Método y aparato para controlar la combustión en una caldera de combustión de oxifuel.

Un aparato de control de combustión en una caldera de combustión de oxifuel en el que el oxígeno suministrado desde una unidad de separación de aire (10) es introducido en una caldera de quemado de carbón (4),

un gas de escape en recirculación es introducido como gases de escape de recirculación primario y secundario en un molino (3) y en la caldera de quemado de carbón (4) respectivamente, siendo el carbón pulverizado por el molino (3) transferido por dicho gas de escape de recirculación primario a un quemador (6) para la combustión de oxifuel con dicho oxígeno y dicho gas de escape de recirculación secundario, comprendiendo el aparato

un sensor de densidad de O2 (22) para medir una densidad de O2 (22a) del oxígeno que va a ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4),

un caudalímetro (23) para medir un caudal (23a) del oxígeno que va ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4), un sensor de densidad de O2 (24) para medir una densidad de O2 (24a) del gas de recirculación primario que va a ser introducido en el molino (3),

un caudalímetro (25) para medir un caudal (25a) del gas de escape de recirculación primario que va ser introducido en el molino (3),

un sensor de densidad de O2 (26) para medir una densidad de O2 (26a) del gas de escape de recirculación secundario que va ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4),

un caudalímetro (27) para medir un caudal (27a) del gas de recirculación secundario que va ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4),

un regulador de caudal (29) para regular un caudal de los gases de escape de recirculación total que va a ser introducido en el molino (3) y la caldera de quemado de carbón (4) y

un controlador (30) para calcular una densidad de oxígeno introducido en la caldera que es una densidad de oxígeno para una cantidad total de gases introducidos en la caldera de quemado de carbón (4) en base a las densidades de O2 (22a, 24a, 26a) medidas por los respectivos sensores de densidad de O2 (22, 24, 26) y los caudales (23a, 25a, 27a) medidos por los respectivos caudalímetros (23, 25, 27), enviando el controlador (30) una señal de control de caudal (29a) al regulador de caudal (29) de manera que la densidad de oxígeno introducido en la caldera cae dentro de un rango predeterminado.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2008/000473.

Solicitante: IHI CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-1, TOYOSU 3-CHOME KOTO-KU TOKYO 135-8710 JAPON.

Inventor/es: YAMADA, TOSHIHIKO, WATANABE,SHUZO, UCHIDA,TERUTOSHI, TERUSHITA,SHUUHEI, MISAWA,NOBUHIRO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F22B35/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F22 PRODUCCION DE VAPOR.F22B METODOS DE PRODUCCION DE VAPOR; CALDERAS DE VAPOR (conjuntos funcionales de las máquinas de vapor en las que predominan los aspectos motores F01K; retirada de los productos o residuos de combustión, p. ej. limpieza de las superficies contaminadas por combustión de tubos y quemadores, F23J 3/00; sistemas de calefacción central doméstica que emplea vapor F24D; intercambio de calor o transferencia de calor en general F28; producción de vapor en los núcleos de los reactores nucleares G21). › Sistemas de control para calderas de vapor (control o regulación de las instalaciones de centrales de vapor F01K 7/00; para regular la alimentación de agua F22D; para controlar la temperatura de sobrecalentamiento F22G 5/00; control de combustión F23N).
  • F23C9/00 F […] › 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).
  • F23C99/00 F23C […] › Materia no prevista en otros grupos de esta subclase.
  • 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.
  • F23N1/02 F23 […] › F23N REGULACION O CONTROL DE LA COMBUSTION (dispositivos de control especialmente adaptados para aparatos de combustión en los cuales la combustión tiene lugar en un lecho fluidificado de combustible u otras partículas F23C 10/28; dispositivos de control sensibles a ciertas condiciones para regular la combustión en estufas con hogares abiertos para combustibles sólidos F24B 1/187). › F23N 1/00 Regulación del suministro de combustible. › conjuntamente con el suministro de aire.

PDF original: ES-2544678_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método y aparato para controlar la combustión en una caldera de combustión de oxifuel

Campo técnico 5

La presente invención se refiere a un aparato para controlar la combustión en una caldera de combustión de oxifuel.

Técnica anterior Una densidad de dióxido de carbono (CO2) incrementada en la atmósfera ha demostrado ser uno de los principales factores del calentamiento global que recientemente ha llamado la atención como problema medioambiental a 10 escala global. Una planta de energía térmica aparece en primer lugar como una fuente fija de descarga de estas sustancias. El combustible para la generación de energía térmica puede ser petróleo, gas natural o carbón, entre los cuales se anticipa que el carbón tenga una gran demanda futura debido a sus mayores reservas de potencial.

El carbón contiene un elevado porcentaje de carbono en comparación con el gas natural y el petróleo, junto con 15 otros componentes tales como el hidrógeno, nitrógeno o azufre, y cenizas como compuesto inorgánico. Por lo tanto, cuando el carbón se quema al aire, la mayoría de la composición del gas de escape de combustión está formada por nitrógeno (aproximadamente el 70 %) , con el resto formado por dióxido de carbono CO2, óxido de azufre SOx, óxido de nitrógeno NOx, polvo compuesto por cenizas y otras partículas y oxígeno (aproximadamente un 4%) . El gas de escape de combustión es de este modo sometido a tratamientos de gas de escape tales como la eliminación de 20 nitrógeno, desulfuración, y eliminación de polvo de manera que el NOx, SOx y las partículas canea debajo de sus respectivos valores estándar de emisión medioambientales antes de la emisión a la atmósfera a través de una chimenea.

El NOx que se produce en el gas de escape de combustión está dividido en un NOx térmico, generado a partir de la 25 oxidación de nitrógeno en el aire por el oxígeno, y un NOx de combustible generado como resultado de la oxidación de nitrógeno en el combustible. Hasta ahora, un método de combustión de disminuir la temperatura de llama ha sido empleado para la reducción del NOx térmico mientras que otro método de combustión para formar una región de exceso de combustible para desoxidación del NOx dentro de un quemador ha sido empleado para la reducción del NOx de combustible. 30

En el caso de utilizar un combustible que contiene azufre tal como carbón, un dispositivo de desulfuración en mojado o en seco ha sido dispuesto para retirar el SOx que se produce en el gas de escape de combustión como resultado de la combustión.

Se desea por otra parte que una gran cantidad de dióxido de carbono generado en el gas de escape de combustión sea también separado y retirado con elevada eficiencia. Un método posible de capturar dióxido de carbono en el gas de escape de combustión revisado hasta ahora incluye un método para producir una amina u otro líquido absorbente para absorberlo o un método de separación de membrana, todos ellos tienen una eficiencia de conversión baja, no alcanzando de este modo un nivel de uso práctico de captura de CO2 de la caldera de quemado 40 de carbón.

Por consiguiente, una tecnología de un combustible con oxígeno en lugar de aire ha sido propuesta como manera efectiva de afrontar de una vez tanto el problema de separación de dióxido de carbono en el gas de escape de combustión como el problema, de supresión del NOx térmico. 45

Cuando el carbón es quemado con oxígeno, la generación de NOx térmico no se observa y la mayoría del gas de escape de combustión está formado por dióxido de carbono con el resto formado por gases que contiene el NOx y SOx de combustible, consiguiendo posteriormente una licuefacción y separación relativamente fáciles del dióxido de carbono a través de la refrigeración del gas de escape de combustión, como se ha descrito en el documento JP 50 5231609 A. El documento EP 0081114 expone un aparato para controlar la combustión en una caldera.

Sumario de la Invención

Problemas Técnicos 55

En una caldera de quemado de carbón de combustión al aire convencional, el nitrógeno es una gas de equilibrio para el oxígeno que es el gas de componente principal distinto del oxígeno en el aire utilizado para la combustión de carbón pulverizado mientras que en una caldera de combustión de oxifuel, el dióxido de carbono y el vapor se convierten en gases de equilibrio para el oxígeno dado que son gases de componente principal distintos del oxígeno en el gas de escape de recirculación. 60

Las propiedades térmicas, sin embargo, difieren entre el nitrógeno y el dióxido de carbono y el vapor. Por tanto, se produce un problema consistente en que cuando la densidad de oxígeno (densidad de oxígeno introducido en caldera) para una cantidad total de gases introducidos en la caldera de combustión de oxifuel se establece en aproximadamente 21 % que es una densidad de oxígeno en el aire, la temperatura de llama desciende en 65

comparación con la combustión de aire, dando lugar a una absorción de calor de horno insuficiente.

La invención fue realizada con vistas a lo expuesto anteriormente y tiene por objeto proporcionar una parte para controlar la combustión en una caldera de combustión de oxifuel, asegurando una suficiente absorción de calor de horno a través de la prevención del descenso de temperatura de llama para con ello conseguir operaciones de 5 combustión de oxifuel estabilizadas.

Solución a los problemas La invención está dirigida a un aparato de control de combustión en una caldera de combustión de oxifuel en el que el oxígeno suministrado desde una unidad de separación de aire es introducido en una caldera de quemado de 10 carbón, un gas de escape en recirculación es introducido como gases de recirculación primario y secundario en un molino y la caldera de quemado de carbón, respectivamente, siendo el carbón pulverizado por el molino transferido por dicho gas de escape de recirculación a un quemador para la combustión de oxifuel con dicho oxígeno y dicho gas de escape de recirculación secundario, comprendiendo el aparato 15

un sensor de densidad de O2 para medir la densidad de O2 de oxígeno que va a ser introducido en la caldera de quemado de carbón, un caudalímetro para detectar el caudal de oxígeno que va ser introducido en la caldera de quemado de carbón, un sensor de densidad de O2 para medir la densidad de O2 del gas de escape de recirculación primario que va a ser introducido en el molino, 20

un caudalímetro para medir el caudal del gas de escape de recirculación que va a ser introducido en el molino, un sensor de densidad de O2 para medir la densidad de O2 del gas de escape de recirculación secundario que va a ser introducido en la caldera de quemado de carbón, un caudalímetro para medir un caudal del gas de escape de recirculación secundario que va a ser introducido en la caldera de quemado, 25

un regulador de caudal para regular un caudal total de los gases de escape de recirculación que va a ser introducido en el molino y la caldera de quemado de carbón y un controlador para calcular una densidad de oxígeno introducido en la caldera que es una densidad de oxígeno para una cantidad total de gases introducida en la caldera de viento de carbón en base a las densidades de O2 medidas por las respectivos sensores de densidad de O2 y los caudales medidos por los respectivos caudalímetros, 30 enviando el controlador una señal de control de caudal al regulador de caudal de manera que la densidad de oxígeno introducido en la caldera caiga dentro de un rengo predeterminado.

La invención está además dirigida a un aparato para controlar la combustión en una caldera de combustión de oxifuel en la que mientras el oxígeno suministrado desde una unidad de separación de aire es introducido en una 35 caldera de quemado de carbón una gas de escape en recirculación es introducido como gases de escape de recirculación primario y secundario en un molino y la caldera de quemado de carbón, respectivamente, siendo el carbón pulverizado por el molino transferido por dicho gas de escape de recirculación primario a una quemador para la combustión de oxifuel con dicho oxígeno y dicho gas de escape de recirculación secundario, comprendiendo el aparato, 40

un sensor de densidad de O2 para medir una densidad de O2 del oxígeno que va a ser introducido en la caldera de quemado de carbón, un caudalímetro para medir un caudal de oxígeno que va a ser introducido en la caldera de quemado de carbón, un sensor de densidad de O2 para medir una densidad de O2 de los gases de escape de recirculación totales que van a ser introducidos en el molino y la caldera de quemado de carbón, 45

un caudalímetro... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato de control de combustión en una caldera de combustión de oxifuel en el que el oxígeno suministrado desde una unidad de separación de aire (10) es introducido en una caldera de quemado de carbón (4) , un gas de escape en recirculación es introducido como gases de escape de recirculación primario y secundario en un molino 5 (3) y en la caldera de quemado de carbón (4) respectivamente, siendo el carbón pulverizado por el molino (3) transferido por dicho gas de escape de recirculación primario a un quemador (6) para la combustión de oxifuel con dicho oxígeno y dicho gas de escape de recirculación secundario, comprendiendo el aparato

un sensor de densidad de O2 (22) para medir una densidad de O2 (22a) del oxígeno que va a ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4) , 10

un caudalímetro (23) para medir un caudal (23a) del oxígeno que va ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4) , un sensor de densidad de O2 (24) para medir una densidad de O2 (24a) del gas de recirculación primario que va a ser introducido en el molino (3) , un caudalímetro (25) para medir un caudal (25a) del gas de escape de recirculación primario que va ser introducido 15 en el molino (3) , un sensor de densidad de O2 (26) para medir una densidad de O2 (26a) del gas de escape de recirculación secundario que va ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4) , un caudalímetro (27) para medir un caudal (27a) del gas de recirculación secundario que va ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4) , 20

un regulador de caudal (29) para regular un caudal de los gases de escape de recirculación total que va a ser introducido en el molino (3) y la caldera de quemado de carbón (4) y un controlador (30) para calcular una densidad de oxígeno introducido en la caldera que es una densidad de oxígeno para una cantidad total de gases introducidos en la caldera de quemado de carbón (4) en base a las densidades de O2 (22a, 24a, 26a) medidas por los respectivos sensores de densidad de O2 (22, 24, 26) y los caudales (23a, 25a, 25 27a) medidos por los respectivos caudalímetros (23, 25, 27) , enviando el controlador (30) una señal de control de caudal (29a) al regulador de caudal (29) de manera que la densidad de oxígeno introducido en la caldera cae dentro de un rango predeterminado.

2. Un aparato de control de combustión en una caldera de combustión de oxifuel, en el que el oxígeno 30 suministrado desde una unidad de separación de oxígeno (10) es introducido en una caldera de quemado de carbón (4) , un gas de escape en recirculación es introducido como gases de escape de recirculación primario y secundario en un molino (3) y la caldera de quemado de carbón (4) respectivamente, siendo el carbón pulverizado por el molino (3) transferido por dicho gas de escape de recirculación primario a un quemador (6) para la combustión de oxifuel con dicho oxígeno y dicho gas de escape de recirculación secundario, comprendiendo el aparato 35

un sensor de densidad de O2 (31) para medir una densidad de O2 (31a) del oxígeno que va a ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4) , un caudalímetro (32) para medir un caudal (32a) de oxígeno que va ser introducido en la caldera de quemado de carbón (4) , un sensor de densidad de O2 (33) para medir una densidad de O2 (33a) de los gases de escape de recirculación 40 total que va a ser introducido en el molino (3) y la caldera de quemado de carbón (4) , un caudalímetro (34) para medir un caudal (34a) de gases de escape de recirculación totales que va a ser introducido en el molino (3) y la caldera de quemado de carbón (4) , un regulador de caudal (29) para regular un caudal de los gases de escape de recirculación total que va ser introducido en el molino (3) y la caldera de quemado de carbón (4) y 45

un controlador (30) para calcular una densidad de oxígeno introducido en la caldera, que es una densidad de oxígeno para una cantidad total de gases introducida en la caldera de quemado de carbón (4) en base a las densidades de O2 (31a, 33a) medidas por los respectivos sensores de densidad de O2 (31, 33) y los caudales (32a, 34a) medidos por los respectivos caudalímetros (32, 34) , enviando el controlador (30) una señal de control de caudal (29a) al regulador de caudal (29) de manera que la densidad de oxígeno introducido en la caldera cae dentro de un 50 rango predeterminado.

3. Un aparato para controlar la combustión en una caldera de combustión de oxifuel como el reivindicado en la reivindicación 1 o 2, en el que la densidad de oxígeno introducido en la caldera cae dentro de un rango comprendido entre el 25 y el 30 %. 55


 

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