Método y aparato para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión.

Un método para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión (4) mediante la utilización de un aparato según la reivindicación 3,

comprendiendo dicho método el suministro de oxígeno a la pluralidad de orificios del orificio para la combustión en dos etapas (7), en el que el ajuste se hace en el sentido de incrementar la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7), para de esta forma reducir la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape; el ajuste se hace en el sentido de disminuir la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) cuando se ha de elevar la absorción de calor total en la caldera (4) o cuando se ha de reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape,

si se produce una petición de reducción de la densidad de NOX en una parte del horno de la caldera (4), siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape (Sa4), entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) para reducir la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb3), para de esta forma disminuir la densidad de oxígeno y así bajar, a su vez, la densidad de NOX en la parte del horno de la caldera (4), y

si se produce una petición de elevación de la absorción de calor en una parte del horno de la caldera (4, Sa5) o si se produce una petición de reducción de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en una parte del horno (Sa6), entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) para incrementar la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb4), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno y así elevar, a su vez, la absorción de calor en la parte de la caldera (4) o para así reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en la parte del horno de la caldera (4).

Método y aparato para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión Campo técnico La presente invención se refiere a un método y un aparato para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión.

Antecedentes de la técnica El aumento en la densidad de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera se ha revelado como uno de los factores determinantes del calentamiento global, sobre el cual se ha llamado recientemente la atención como un problema medioambiental a escala global. Una central térmica se presenta, en una primera aproximación, como una fuente fija que expulsa estas sustancias. El combustible para la generación de energía térmica puede ser petróleo, gas natural o carbón, de entre los cuales se prevé que el carbón tenga especialmente una gran demanda futura debido a sus mayores reservas potenciales.

El carbón contiene un mayor porcentaje de carbono en comparación con el gas natural y el petróleo, junto con otros elementos tales como hidrógeno, nitrógeno y azufre, y ceniza como un elemento inorgánico. Por tanto, cuando se quema carbón en presencia de aire, la mayor parte de la composición del gas de escape de combustión está constituida por nitrógeno (alrededor del 70%) , con la parte restante constituida por dióxido de carbono CO2, óxidos de azufre SOX, óxidos de nitrógeno NOX, oxígeno (alrededor del 4%) y otros gases, y partículas tales como carbón sin quemar y cenizas. Por ello, el gas de escape es sometido a tratamientos para gases de escape tales como la desnitrificación, desulfuración y la extracción de polvo de modo que el NOX, SOX y las partículas estén dentro de sus respectivos valores estándar de emisión medioambiental antes de su emisión a la atmósfera a través de un conducto de chimenea.

El NOX del gas de escape se divide en un NOX térmico generado a partir de la oxidación del nitrógeno del aire por el oxígeno y en un NOX combustible generado como consecuencia de la oxidación del nitrógeno del combustible. Hasta ahora, se ha empleado un método de combustión para la disminución de la temperatura de la llama al objeto de reducir el NOX térmico, mientras que se ha utilizado otro método de combustión para la formación de una región con exceso de combustible que desoxida el NOX dentro de un quemador al objeto de reducir el NOX combustible.

En el caso de utilizar un combustible que contiene azufre, tal como el carbón, se proporciona un dispositivo de desulfuración por vía húmeda o seca para eliminar el SOX generado en el gas de escape como consecuencia de la combustión.

Por otro lado, se desea que una gran cantidad del dióxido de carbono generado en el gas de escape se separe y elimine de forma muy eficaz. Hasta el momento se ha probado y evaluado un posible método para la captura del dióxido de carbono contenido en el gas de escape, el cual incluye un método para hacer que una amina u otro líquido absorbente lo absorba, un método de adsorción para hacer que un sólido adsorbente lo adsorba o un método de filtración a través de membrana, todos los cuales tienen un bajo rendimiento de conversión, que por tanto hace que no alcancen todavía un nivel de CO2 capturado en una caldera de carbón de utilización práctica.

En consecuencia, se ha propuesto una tecnología de combustión de un combustible con oxígeno en vez de con aire como una forma eficaz de tratar a la vez tanto el problema de la separación del dióxido de carbono del gas de escape como el problema de la eliminación del NOX térmico (véanse, por ejemplo, los documentos de literatura patente 1 a 4) .

Cuando el carbón se quema con oxígeno, no se observa la generación de NOX térmico y la mayor parte del gas de escape está constituido por dióxido de carbono, con la parte restante constituida por otros gases que contienen el NOX combustible, SOX y combustibles sin quemar, logrando por tanto una licuefacción y separación relativamente fácil del dióxido de carbono por medio de un enfriamiento del gas de escape.

Se hará una descripción de una construcción de una caldera de combustión con aire. La construcción de la caldera es de diferentes tipos, uno de los cuales tiene unos quemadores dispuestos en hileras múltiples de forma lateral con respecto al horno y dispuestos en una pluralidad de etapas en sentido vertical, y tiene además un orificio para la combustión en dos etapas (llamado OAP, over air port, por sus siglas en inglés) dispuesto en determinadas posiciones por encima de los correspondientes quemadores en hileras, de manera que se lleva a cabo una combustión en dos etapas por medio del aire de combustión en dos etapas que se insufla a través de los orificios para la combustión en dos etapas.

[Documento de literatura patente 1] JP 5-231609 A [Documento de literatura patente 2] JP 2001-235103 A [Documento de literatura patente 3] JP 5-168853 A [Documento de literatura patente 4] JP 2007-147162 A

El documento de patente JP 06-101809 A se refiere a una instalación de caldera que optimiza la concentración de oxígeno en el aire de combustión que se suministra a un cuerpo principal de la caldera. El aire primario se inyecta en un cuerpo de caldera por medio de un conducto de suministro de combustible de un quemador, pasando por un molino, a través de unas líneas de recirculación de aire primario. Las líneas de recirculación secundaria y terciaria son para la combustión en la zona situada aguas abajo y para la combustión en dos etapas, respectivamente. Las líneas de recirculación primaria, secundaria y terciaria están provistas de reguladores de caudal para el ajuste del caudal de oxígeno. Una parte del gas de combustión fluye a través de un conducto de escape y de una conducción de recirculación del gas de escape. Se proporcionan unos reguladores de caudal adicionales primario, secundario y terciario para el ajuste de la cantidad de corrientes de escape que circulan por las líneas de recirculación primaria, secundaria y terciaria, respectivamente.

Compendio de la Invención Problemas técnicos La caldera normal o la caldera de combustión en dos etapas plantean un problema que consiste en que puede ser difícil controlar la cantidad de NOX y de combustibles sin quemar, tal como CO, en el gas de escape que emite la caldera. Hasta la fecha, se ha probado y evaluado la variación del ratio de flujo másico de aire al objeto de controlar la cantidad de NOX y de combustibles sin quemar, tal como CO, en el gas de escape, dando lugar a un control no satisfactorio de los mismos.

La invención se ha llevado a cabo en vista de lo anterior, y tiene como objeto proporcionar un método y un aparato para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión para poder regular la cantidad de NOX y de combustibles sin quemar en el gas de escape que emite la caldera.

Solución a los problemas La invención está dirigida a un método para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión según la reivindicación 1.

En el método para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión está previsto que, cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape, el ajuste se hace en el sentido de incrementar la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas, para de esta forma reducir la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas, mientras que cuando se ha de elevar la absorción de calor total en la caldera o cuando se ha de reducir la cantidad de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape, el ajuste se hace en el sentido de disminuir la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas, para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas.

En el método para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión es preferible que la densidad de oxígeno se ajuste en cada una de las pluralidades de orificios para la combustión en dos etapas dispuestas en la caldera.

En el método para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión está previsto que, una parte del gas de escape proporcionado a través de la línea de recirculación secundaria se suministre al orificio para la combustión en dos etapas de la caldera.

La invención está dirigida a un aparato para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión según la reivindicación 3.

En una realización que no es parte de la invención, es preferible que, cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar... [Seguir leyendo]

1. Un método para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión (4) mediante la utilización de un aparato según la reivindicación 3, comprendiendo dicho método el suministro de oxígeno a la pluralidad de orificios del orificio para la combustión en dos etapas (7) , en el que el ajuste se hace en el sentido de incrementar la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) , para de esta forma reducir la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape; el ajuste se hace en el sentido de disminuir la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) , para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) cuando se ha de elevar la absorción de calor total en la caldera (4) o cuando se ha de reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape, si se produce una petición de reducción de la densidad de NOX en una parte del horno de la caldera (4) , siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape (Sa4) , entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d) , se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) para reducir la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb3) , para de esta forma disminuir la densidad de oxígeno y así bajar, a su vez, la densidad de NOX en la parte del horno de la caldera (4) , y si se produce una petición de elevación de la absorción de calor en una parte del horno de la caldera (4, Sa5) o si se produce una petición de reducción de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en una parte del horno (Sa6) , entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d) , se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) para incrementar la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb4) , para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno y así elevar, a su vez, la absorción de calor en la parte de la caldera (4) o para así reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en la parte del horno de la caldera (4) .

2. Un método para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión según la reivindicación 1, en el que la densidad de oxígeno se ajusta en cada una de las pluralidades de orificios (7a, 7b, 7c, 7d) de los orificios para la combustión en dos etapas (7) .

3. Un aparato para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión (4) , que comprende dicha caldera (4) con una pluralidad de quemadores (6) y un orificio para la combustión en dos etapas (7) que proporciona una pluralidad de orificios (7a, 7b, 7c, 7d) correspondientes a dichos quemadores (6) , una línea de recirculación primaria (12) a través de la cual se suministra una parte del gas de escape en recirculación emitido por la caldera (4) como gas de escape de recirculación primario hasta un molino (3) del aparato, y el carbón pulverizado obtenido en el molino (3) se suministra a los quemadores (6) de la caldera (4) por medio de dicho gas de escape de recirculación primario, una línea de recirculación secundaria (14) a través de la cual se suministra otra parte del gas de escape en recirculación hasta una cámara de distribución de aire (5) de la caldera (4) , un generador de oxígeno (23) , una línea de suministro directo (25) a través de la cual se suministra directamente una parte del oxígeno producido por el generador de oxígeno (23) a los quemadores (6) , y una línea de mezcla de oxígeno secundario (24) a través de la cual se suministra otra parte del oxígeno producido por el generador de oxígeno (23) a la línea de recirculación secundaria (14) , comprendiendo dicho aparato además una línea de recirculación terciaria (19) que sale de dicha línea de recirculación secundaria (14) , entre la cámara de distribución de aire (5) y un segundo regulador de caudal (15) , un tercer regulador de caudal (20) dispuesto para la regulación del caudal en la línea de recirculación terciaria (19) , reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) dispuestos en las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d) para la regulación de caudales, en el que la línea de recirculación terciaria (19) se ramifica en su punto medio en las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d) al objeto de corresponderse respectivamente con la pluralidad de orificios (7a, 7b, 7c, 7d) del orificio para la combustión en dos etapas (7) , una línea de suministro de oxígeno (26) que sale de una línea del generador de oxígeno (23) , aguas arriba con respecto al punto en que se ramifica en la línea de mezcla de oxígeno secundario (24) y en la línea de suministro directo (25) , que se ramifica en una pluralidad de líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d) , las cuales, a su vez, se conectan, respectivamente, con las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d) , un regulador de caudal de oxígeno general (27) y un medidor de densidad de oxígeno general (28) proporcionados, respectivamente, en el lado situado aguas arriba y en el lado situado aguas abajo de la línea de suministro de oxígeno (26) , reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) dispuestos para la regulación del caudal en las líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d) , y una unidad de control (30) que está conectada al tercer regulador de caudal (20) de la línea de recirculación terciaria (19) , a los reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) de las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d) , y al regulador de caudal de oxígeno general (27) de la línea de suministro de oxígeno (26) y a los

reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) de las líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d) ; y que está provista de medios de procesamiento (Sa, Sb) con objeto de controlar el tercer regulador de caudal (20) , los reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) , el regulador de caudal de oxígeno general (27) y los reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) en función de las 5 señales de un medidor de densidad de NOX (31) dispuesto en una línea de gas de escape (8) del aparato, entre la caldera (4) y un recalentador de gas de escape de recirculación (9) del aparato, del medidor de densidad de oxígeno (28) de la línea de suministro de oxígeno (26) , de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d) , y en el que los reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) correspondientes a los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 10 22d) y a los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) están adaptados para operar al objeto de reducir la cantidad de oxígeno suministrado a la unidad de orificios del orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb3) , para de esta forma disminuir la densidad de oxígeno y así bajar, a su vez, la densidad de NOX en una parte del horno de la caldera (4) si se produjera una petición de reducción de la densidad de NOX en la parte del horno de la caldera (4) , siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape (Sa4) , al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d) , y en el que los reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) correspondientes a los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) y a los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) están adaptados para operar al objeto de incrementar la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb4) , para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno y así elevar, a su vez, la absorción de calor en una parte de la caldera (4) o para así reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en una parte del horno de la caldera (4) si se produjera una petición de elevación de la absorción de calor en la parte del horno de la caldera (4, Sa5) o si se produjera una petición de reducción de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en la parte del horno (Sa6) , al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d) .