permanecer intacta como un indicador para la combustión estable por el quemador, diferente a la caldera existente de combustión de carbón por combustión con aire. Por tanto se ha deseado realizar una combustión estable por el quemador usando un nuevo indicador de A/C bastante diferente.

La invención se ha realizado a la vista de lo anterior y tiene como objetivo proporcionar un método y un aparato para controlar un caudal de un gas de escape recirculante primario en una caldera de oxicombustión, capaz de realizar una combustión estable por un quemador de la oxicombustión.

Solución a los problemas La invención está dirigida a un aparato para controlar un caudal de un gas de escape recirculante primario en una caldera de oxicombustión, en el que mientras que el oxígeno alimentado desde un productor... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para controlar un caudal (24a) de un gas de escape recirculante primario en una caldera de oxicombustión, en donde, mientras el oxígeno alimentado desde un productor de oxígeno (10) se introduce en una caldera de combustión de carbón (4) , una parte de un gas de escape en recirculación se introduce como gas de escape recirculante primario en un molino (3) , con el gas de escape recirculante primario llevando carbón pulverizado, pulverizado por el molino (3) , a un quemador (6) para oxicombustión, comprendiendo el aparato:

un monitor de densidad de CO2 (22) para detectar la densidad de CO2 (22a) del gas de escape recirculante primario a conducir al molino (3) ;

un monitor de densidad de O2 (23) para detectar la densidad de O2 (23a) del gas de escape recirculante primario a 10 conducir al molino (3) ;

un flujómetro (24) para detectar el caudal (24a) del gas de escape recirculante primario a conducir al molino (3) ;

un regulador de flujo (25) para regular el caudal (24a) del gas de escape recirculante primario a conducir al molino (3) ;

un medidor de cantidad de alimentación de carbón (26) para detectar la cantidad de alimentación de carbón (26a) a 15 alimentar al molino (3) ; y

un controlador (27) para calcular la densidad relativa del gas de escape recirculante primario sobre la base de las densidades de CO2 y O2 (22a y 23a) detectadas por los monitores de densidad de CO2 y O2 (22 y 23) , respectivamente, calcular el caudal en peso del gas de escape recirculante primario sobre la base de la densidad relativa del gas de escape recirculante primario y el caudal (24a) detectado por el flujómetro (24) , calcular la cantidad

en peso del carbón pulverizado alimentado desde el molino (3) sobre la base de la cantidad de alimentación de carbón (26a) detectada por el medidor de cantidad de alimentación de carbón (26) , definir G/C como la relación en peso del caudal (24a) del gas de escape recirculante primario (24a) a la cantidad de carbón pulverizado del molino (3) , y emitir una señal de control de flujo (25a) al regulador de flujo (25) de manera que G/C se encuentra dentro de un intervalo predeterminado.

2. Un aparato para controlar un caudal de un gas de escape recirculante primario en una caldera de oxicombustión como se reivindica en la reivindicación 1, en donde G/C varía de 2, 0 a 6, 0.