Procedimiento de combustión.

Un procedimiento de combustión en donde una cámara de combustión se alimenta con un comburente,

uncombustible y los siguientes componentes:

i) componente B): azufre o compuestos que contienen azufre en una cantidad para tener un ratio molar B1 / C1≥ 0,5,en donde

- B1 es la suma en moles de la cantidad total de azufre presente en el componente B) + la cantidad total deazufre contenida en el combustible,

- C1 es la suma en moles de la cantidad total de metales alcalinos y/o metales alcalino-térreos contenidos enel combustible + la cantidad de metales alcalinos y/o metales alcalino-térreos en forma de sales y/o óxidoscontenidos en el componente B),

ii) componente A) el cual comprende sales de bajo punto de fusión y/o óxidos con una temperatura de fusión ≤1.450 K, en donde la relación en moles A' / (A" - A') es ≥ 0,01,

siendo

- A' es la suma en moles de la cantidad de metales bajo la forma de sales de bajo punto de fusión y/o óxidos en elcomponente A) y de la cantidad de metales de bajo punto de fusión y/o óxidos contenidos en el combustible,

- A" es la suma de la cantidad de todos los metales contenidos en el combustible y de los contenidosen el componente A),

en el cual,

- la cámara de combustión es isotérmica y sin llama.

Procedimiento de combustión La presente invención se refiere a un procedimiento de combustión que reduce substancialmente la cantidad de polvos finos que salen de una cámara de combustión, teniendo de esta manera un impacto substancialmente reducido sobre el medio ambiente, sobre los seres humanos y sobre los animales, en donde se emplean tanto los combustibles convencionales como los combustibles de bajo rango, como la biomasa o residuos. El procedimiento de combustión permite simultáneamente la transformación de las cenizas básicas (cenizas alcalinas) contenidas en los combustibles, especialmente en los de bajo rango, en compuestos que no son agresivos a las temperaturas de combustión, hacía los materiales de combustión empleados en las cámaras de combustión y de las instalaciones de recuperación del calor situadas más abajo de la cámara de combustión.

Más específicamente, el procedimiento de la invención muestra un bajo impacto tanto sobre el medio ambiente como sobre la salud de los seres humanos y animales y permite el empleo también de combustibles de bajo rango, como biomasas y residuos, también en instalaciones que tienen un alto rendimiento de recuperación térmica y un alto rendimiento de transformación de la energía térmica en energía eléctrica, construidas con materiales convencionales (no altamente aleados) .

Las emisiones de polvos de las instalaciones de combustión están sometidas a regulaciones. Hasta la fecha, en Europa la regulación más rigurosa es la regulación CE 2000/76, aunque los polvos han sido caracterizados de una manera indiferenciada (por el peso total) . Esta regla fija los límites para los polvos que tienen tamaños de partícula inferiores a 10 μm, ó polvos PM 10, y para la concentración de metales pesados. Además, las concentraciones de metales pesados, obtenidos por muestreo isocinético de los gases de combustión, están referidas al volumen de los gases secos (deshumidificados) . En la regulación, las concentraciones se refieren al gas de combustión seco para la combustión con aire y están unívocamente ligadas al criterio del balance de masas para las emisiones, fijando la concentración de oxígeno en el gas de combustión en un 11% en volumen. La regulación especifica además que, en el caso de la combustión con un comburente diferente del aire, por ejemplo aire enriquecido u oxígeno, se aplican unos coeficientes de corrección de acuerdo con el criterio de balance de las masas. Por ejemplo, en el caso de la combustión con oxígeno con una conversión total del oxígeno, el coeficiente de corrección (factor de normalización) varía con el tipo de combustible y puede ser tan bajo como 0, 085. El criterio del balance de masas está ampliamente aceptado. Por ejemplo, la clasificación BAT (Best Available Technology) ("Mejor Tecnología Disponible") , para las emisiones, emplea el balance de masas.

En la actualidad, para el gas de combustión que abandona la cámara de combustión, no existe ninguna regla para la clasificación de la peligrosidad de los polvos sobre la base de su tamaño de partícula, y por lo tanto no hay limites de referencia para el tamaño de partícula. Esto es probable que ocurra en un futuro próximo cuando se fijen algunos límites al contenido de polvo con un diámetro de tamaño de partícula inferior a 2, 5 μm (PM 2.5) . Para este propósito es suficiente ver las regulaciones cada vez más y más restrictivas de los polvos en el aire, por ejemplo, en las ciudades del mundo. Por ejemplo, una nueva propuesta de la directiva europea está bajo discusión para superar la norma 96-62-CE que limita la cantidad de PM 10 a solamente no más de 40 μg/Nm3. La nueva normativa introduciría un nuevo límite para el PM 2.5, de 20 μg/Nm3 en el aire. Además, hay que tener en cuenta que el límite del PM 2.5 de acuerdo con la EPA (National Air Quality Standard) ("Estándar nacional de la calidad del aire") es de 15 μg/Nm3 y que el valor sugerido por la OMS (World Health Organization) ("Organización Mundial de la Salud", es aun más bajo,

es decir, de 10 μg/Nm3. Debido a esto, el valor del PM 2.5 para el polvo, deberá tenerse en cuenta en la tecnología.

Se conoce ya en la técnica antigua que los polvos finos están contenidos en el gas de combustión de todos los procedimientos industrialmente empleados. Los polvos finos están formados de partículas sólidas que tiene un diámetro de partícula inferior a 2, 5 micrómetros (PM 2.5) por debajo de un tamaño del orden de algunos nanómetros. Están formados de agregados de moléculas orgánicas por ejemplo de crackings carbonosos con contenidos variables de hidrógeno y oxígeno (conocidos como partículas de hollín o partículas de diesel) , y de agregados de moléculas inorgánicas, por ejemplo sales y/o óxidos de metales alcalinos y metales alcalino térreos, y metales pesados derivados de las cenizas incombustibles contenidas en el combustible de alimentación.

Los polvos finos de origen orgánico se clasifican, en función de su forma, en cenosferas y plerosferas.

Como ya es bien sabido, los polvos finos están siempre presentes en cualquier combustión que desarrolle un frente de llama. De hecho, la emisión de una llama en el campo visible, detectada por un instrumento o a simple vista, es debido a la presencia de sólidos en la llama, dado que solamente un sólido puede emitir radiaciones en el campo visible, hasta las temperaturas máximas de las llamas (3.000 K) .

Es también conocido, que los polvos finos no pueden ser eliminados por los procesos de post tratamiento conocidos industrialmente del gas de combustión, como la filtración o los filtros de mangas (filtración por impacto) , electrofiltros (migración en un campo electrostático) o mediante depuradores que emplean soluciones acuosas con diferentes pH 65 ó soluciones orgánicas. Los procedimientos ya conocidos son efectivos en la eliminación de partículas relativamente bastas (que tienen un diámetro medio de partícula superior a los 2, 5 micrómetros) , pero son completamente ineficaces en la eliminación de las partículas finas, en particular la fracción que tiene un tamaño de partícula inferior a los 2, 5 micrómetros, más particularmente con un tamaño de partícula inferior a un micrómetro. El último tamaño de partícula representa la fracción de partículas más peligrosa para la salud de los seres humanos y animales. De hecho, estas partículas quedan retenidas en los alvéolos pulmonares causando graves enfermedades.

Las cenizas incombustibles, tanto las cenizas pesadas (no volátiles) como las cenizas voladoras en particular, han representado un problema tecnológico en las instalaciones de combustión durante largo tiempo. De hecho, ellas han determinado la clasificación histórica / económica de los combustibles fósiles, desde el gas natural al petróleo, y al carbón.

En la técnica antigua, se conocen también las cámaras de combustión que operan con un frente de llama a alta temperatura para fundir las cenizas incombustibles (cámaras de combustión de escorias) y para reducir la cantidad de cenizas voladoras en los humos. De esta manera, se ha disminuido el impacto negativo de los polvos producido por el gas de combustión caliente sobre la eficiencia de las plantas de recuperación de energía. El inconveniente de estas cámaras de combustión es que las cenizas voladoras no se eliminan del todo, dado que la fusión de las cenizas nunca es cuantitativa, como máximo se elimina un 70-80% de las cenizas voladoras contenidas en los combustibles.

Para superar esto, se emplean combustibles que tienen un bajo contenido de cenizas. Sin embargo estos combustibles no están disponibles en grandes cantidades. Los procedimientos de purificación de los combustibles como es bien sabido, son muy caros.

En la naturaleza, los combustibles que contienen cenizas también en cantidades importantes, son muy abundantes. Además, el exorbitante aumento de los consumos mundiales de combustible, y la demanda creciente para controlar

su impacto sobre el medio ambiente y sobre la salud humana, requiere tener procedimientos de combustión disponibles en los que puedan emplearse combustibles convencionales, incluso aquellos que contienen cenizas también en muy altas cantidades y simultáneamente con reducidas emisiones de polvos finos en los humos de las cámaras de combustión.

En lo que se refiere a la acción corrosiva de las cenizas básicas de las cámaras de combustión y en los equipos situados más abajo de las cámaras de combustión, se observa lo siguiente:

Las cenizas básicas están generalmente formadas de óxidos de metal alcalino y/o de metal alcalino-térreo y/o de sales de los mismos, y están incluidas en la clase de cenizas... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de combustión en donde una cámara de combustión se alimenta con un comburente, un combustible y los siguientes componentes:

i) componente B) : azufre o compuestos que contienen azufre en una cantidad para tener un ratio molar B1 / C1º 0, 5, en donde

-B1 es la suma en moles de la cantidad total de azufre presente en el componente B) + la cantidad total de 10 azufre contenida en el combustible,

-C1 es la suma en moles de la cantidad total de metales alcalinos y/o metales alcalino-térreos contenidos en el combustible + la cantidad de metales alcalinos y/o metales alcalino-térreos en forma de sales y/o óxidos contenidos en el componente B) ,

ii) componente A) el cual comprende sales de bajo punto de fusión y/o óxidos con una temperatura de fusión º

1.450 K, en donde la relación en moles A ' / (A" – A') es 0, 01, siendo

-A' es la suma en moles de la cantidad de metales bajo la forma de sales de bajo punto de fusión y/o óxidos en el componente A) y de la cantidad de metales de bajo punto de fusión y/o óxidos contenidos en el combustible,

-A" es la suma de la cantidad de todos los metales contenidos en el combustible y de los contenidos en el componente A) , en el cual,

-la cámara de combustión es isotérmica y sin llama.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde en la cámara de combustión, la presión está comprendida entre valores superiores o iguales a 101, 3 kPa y hasta aproximadamente 2.000 kPa, y la temperatura está comprendida entre 1.500 K hasta 2.100 K.

3. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 2, en donde el comburente es oxígeno y se emplea en 30 exceso con respecto al combustible.

4. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 3, en donde los gases de combustión a la salida de la cámara de combustión se enfrían a una temperatura igual o inferior a 1.100 K.

5. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 4, en donde los tiempos de residencia del combustible en el cámara de combustión oscilan desde 0, 5 segundos hasta 30 minutos.

6. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 5, en donde el comburente se mezcla previamente con los humos de reciclado, y la cantidad de humo es superior a un 10 % en volumen.

7. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 6, en donde los humos de reciclado contienen agua en forma de vapor, en cantidades calculadas sobre el volumen total de los humos de reciclado, superiores a un 10 % en volumen.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el combustible de alimentación contiene o se le añade agua, en una cantidad expresada en % en peso hasta un 80%.

9.Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 8, en donde el ratio molar B1 / C1 es por lo menos de 0, 7, de preferencia de 1, y todavía con mayor preferencia, de 2.

10. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 9, en donde la adición del componente B) a la cámara de combustión se efectúa alimentando el componente B) separadamente del combustible o en mezcla con el mismo.

11. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 10, en donde cuando el componente B) es azufre, se 55 alimenta en forma de una dispersión acuosa que contiene surfactantes.

12. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 11, en donde la cantidad alimentada de componente B) es tal que en los humos de la combustión la presión parcial del SO2 es mayor de 40 bars.

13. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 12, en donde el ratio en peso A' / (A"-A') es por lo menos de 0, 01, de preferencia por lo menos de 0, 1, con mayor preferencia de 0, 2 y, todavía con mayor preferencia, de 100 hasta 1.000.000.

14. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 13, en donde la adición del componente A) a la cámara 65 de combustión se efectúa alimentando el componente A) separadamente del combustible o en mezcla con el mismo.

15.Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el componente A) es alimentado separadamente del combustible bajo la forma de una solución o suspensión acuosa.

16.Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 13, en donde se añaden a la cámara de combustión los 5 componentes A) y B) mezclados, separadamente del combustible.

17. Los humos obtenidos del procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 16.