Central de caldera de oxicombustión y método de operación de la central de caldera de oxicombustión.
Una central de caldera de oxicombustión que comprende:
una unidad de separación de aire (360) para la generación de oxígeno por medio de la separación del nitrógeno del aire (363a),
una caldera (200) que tiene un quemador (210) para quemar el oxígeno suministrado por la unidad de separación de aire (360) y carbón pulverizado, un conducto primario del sistema (216) para el suministro del carbón pulverizado al quemador (210) y un molino de carbón (130),
un conducto del sistema de recirculación de gas de escape (390) para el suministro del gas de escape de combustión (380) que sale de la caldera (200) al molino de carbón (130) y una unidad de captura de dióxido de carbono (350) para capturar el dióxido de carbono del gas de escape que sale de la caldera (200), caracterizado por que
la central de caldera de oxicombustión comprende además:
un tanque de almacenamiento de oxígeno (132) dispuesto en un lado situado aguas abajo con respecto a la unidad de separación de aire (360);
un conducto de suministro de oxígeno (219) para el suministro de oxígeno al conducto primario del sistema (216) del quemador desde el tanque de almacenamiento de oxígeno (132); y
un conducto de suministro de nitrógeno (137) para el suministro de una parte del nitrógeno generado por la unidad de separación de aire (360), o un conducto de suministro de aire (138) para el suministro de aire desde el exterior, estando conectado dicho conducto de suministro (137, 138) al conducto de suministro de oxígeno (219) en un lado situado aguas abajo del tanque de almacenamiento de oxígeno (132) y en un lado situado aguas arriba con respecto a una unión con el conducto primario del sistema (216).
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10012345.
Solicitante: Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd.
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 3-1, Minatomirai 3-chome, Nishi-ku Yokohama 220-8401 JAPON.
Inventor/es: SHIBATA, TSUYOSHI, HAYASHI, YOSHIHARU, Taniguchi,Masayuki.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F23C9/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION. › F23C PROCEDIMIENTOS O APARATOS DE COMBUSTION QUE UTILIZAN COMBUSTIBLES FLUIDOS O COMBUSTIBLES SOLIDOS SUSPENDIDOS EN AIRE (quemadores F23D). › 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).
- F23L7/00 F23 […] › 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.
PDF original: ES-2548143_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Central de caldera de oxicombustión y método de operación de la central de caldera de oxicombustión Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere a una central de caldera de oxicombustión y a un método de operación de la central de caldera de oxicombustión.
Descripción de la técnica relacionada Las calderas que queman carbón pulverizado se pueden clasificar según dos tipos de sistemas de combustión, dependiendo del gas que se ha de suministrar al quemador. La combustión aire-combustible es un sistema para quemar combustible por medio del suministro de aire al quemador. Además, la oxicombustión es un sistema para quemar combustible por medio de una mezcla de oxígeno de elevada pureza y gas de escape de combustión, en vez de por aire.
En la oxicombustión, los componentes del gas de escape son en su mayoría dióxido de carbono, de manera que cuando se captura el dióxido de carbono del gas de escape no hay necesidad de concentrar el dióxido de carbono. Por tanto, la oxicombustión puede presurizar y enfriar el gas de escape en su estado y licuar y separar el dióxido de carbono, de manera que es uno de los métodos válidos para la reducción de la tasa de emisión de dióxido de carbono.
En el sistema de oxicombustión, como método para acelerar el encendido del carbón pulverizado que fluye en la proximidad del quemador, se propone un método para inyectar oxígeno hacia un flujo de mezcla de carbón pulverizado y gas de escape de combustión (documento de patente 1) .
Documento de patente 1: solicitud de patente de Japón pública nº Hei 7 (1995) - 318016.
Compendio de la invención Sin embargo, cuando se inyecta oxígeno hacia un flujo de mezcla de carbón pulverizado y gas de escape de combustión, existe la posibilidad de que el carbón pulverizado pueda entrar dentro de una masa de gas que tiene una elevada concentración de oxígeno y puede que ocurra una combustión anormal, tal como una explosión. En particular, inmediatamente después de iniciar el suministro de oxígeno, o cuando se cambian las condiciones de operación, puede ocurrir fácilmente una combustión anormal.
Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar una central de caldera de oxicombustión o un método de operación de la central de caldera de oxicombustión que evite que ocurra una combustión anormal en el quemador.
La presente invención proporciona una central de caldera de oxicombustión según la reivindicación 1 y un conducto de suministro para suministrar oxígeno al conducto primario del sistema del quemador desde el tanque de almacenamiento de oxígeno; y conducto de suministro de nitrógeno para suministrar una parte del nitrógeno generado por la unidad de separación de aire o un conducto de suministro de aire para proporcionar aire desde el exterior que está conectado al conducto de suministro de oxígeno en un lado situado aguas abajo del tanque de almacenamiento de oxígeno y en un método de operación de la central de caldera de oxicombustión según la reivindicación 4.
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un dibujo que ilustra la configuración de una central de caldera de oxicombustión de la primera realización.
La figura 2 es un dibujo que ilustra la relación entre la concentración de oxígeno en el gas oxidante y la velocidad de propagación de la llama del carbón pulverizado bajo diferentes condiciones atmosféricas.
La figura 3 es un dibujo que ilustra la situación de los cambios en el caudal de combustible, caudal de aire, caudal de oxígeno y en la velocidad de recirculación del gas de escape de combustión hasta que la central arranca en modo combustión aire-combustible, a continuación se cambia a oxicombustión, y alcanza el estado de funcionamiento estacionario de captura de dióxido de carbono.
La figura 4 es un ejemplo a modo de comparación, cuando la central se hace funcionar de acuerdo al plan mostrado en la figura 3, que muestra la situación de los cambios de la concentración de oxígeno en el gas oxidante.
La figura 5 es un dibujo que muestra un ejemplo de la situación de los cambios de la concentración de oxígeno en el gas oxidante, cuando la central se hace funcionar en la primera realización.
La figura 6 es un dibujo que muestra un ejemplo de las desviaciones entre el caudal fijado y el caudal real, cuando el oxígeno se suministra en la primera realización.
La figura 7 es un dibujo que muestra los cambios de los valores máximos de la concentración local instantánea de oxígeno en el gas oxidante, cuando la central se hace funcionar de acuerdo a la figura 6 en la primera realización.
La figura 8 es un dibujo que muestra un ejemplo de las desviaciones entre el caudal fijado y el caudal real, cuando se suministra oxígeno y nitrógeno, o aire, en la primera realización.
La figura 9 es un dibujo que muestra los cambios de los valores máximos de la concentración local instantánea de oxígeno en el gas oxidante, cuando la central se hace funcionar de acuerdo a la figura 8 en la primera realización.
La figura 10 es un dibujo que ilustra la configuración de una central de caldera de oxicombustión de la segunda realización.
La figura 11 es un dibujo que muestra el estado de mezcla del gas y el carbón pulverizado en la segunda realización.
La figura 12 es un dibujo que muestra el estado de mezcla del gas y el carbón pulverizado cuando el gas oxígeno se suministra por etapas en la segunda realización.
La figura 13 es un dibujo que ilustra la configuración de la zona próxima al quemador con respecto a la tercera realización.
La figura 14 es un dibujo que ilustra una modificación de la configuración de la zona próxima al quemador con respecto a la cuarta realización.
La figura 15 es un dibujo que ilustra otra modificación de la configuración de la zona próxima al quemador con respecto a la cuarta realización.
La figura 16 es un dibujo que ilustra otra modificación más de la configuración de la zona próxima al quemador con respecto a la cuarta realización; y La figura 17 es un dibujo que ilustra, según la dirección A, la configuración del quemador mostrado en la figura 16.
Descripción detallada de la invención A continuación, se explicarán realizaciones preferidas de centrales de caldera de oxicombustión haciendo referencia a los dibujos que se acompañan.
Realización 1
La figura 1 muestra una central de caldera de oxicombustión que utiliza carbón como combustible. Esta realización es una central térmica para la generación de vapor por medio de la utilización de una caldera 200.
La caldera 200 incluye un quemador 210 y un orificio de gas 225. Este quemador 210 suministra y quema carbón pulverizado en el horno de la caldera. El orificio de gas 225 está instalado en el lado situado aguas abajo del quemador 210 y suministra el gas de combustión de segunda etapa al horno.
Los conductos del sistema a través de los cuales fluye el gas de escape de combustión que sale de la caldera 200 se explicarán más adelante. El gas de escape de combustión 380 indica el conducto del sistema a través del cual fluye el gas de escape que sale de la caldera 200. Una unidad de control de la calidad del aire 340 es un aparato para la purificación del gas de escape. Un ventilador 381 es una unidad para hacer posible que fluya el gas de escape. Un secador 341 enfría el gas de escape y simultáneamente elimina la humedad higroscópica. Una unidad de captura de CO2 350 comprime el gas de escape después del secado y captura el dióxido de carbono del gas de escape. El gas sin capturar 351 indica una línea del sistema que muestra el gas que queda después de que el dióxido de carbono ha sido capturado por la unidad de captura de CO2 350. El gas de escape de circulación 390 representa un conducto del sistema a través del cual se recircula a la caldera 200 una parte del gas de escape de combustión 380 que sale de la caldera. Una válvula de regulación de caudal 391 del gas de escape de circulación tiene la función de ajustar el caudal de gas de escape de circulación. Un ventilador 382 es una unidad para la presurización del gas de escape de circulación, al objeto de recircularlo hasta la caldera. Un precalentador de gas 330 hace posible que el gas de escape de combustión 380 y el gas de escape de circulación 390 intercambien calor, calentando de esta forma el gas de escape de circulación 390. El gas de escape de circulación de baja temperatura 393 indica una línea del sistema para evitar pasar por el precalentador de gas 330 y hacer un baipás con respecto a él. Una válvula de control 394 del caudal de baipás tiene la... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Una central de caldera de oxicombustión que comprende:
una unidad de separación de aire (360) para la generación de oxígeno por medio de la separación del nitrógeno del aire (363a) , una caldera (200) que tiene un quemador (210) para quemar el oxígeno suministrado por la unidad de separación de aire (360) y carbón pulverizado, un conducto primario del sistema (216) para el suministro del carbón pulverizado al quemador (210) y un molino de carbón (130) , un conducto del sistema de recirculación de gas de escape (390) para el suministro del gas de escape de combustión (380) que sale de la caldera (200) al molino de carbón (130) y una unidad de captura de dióxido de carbono (350) para capturar el dióxido de carbono del gas de escape que sale de la caldera (200) , caracterizado por que la central de caldera de oxicombustión comprende además:
un tanque de almacenamiento de oxígeno (132) dispuesto en un lado situado aguas abajo con respecto a la unidad de separación de aire (360) ;
un conducto de suministro de oxígeno (219) para el suministro de oxígeno al conducto primario del sistema (216) del quemador desde el tanque de almacenamiento de oxígeno (132) ; y un conducto de suministro de nitrógeno (137) para el suministro de una parte del nitrógeno generado por la unidad de separación de aire (360) , o un conducto de suministro de aire (138) para el suministro de aire desde el exterior, estando conectado dicho conducto de suministro (137, 138) al conducto de suministro de oxígeno (219) en un lado situado aguas abajo del tanque de almacenamiento de oxígeno (132) y en un lado situado aguas arriba con respecto a una unión con el conducto primario del sistema (216) .
2. La central de caldera de oxicombustión según la reivindicación 1, en la que
el conducto de suministro de nitrógeno (137) está provisto de una válvula de cierre (135a) capaz de interrumpir un flujo de nitrógeno.
3. La central de caldera de oxicombustión según la reivindicación 1 ó 2, en la que
una salida del conducto de suministro de oxígeno está dividida y dispuesta en una dirección del flujo de gas del conducto primario del sistema (216) .
4. Un método de operación de una central de caldera de oxicombustión que comprende: una unidad de separación de aire (360) para la generación de oxígeno por medio de la separación del nitrógeno del aire;
una caldera (200) que tiene un quemador (210) para quemar el oxígeno suministrado por la unidad de separación de aire (360) y carbón pulverizado, un conducto primario del sistema (216) para el suministro del carbón pulverizado al quemador (210) y un molino de carbón (130) ;
un conducto del sistema de recirculación de gas de escape (390) para el suministro del gas de escape de combustión (380) que sale de la caldera al molino de carbón (130) ;
un conducto de aire (363b) para la combustión aire-combustible para el suministro de aire del exterior al conducto del sistema de recirculación de gas de escape en los períodos de combustión aire-combustible;
una unidad de captura de dióxido de carbono (350) para capturar el dióxido de carbono del gas de escape que sale de la caldera (200) ;
un tanque de almacenamiento de oxígeno (132) dispuesto en un lado situado aguas abajo con respecto a la unidad de separación de aire (360) ;
un conducto de suministro de oxígeno (219) para el suministro de oxígeno al conducto primario del sistema (216) del quemador (210) desde el tanque de almacenamiento de oxígeno (132) ; y un conducto de suministro de nitrógeno (137) para el suministro de una parte del nitrógeno generado por la unidad de separación de aire (360) , o un conducto de suministro de aire (138) para el suministro de aire desde el exterior, estando conectado dicho conducto de suministro (137, 138) al conducto de suministro de oxígeno (219) en un lado situado aguas abajo del tanque de almacenamiento de oxígeno (132) y en un lado situado aguas arriba con respecto a una unión con el conducto primario del sistema (216) ;
comprendiendo el método de operación de la central de caldera de oxicombustión las etapas de:
suministrar aire desde el conducto de aire (363b) para la combustión aire-combustible hasta el conducto del sistema de recirculación de gas de escape en un estado de operación de combustión aire-combustible, detener el suministro de aire desde el conducto de aire para la combustión aire-combustible y suministrar y quemar el oxígeno y el gas de escape de combustión en la caldera (200) cuando se cambia del estado de operación de 5 combustión aire-combustible al estado de operación de oxicombustión, y suministrar nitrógeno o aire al conducto de suministro de oxígeno (219) desde el conducto de suministro de nitrógeno (137) o desde el conducto de suministro de aire (138) que está conectado al conducto de suministro de oxígeno.
5. El método de operación de una central de caldera de oxicombustión según la reivindicación 4, en el que se aumenta un diámetro de partícula del carbón pulverizado para el suministro, cuando se cambia del estado de operación de combustión aire-combustible al estado de operación de oxicombustión.
6. El método de operación de una central de caldera de oxicombustión según la reivindicación 4 ó 5, en el que se inicia el suministro de nitrógeno o aire desde el conducto de suministro de nitrógeno (137) o desde el conducto de suministro de aire antes de iniciar el suministro de oxígeno desde el conducto de suministro de oxígeno (219) al 15 conducto primario del sistema (216) , cuando se cambia del estado de operación de combustión aire-combustible al estado de operación de oxicombustión.
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