Sistema y procedimiento para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas en un sistema de caldera.

Un procedimiento para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas dentro de un sistema (12) de caldera,

teniendo el sistema (12) de caldera una primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52), una pluralidad de sensores (116, 118, 120, 121) de detección de escoria, una pluralidad de sensores (110, 112, 114, 115) de temperatura, y una pluralidad de sensores (94, 96, 98, 99) de CO dispuestos en su interior, comprendiendo el procedimiento:

recibir una primera pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores (110, 112, 114, 115) de temperatura, dispuestos en el sistema (12) de caldera;

determinar una pluralidad de niveles de temperatura en una primera pluralidad de ubicaciones en el sistema (12) de caldera basándose en la primera pluralidad de señales;

recibir una segunda pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores (94, 96, 98, 99) de CO dispuestos en el sistema (12) de caldera;

determinar una pluralidad de niveles de CO en la primera pluralidad de ubicaciones basándose en la segunda pluralidad de señales;

recibir una tercera pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores (116, 118, 120, 121) de detección de escoria dispuestos en el sistema (12) de caldera;

determinar una pluralidad de niveles de espesor de escoria en la primera pluralidad de ubicaciones basándose en la tercera pluralidad de señales;

determinar una segunda pluralidad de ubicaciones que tengan niveles de espesor de escoria mayores que un nivel de espesor de escoria de umbral y niveles de temperatura mayores que un nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que un nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de ubicaciones un subconjunto de la primera pluralidad de ubicaciones;

determinar una segunda pluralidad de quemadores en el sistema (12) de caldera que contribuyen a la segunda pluralidad de ubicaciones que tenga niveles de espesor de escoria mayores que el nivel de espesor de escoria de umbral y niveles de temperatura mayores que el nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que el nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); e incrementar una proporción de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores, para disminuir el índice de formación de escoria en la segunda pluralidad de ubicaciones, en el que determinar la segunda pluralidad de quemadores, comprende:

acceder a un mapa (172) de factor de influencia basado en flujo de masa que indica un flujo de masa de airecombustible o un porcentaje de flujo de masa en cada ubicación de la segunda pluralidad de ubicaciones

desde cada quemador de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); e

identificar quemadores desde la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) que tengan un flujo de masa de aire-combustible o un porcentaje de flujo de masa mayor que un valor predeterminado, para determinar la segunda pluralidad de quemadores;

comprendiendo el procedimiento además:

determinar una tercera pluralidad de ubicaciones que tenga niveles de espesor de escoria menores que o iguales al nivel de espesor de escoria de umbral o niveles de temperatura menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de ubicaciones un subconjunto de la primera pluralidad de ubicaciones;

determinar una tercera pluralidad de quemadores en el sistema (12) de caldera que contribuyen a la tercera pluralidad de ubicaciones que tienen niveles de espesor de escoria menores que o iguales al nivel de espesor de escoria de umbral o niveles de temperatura menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); y

disminuir una proporción de A/F de al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores.

Sistema y procedimiento para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas en un

sistema de caldera

La presente invención se refiere a un sistema y procedimiento para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas en un sistema de caldera.

Los sistemas de caldera alimentados con combustibles fósiles se han utilizado para generar electricidad. Un tipo de sistema de caldera alimentado con combustible fósil quema una mezcla de aire/carbón para generar energía de calor que incrementa la temperatura del agua para producir vapor. El vapor se utiliza para accionar un generador de una turbina que produce energía eléctrica.

Un problema asociado con el anterior sistema de caldera es que el sistema de caldera puede tener regiones espaciales o ubicaciones donde la escoria o los hidrocarburos no quemados comienzan a adherirse a las paredes del sistema de caldera. Cuando las formaciones de escoria se vuelven relativamente gruesas, las formaciones de escoria pueden separarse de las paredes y dañar el equipo dentro del sistema de caldera. Esta formación de escoria, si no se controla oportunamente, afecta de esta manera al ciclo de mantenimiento del sistema de caldera provocando una operación de limpieza temprana y costosa. Esto a su vez afecta negativamente a las ventas de generación de energía debido al tiempo de inactividad resultante. Al mismo tiempo, estas formaciones de escoria reducen el coeficiente de transferencia de calor (capacidad) en estas ubicaciones en una zona de sobrecalentamiento y recalentamiento ya que reduce la eficiencia térmica general del sistema de caldera, incrementando un coste operativo del sistema de caldera para la generación de energía.

El documento US 4.996.951 desvela un procedimiento para optimizar el soplado de hollín en el funcionamiento de la caldera produciendo una indicación del espesor presente de una capa de hollín, determinando el incremento en el coste de transferir la energía de calor al medio calentado debido a la capa de hollín, y realizar una operación de retirada de hollín que comienza en un momento seleccionado basándose en el incremento del coste determinado.

El documento US 6.164.221 desvela un procedimiento para reducir el carbono no quemado en las calderas con NOx bajo, que comprende incrementar una proporción de aire a combustible en un primer quemador para disminuir un porcentaje de carbono no quemado atribuible a dicho primer quemador, y reducir la proporción de aire a combustible en un segundo quemador para mantener una proporción sustancialmente constante y total de aire a combustible.

Por consiguiente, los inventores en el presente documento han reconocido la necesidad de un sistema y procedimiento para controlar un sistema de caldera que pueda disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas dentro del sistema de caldera. Al mismo tiempo, al implementar el control del flujo de masa de combustible y el flujo de masa de aire del nivel del quemador, este sistema y procedimiento ayudará a economizar el uso de costosos compuestos o aditivos de reducción de escoria en el nivel del quemador programando tal uso únicamente para los quemadores que tienen un mayor impacto en las formaciones de escoria en ubicaciones predeterminadas dentro del sistema de caldera.

La presente invención proporciona un procedimiento para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas dentro de un sistema de caldera de acuerdo con la reivindicación 1.

La presente invención también proporciona un sistema de control para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas dentro de un sistema de caldera de acuerdo con la reivindicación 4.

Diversos aspectos y realizaciones de la presente invención se describirán ahora, a modo de ejemplo, en relación con los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 ilustra un sistema de generación de energía que tiene un sistema de caldera y un sistema de control de acuerdo con una realización ejemplar;

La Figura 2 es un diagrama de bloques de los algoritmos de software utilizados en el sistema de control de la Figura

1;

Las Figura 3-11 son diagramas de flujo de un procedimiento para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas del sistema de caldera de la Figura 1 de acuerdo con otra realización ejemplar;

La Figura 12 es una esquemática de un quemador utilizado en el sistema de caldera de la Figura 1.

En referencia a la Figura 1, se ilustra un sistema 10 de generación de energía para generar energía eléctrica. El sistema 10 de generación de energía incluye un sistema 12 de caldera, un sistema 13 de control, un generador 14 de turbina, un transportador 16, un silo 18, un alimentador 20 de carbón, un pulverizador 22 de carbón, una fuente 24 de aire, y una chimenea 28.

El sistema 12 de caldera se proporciona para quemar una mezcla de aire-carbón para calentar agua para generar vapor a partir de la misma. El vapor se utiliza para accionar el generador 14 de la turbina, que genera electricidad. Debería apreciarse que en una realización alternativa, el sistema 12 de caldera podría utilizar otros tipos de combustible, en lugar de carbón, para calentar agua para generar vapor a partir de la misma. Por ejemplo, el sistema

12 de caldera podría utilizar cualquier tipo convencional de combustible de hidrocarburo tal como gasolina, combustible diésel, aceite, gas natural, propano, o similar. El sistema 12 de caldera incluye un horno 40 acoplado a una porción 42 de trayectoria trasera, un colector 44 de entrada de aire, quemadores 47, 48, 50, 52, un puerto 53 de aire, y conductos 59, 60, 62, 64, 66, 68.

El horno 40 define una región donde se quema la mezcla de aire-carbón y se genera el vapor. La porción 42 de trayectoria trasera se acopla al horno 40 y recibe gases quemados desde el horno 40. La porción 42 de paso trasero transfiere los gases quemados desde el horno 40 a la chimenea 28.

El colector 44 de entrada de aire se acopla al horno 40 y proporciona una cantidad predeterminada de aire secundario a los quemadores 47, 48, 50, 52 y el puerto 53 de aire utilizando las válvulas 45, 46 reguladoras. Además, los quemadores 47, 48, 50, 52 reciben una mezcla de aire-carbón desde la fuente 24 de aire por medio de los conductos 60, 62, 64, 66 respectivamente. Los quemadores 47, 48, 50, 52 y el puerto 53 de aire están dispuestos a través de aberturas en el horno 40. Los quemadores 47, 48, 50, 52 emiten llamas dentro de una región interior del horno 40 para calentar el agua. Ya que los quemadores 47, 48, 50, 52 tienen una estructura sustancialmente similar, únicamente se proporcionará una explicación detallada de la estructura del quemador 47. En referencia a la Figura 12, el quemador 47 tiene tubos 70, 72, 74 dispuestos concéntricamente. El tubo 70 recibe la mezcla primaria de aire-carbón (mezcla de aire-combustible) desde el conducto 60. El conducto 72 está dispuesto alrededor del conducto 70 y recibe aire secundario desde el colector 44 de entrada de aire. El conducto 74 está dispuesto alrededor del conducto 72 y recibe aire terciario también desde el colector 44 de entrada de aire. Toda la mezcla de aire-carbón suministrada al quemador 47 se enciende en un puerto de salida del quemador 47 y se quema en el horno. El quemador 47 incluye además una válvula 75 dispuesta en la trayectoria de flujo entre el tubo 70 y el tubo 72. Una posición operativa de la válvula 75 puede controlarse de manera operativa mediante el controlador 122 para controlar una cantidad de aire terciario que se recibe mediante el quemador 47. Además, el quemador 47 incluye adicionalmente una válvula 77 dispuesta en la trayectoria de flujo entre el tubo 72 y el tubo 74. Una posición operativa de la válvula 77 puede controlarse operativamente mediante el controlador 122 para controlar una cantidad de aire secundario que se recibe mediante el quemador 47.

En referencia a la Figura 1, el sistema 13 de control se proporciona para controlar una cantidad de aire y carbón recibida mediante los quemadores 47, 48, 50, 52 y aire recibido mediante el puerto 53 de aire. En particular, el sistema 13 de control se proporciona para controlar las proporciones de A/F de los quemadores 47, 48, 50, 52 y el puerto 53 de inyección de aire para controlar los niveles de CO, los niveles de temperatura, y un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas en el sistema 12 de caldera. Además, el sistema 13 de control se proporciona para controlar una cantidad de compuestos de reducción de escoria suministrada a los quemadores 47, 48, 50, 52. El sistema 13 de control incluye válvulas 80, 82, 84, 86, 88 de aire y serpentín... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas dentro de un sistema (12) de caldera, teniendo el sistema (12) de caldera una primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52), una pluralidad de sensores (116, 118, 120, 121) de detección de escoria, una pluralidad de sensores (110, 112, 114, 115) de temperatura, y una pluralidad de sensores (94, 96, 98, 99) de CO dispuestos en su interior, comprendiendo el procedimiento:

recibir una primera pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores (110, 112, 114, 115) de temperatura, dispuestos en el sistema (12) de caldera;

determinar una pluralidad de niveles de temperatura en una primera pluralidad de ubicaciones en el sistema (12) de caldera basándose en la primera pluralidad de señales;

recibir una segunda pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores (94, 96, 98, 99) de CO dispuestos en el sistema (12) de caldera;

determinar una pluralidad de niveles de CO en la primera pluralidad de ubicaciones basándose en la segunda pluralidad de señales;

recibir una tercera pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores (116, 118, 120, 121) de detección de escoria dispuestos en el sistema (12) de caldera;

determinar una pluralidad de niveles de espesor de escoria en la primera pluralidad de ubicaciones basándose en la tercera pluralidad de señales;

determinar una segunda pluralidad de ubicaciones que tengan niveles de espesor de escoria mayores que un nivel de espesor de escoria de umbral y niveles de temperatura mayores que un nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que un nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de ubicaciones un subconjunto de la primera pluralidad de ubicaciones;

determinar una segunda pluralidad de quemadores en el sistema (12) de caldera que contribuyen a la segunda pluralidad de ubicaciones que tenga niveles de espesor de escoria mayores que el nivel de espesor de escoria de umbral y niveles de temperatura mayores que el nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que el nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); e

incrementar una proporción de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores, para disminuir el índice de formación de escoria en la segunda pluralidad de ubicaciones, en el que determinar la segunda pluralidad de quemadores, comprende:

acceder a un mapa (172) de factor de influencia basado en flujo de masa que indica un flujo de masa de aire- combustible o un porcentaje de flujo de masa en cada ubicación de la segunda pluralidad de ubicaciones desde cada quemador de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); e

identificar quemadores desde la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) que tengan un flujo de masa de aire-combustible o un porcentaje de flujo de masa mayor que un valor predeterminado, para determinar la segunda pluralidad de quemadores;

comprendiendo el procedimiento además:

determinar una tercera pluralidad de ubicaciones que tenga niveles de espesor de escoria menores que o iguales al nivel de espesor de escoria de umbral o niveles de temperatura menores que o ¡guales al nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de ubicaciones un subconjunto de la primera pluralidad de ubicaciones;

determinar una tercera pluralidad de quemadores en el sistema (12) de caldera que contribuyen a la tercera pluralidad de ubicaciones que tienen niveles de espesor de escoria menores que o iguales al nivel de espesor de escoria de umbral o niveles de temperatura menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); y

disminuir una proporción de A/F de al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que incrementar la proporción de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores incluye disminuir un flujo de masa de combustible en al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores mientras se mantiene o disminuye un flujo de masa de aire que es suministrado al al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el que disminuir la proporción de A/F de al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores incluye disminuir un flujo de masa de aire en el al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores mientras se mantiene o disminuye un flujo de masa de combustible que es suministrado al al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores.

4. Un sistema (13) de control para disminuir un índice de formación de escoria en ubicaciones predeterminadas dentro de un sistema (12) de caldera, teniendo el sistema (12) de caldera una primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52), comprendiendo el sistema (13) de control:

una pluralidad de sensores (110, 112, 114, 115) de temperatura, dispuestos en el sistema (12) de caldera, estando configurada la pluralidad de sensores de temperatura para generar una primera pluralidad de señales indicativas de niveles de temperatura en una primera pluralidad de ubicaciones en el sistema (12) de caldera; una pluralidad de sensores (94, 96, 98, 99) de CO dispuestos en el sistema (12) de caldera, estando configurada la pluralidad de sensores (94, 96, 98, 99) de CO para generar una segunda pluralidad de señales indicativas de niveles de CO en la primera pluralidad de ubicaciones en el sistema (12) de caldera;

una pluralidad de sensores (116, 118, 120, 121) de detección de escoria dispuestos en el sistema (12) de caldera, estando configurada la pluralidad de sensores (116, 118, 120, 121) de detección de escoria para generar una tercera pluralidad de señales indicativas de los espesores de escoria en la primera pluralidad de ubicaciones en el sistema (12) de caldera; y

un controlador (122) acoplado de manera operativa a la pluralidad de sensores (110, 112, 114, 115) de temperatura, y a la pluralidad de sensores (94, 96, 98, 99) de CO y a la pluralidad de sensores (116, 118, 120, 121) de detección de escoria, estando configurado el controlador (122) para determinar una pluralidad de niveles de temperatura en la primera pluralidad de ubicaciones basándose en la primera pluralidad de señales, estando configurado además el controlador (122) para determinar una pluralidad de niveles de CO en la primera pluralidad de ubicaciones basándose en la segunda pluralidad de señales, estando configurado además el controlador (122) para determinar una pluralidad de niveles de espesor de escoria en la primera pluralidad de ubicaciones basándose en la tercera pluralidad de señales, estando configurado además el controlador (122) para determinar una segunda pluralidad de ubicaciones que tengan niveles de espesor de escoria mayores que un nivel de espesor de escoria de umbral y niveles de temperatura mayores que un nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que un nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de ubicaciones un subconjunto de la primera pluralidad de ubicaciones, estando configurado además el controlador (122) para determinar una segunda pluralidad de quemadores en el sistema (12) de caldera que contribuyen a la segunda pluralidad de ubicaciones que tienen niveles de espesor de escoria mayores que el nivel de espesor de escoria de umbral y niveles de temperatura mayores que el nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que el nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52), estando configurado además el controlador (122) para incrementar una proporción de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores, para disminuir el índice de formación de escoria en la segunda pluralidad de ubicaciones,

estando configurado además el controlador para acceder a un mapa (172) de factor de influencia basado en flujo de masa que indica un flujo de masa de aire-combustible o un porcentaje de flujo de masa en cada ubicación de la segunda pluralidad de ubicaciones desde cada quemador de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); y para identificar quemadores de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) que tengan un flujo de masa de aire-combustible o un porcentaje de flujo de masa mayor que un valor predeterminado, para determinar la segunda pluralidad de quemadores,

estando configurado además el controlador para determinar una tercera pluralidad de ubicaciones que tenga niveles de espesor de escoria menores que o iguales al nivel de espesor de escoria de umbral o niveles de temperatura menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de ubicaciones un subconjunto de la primera pluralidad de ubicaciones; y para determinar una tercera pluralidad de quemadores en el sistema (12) de caldera que contribuyen a la tercera pluralidad de ubicaciones que tiene niveles de espesor de escoria menores que o iguales al nivel de espesor de escoria de umbral o niveles de temperatura menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); y

para disminuir una proporción de A/F de al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores.