ES2200111T3 - Procedimiento y dispositivo para la produccion y uso de gas a partir de materiales de desecho. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la produccion y uso de gas a partir de materiales de desecho.

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ES2200111T3 ES97120648T ES97120648T ES2200111T3 ES 2200111 T3 ES2200111 T3 ES 2200111T3 ES 97120648 T ES97120648 T ES 97120648T ES 97120648 T ES97120648 T ES 97120648T ES 2200111 T3 ES2200111 T3 ES 2200111T3
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Abstract

EN EL PROCEDIMIENTO PARA GASIFICAR Y QUEMAR RESIDUOS, ESTOS SE INTRODUCEN EN UNA PLANTA INCINERADORA (1) Y PASAN A UNA PARRILLA DE INCINERACION (6) A LA QUE SE SUMINSITRA AIRE A TRAVES DE VARIAS CAMARAS DE SOPLADO SITUADAS DEBAJO DE LA PARRILLA (8A 8E). EN LA PRIMERA ZONA, EL AIRE ENTRA EN PROPORCION SOBREESTEQUIOMETRICO. DESPUES SE MEZCLA EN LAS CAMARAS DE SOPLADO DEBAJO DE LA PARRILLA (8A PARA LA GASIFICACION, AJUSTANDOSE UN NIVEL SUBESTEQUIOMETRICO QUE LLEVA A LA GASIFICACION DE LOS RESIDUOS. LOS GASES INFLAMABLES PRODUCIDOS PASAN A TRAVES DEL TIRO DE GASES DE ESCAPE (12) A UNA SEGUNDA INSTALACION DE COMBUSTION (2), EN LA QUE LOS GASES SE COMBUSTIONAN EN UN PROCESO SOBREESTEQUIOMETRICO POR ALIMENTACION CON AIRE DE COMBUSTION. LOS GASES DE ESCAPE GENERADOS PASA A UN INTERCAMBIADOR DE CALOR (3).

Description

Procedimiento y dispositivo para la producción y uso de gas a partir de materiales de desecho.
La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para la producción y uso de gas a partir de materiales de desecho, en el que los materiales de desecho son transportados a lo largo de una parrilla en una instalación de hogar y son solicitados entonces con aire comburente.
Se conoce por la patente DE 42 20 265 C1 un procedimiento de esta clase en el que los materiales de desecho recorren sucesivamente una zona de secado, una zona de destilación, una zona de reducción y una zona de oxidación para lograr hacia el final de la parrilla una combustión y formación de coque. Se presenta aquí la formación de grandes porciones de escoria que tienen que molerse por medio de rodillos machacadores de dimensiones correspondientemente robustas. La energía necesaria para el proceso de gasificación es transmitida por convección y radiación a los materiales de desecho mediante la combustión que se produce al final de la parrilla y a través del aire comburente introducido en su mayor parte por encima de la parrilla. Esto requiere un proceso de combustión especialmente intensa al final de la parrilla con una correspondiente formación de coque y de escoria.
Se conoce por el documento EP 0 621 448 A1 un dispositivo para la puesta en práctica de un procedimiento de combustión que presenta una entrada de material combustible, una parrilla con cámaras de viento inferior subdivididas en dirección longitudinal y eventualmente también en dirección transversal, y una salida de escoria, en donde las cámaras de viento inferior están provistas de tuberías para alimentar oxígeno adicional al aire comburente. Esta alimentación de oxígeno adicional está prevista para lograr un aumento de la intensidad de combustión en toda la parrilla del hogar, tras lo cual se vuelve a estrangular la combustión en la zona de combustión secundaria. De este dispositivo parte el dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento que se describe a continuación.
El cometido de la invención consiste en lograr un proceso de combustión estable a temperaturas más bajas y conseguir así, evitando coque de pirólisis en la escoria y evitando también una fuerte formación de escoria, una buena combustión completa del material residual.
Partiendo de un procedimiento de la clase explicada al principio, este problema se resuelve según la invención por el hecho de que al menos las cámaras de viento inferior dispuestas en la dirección longitudinal de la parrilla se solicitan con aire comburente de tal manera que los materiales de desecho sean inflamados en la zona de carga de la parrilla con un alimentación hiperestequiométrica de oxígeno y la combustión en la dirección de la descarga de la escoria se limite a una medida hipoestequiométrica que es necesaria para la gasificación de los componentes combustibles, resolviéndose también dicho problema con un dispositivo dotado de las características de la reivindicación 12.
En este procedimiento la energía necesaria para la gasificación no es alimentada desde fuera por una combustión excesivamente intensa al final de la parrilla del hogar ni, por tanto, por calentamiento del aire comburente, ni por energía de radiación procedente de la zona del techo calentada por esta combustión, sino que esta energía de gasificación se obtiene en la combustión de los materiales de desecho, los cuales se inflaman continuamente en la zona de carga de la parrilla en condiciones hiperestequiométricas y se siguen quemando después en una relación hipoestequiométrica. Está presente así una alimentación de energía siempre suficiente que hace posible un proceso de combustión estable que conduce a una buena combustión completa de la ceniza y a la evitación de coque de pirólisis en el material restante. Dado que la energía necesaria se obtiene del combustible debido a su inflamación y no tiene que ser transmitida desde fuera a los materiales de desecho, se consigue un mejor rendimiento, con lo que ya no tienen que quemarse tantos materiales de desecho para la producción de la energía necesaria para el proceso de gasificación, con lo que se puede producir una cantidad mayor de gas útil.
Estos efectos ventajosos se incrementan aún según un perfeccionamiento de la invención debido a que, después de la inflamación de los materiales de desecho, se añade oxígeno al aire comburente en un nivel hipoestequiométrico.
La ventaja de esta medida reside en que la cantidad de aire comburente y, por tanto, la cantidad del nitrógeno que actúa como material de lastre pueden reducirse muy fuertemente, lo que conduce a varias ventajas. Una de las ventajas consiste en que, debido a la menor cantidad de aire comburente, se disminuye la velocidad de flujo a través del lecho de la masa de material combustible, lo que conduce a un acusado descenso de la corriente de polvo volante. Otra considerable ventaja consiste en que, debido a la disminución de la proporción de nitrógeno, se evita la producción de óxidos de nitrógeno. Asimismo, está disponible una cantidad mayor de energía para la gasificación, puesto que ya no tiene que calentarse tanto nitrógeno, que está presente exclusivamente como material de lastre en el aire de gasificación.
La gasificación se realiza aquí preferiblemente de modo que la temperatura de gasificación de los materiales de desecho a gasificar es de 600 a 850ºC y el índice de aire para lograr una gasificación hipoestequiométrica es de 0,4 a 0,8.
El uso de los gases producidos puede efectuarse de múltiples maneras. Preferiblemente, se ha previsto que, para utilizar los gases producidos, se quemen en una segunda instalación de hogar, que se une a la primera instalación de hogar directamente o a través de una chimenea de gas de escape, exclusivamente los componentes combustibles que provienen de la primera instalación de hogar. Esta forma del procedimiento depende en primer lugar del contenido de oxígeno y del poder calorífico de los gases que vienen de la primera instalación de hogar.
Cuando el contenido de oxígeno en los gases de escape que vienen de la primera instalación de hogar no es suficientemente alto, se alimentará de manera ventajosa al gas de escape que viene de la primera instalación de hogar, para lograr una combustión completa, aire comburente en forma de aire ambiente.
Por el contrario, si el poder calorífico de estos gases no es suficiente para poder realizar la combustión necesaria a temperatura más alta, se tiene entonces que, en un perfeccionamiento de la invención, se puede alimentar a los componentes combustibles en la segunda instalación de hogar, en función de su poder calorífico, junto con el aire comburente, un gas combustible de mayor calidad.
Para lograr mayores temperaturas de combustión en la segunda instalación de hogar que las que serían posibles con aire ambiente, es ventajoso que, en un perfeccionamiento de la invención, el aire comburente para la segunda instalación de hogar y/o el gas combustible de mayor calidad se mezclen con oxígeno. La alimentación de oxígeno adicionalmente al aire comburente tiene la ventaja de que la cantidad de aire comburente a alimentar puede mantenerse más pequeña, con lo que se puede mantener más pequeña la cantidad de gas de escape proveniente de la segunda instalación de hogar.
Si está presente oxígeno suficiente en el gas de escape que viene de la primera instalación de hogar y el poder calorífico es también suficientemente alto, se tiene entonces que, para regular la combustión en la segunda instalación de hogar, se pueda alimentar gas de escape para que se mezcle con gases y los queme por completo, cuyo gas de escape se toma de la corriente de gas de escape después de un enfriamiento en un sistema de calor perdido. Esta forma del procedimiento tiene la ventaja de que los gases eventualmente combustibles todavía que abandonan la segunda instalación de hogar son quemados adicionalmente y, por otra parte, se reduce la cantidad de gas de escape con respecto a la forma del procedimiento en la que se alimenta un gas combustible de mayor calidad.
La combustión en la segunda instalación de hogar se realiza preferiblemente seleccionando las medidas descritas más arriba de modo que en dicha segunda instalación de hogar el índice de aire sea de 1,1 a 1,8. La temperatura de combustión de los gases en la segunda instalación de hogar es de 950 a 1.250ºC.
El dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento con una instalación de hogar que comprende una entrada de material combustible, una parrilla con cámaras de viento inferior subdivididas en dirección longitudinal y eventualmente también en dirección transversal y una salida de escoria, y en la que las cámaras de viento inferior están provistas de tuberías para la alimentación de oxígeno, se caracteriza porque una segunda instalación de hogar está unida con la primera instalación de hogar directamente o a través de un canal de gas de escape.
La disposición de tuberías para la alimentación de oxígeno hace posible una regulación sensible de la gasificación con menores cantidades de gas de escape en comparación con el empleo exclusivo de aire ambiente. Asimismo, se prevé el uso de los gases producidos por combustión en la segunda instalación de hogar. De este modo, no se efectúa un enfriamiento importante de los gases combustibles que se producen en la primera instalación de hogar, y, por este motivo, la combustión en la segunda instalación de hogar puede realizarse con un índice de exceso de aire relativamente pequeño, en muchos casos incluso sin portadores de energía adicionales, a temperatura tan alta que se pueden degradar todos los componentes orgánicos del gas combustible sin que se fomente la tendencia a la formación de óxidos de nitrógeno, ya que la temperatura en la segunda instalación de combustión se mantiene a un nivel que está por debajo de un límite de temperatura crítico, a partir del cual se produce la formación de óxidos de nitrógeno en medida reforzada.
Para poder realizar los perfeccionamientos ventajosos del procedimiento se ha previsto en otra ejecución del dispositivo que la segunda instalación de hogar esté provista de al menos una tubería para la alimentación de aire comburente, al menos una tubería para la alimentación de un gas combustible de mayor calidad o al menos una tubería para la alimentación de gas de escape recirculado. Estas tres medidas pueden estar previstas discrecionalmente en forma individualizada o conjunta, lo que depende de la clase de realización del procedimiento.
Se explica seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia a un ejemplo de ejecución representado en el dibujo, cuya única figura muestra una representación esquemática de una instalación de hogar con una segunda instalación de hogar conectada a ella.
Como puede apreciarse en el dibujo, el dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento comprende sustancialmente una instalación de hogar designada en conjunto con 1, tal como la que se utiliza hasta ahora para la incineración de basuras, en unión de una segunda instalación de hogar 2 que sirve como cámara de poscombustión y detrás de la cual está conectado un intercambiador de calor 3. Los demás equipos aún necesarios, especialmente para la depuración del gas de escape, no están representados en este dibujo, ya que pertenecen al estado de la técnica referente a instalaciones de hogar y puede prescindirse de ellos para la explicación de la invención.
La primera instalación de hogar 1 comprende una tolva de carga 4 con canaleta de carga adyacente 5, a través de la cual los materiales de desecho a quemar llegan a una parrilla de hogar 6, habiéndose designado con 7 los materiales de desecho dispuestos sobre la parrilla de hogar 6. Por debajo de la parrilla de hogar 6 están previstas cámaras de viento inferior individuales 8a a 8e a través de las cuales se alimenta, por medio de tuberías 9a a 9e, aire proveniente de una tubería de alimentación 9. Este aire llega a la cámara de combustión 10 a través de la parrilla 6. A través de las cámaras de viento inferior 8a y 8b se alimenta aire comburente, eventualmente mezclado con oxígeno, para inflamar los materiales de desecho en una atmósfera hiperestequiométrica. Después de esta fase inicial de inflamación se alimenta a la parrilla, a través de las cámaras de viento inferior 8c a 8e, aire que actúa como aire de gasificación y que preferiblemente está mezclado con oxígeno, ajustándose la cantidad de aire de gasificación y la cantidad de oxígeno de modo que la gasificación se efectúe en condiciones hipoestequiométricas con un índice de aire de
\lambda = 0,4 a 0,8. La alimentación de oxígeno a las distintas cámaras de viento inferior se efectúa a través de las tuberías 11a a 11e, las cuales son alimentadas por una tubería común 11 y desembocan en las tuberías 9a a 9e. Para regular las respectivas cantidades, tanto las tuberías 9a a 9e como las tuberías 11a a 11e están provistas de válvulas no representadas. Por tanto, la alimentación adicional de oxígeno conduce no sólo a un aumento de la proporción de oxígeno del aire alimentado, sino al mismo tiempo también a una reducción de la proporción de nitrógeno. La gasificación se realiza en este caso de modo que se ajustan temperaturas entre 600 y 850ºC. A través de una chimenea de gas de escape 12, que parte de la instalación de hogar, el gas combustible entonces producido es alimentado, prácticamente sin pérdida de calor, a la segunda instalación de hogar 2, que está configurada como cámara de poscombustión. La escoria producida en la gasificación sale de la instalación de hogar por una salida de escoria 13.
En la segunda instalación de hogar 2 se ajusta un índice de exceso de aire de 1,1 a 1,8, preferiblemente 1,2, por alimentación de aire comburente a través de una tubería 14. Las temperaturas que entonces se presentan están en el intervalo comprendido entre 950 y 1.250ºC. Si el gas a quemar que viene de la primera instalación de hogar 1 presenta un poder calorífico demasiado pequeño, se prevé una tubería adicional 15 para la alimentación de gas combustible de alta calidad, por ejemplo gas natural. Tanto en la tubería 14 para el aire comburente como en la tubería 15 para gas de mayor calidad pueden desembocar respectivas tuberías 16 y 17 para oxígeno adicional. Puede estar prevista una tubería adicional 18 para introducir gas de escape recirculado en la segunda instalación de hogar 2, habiéndose enfriado este gas de escape recirculado, después de pasar por el intercambiador de calor 3, hasta una temperatura inferior a 300ºC. Este gas de escape recirculado sirve para un intenso entremezclado con el gas combustible en la segunda instalación de hogar 2, con lo que se evita que se alimente demasiado aire comburente, que sería necesario para una generación de turbulencia y que aumentaría la cantidad de gas de escape y también la temperatura que se ajusta en la segunda instalación de hogar. Se pueden quemar entonces las porciones combustibles que aún estén presentes en este gas de escape. Los gases que vienen del intercambiador de calor 3 son alimentados por una tubería 19 a una instalación de depuración de gas de escape que no está representada, ya que no es objeto de la invención y es en general conocida.

Claims (17)

1. Procedimiento para la producción y uso de gas a partir de materiales de desecho, en el que los materiales de desecho son transportados a lo largo de una parrilla en una instalación de hogar y son solicitados entonces con aire comburente, caracterizado porque al menos unas cámaras de viento inferior dispuestas en la dirección longitudinal de la parrila son solicitadas con aire comburente de tal manera que los materiales de desecho se inflamen en la zona de carga de la parrilla con alimentación hiperestequiométrica de oxígeno y la combustión en la dirección de la salida de la escoria se limite a una medida hipoestequiométrica que es necesaria para la gasificación de los componentes combustibles.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, después de la inflamación de los materiales de desecho, se añade oxígeno al aire comburente a un nivel hipoestequiométrico.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la temperatura de gasificación de los materiales de desecho a gasificar está comprendida entre 600 y 850ºC.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el índice de aire para lograr una gasificación hipoestequiométrica es de 0,4 a 0,8.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado, para utilizar los gases producidos, se queman en una segunda instalación de hogar, que está conectada a la primera instalación de hogar directamente o a través de una chimenea de gas de escape, exclusivamente los componentes combustibles que vienen de la primera instalación de hogar.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se alimenta aire comburente en forma de aire ambiente al gas de escape que viene de la primera instalación de hogar.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en la segunda instalación de hogar se alimenta un gas combustible de mayor calidad, junto con el aire comburente, a los componentes volátiles en función de su poder calorífico.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque se añade oxígeno al aire comburente para la segunda instalación de hogar y/o al gas combustible de mayor calidad.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque en la segunda instalación de hogar se añade gas de escape recirculado para que se mezcle con los gases y los queme por completo, cuyo gas de escape se toma de la corriente de gas de escape después de un enfriamiento en un sistema de calor perdido.
10. Procedimiento según las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque el índice de aire en la segunda instalación de hogar es de 1,1 a 1,8.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque la temperatura de combustión en la segunda instalación de hogar está comprendida entre 950 y 1.250ºC.
12. Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11 con una instalación de hogar (1) que comprende una entrada de material combustible (4, 5), una parrilla (6) con cámaras de viento inferior (8a a 8e) subdivididas en dirección longitudinal y eventualmente también en dirección transversal y una salida de escoria (13), y en la que las cámaras de viento inferior (8a a 8e) están provistas de tuberías (11a a 11e) para alimentar oxígeno, caracterizado porque una segunda instalación de hogar (2) está unida con la primera instalación de hogar (1) directamente o a través de un canal de gas de escape (12).
13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque la segunda instalación de hogar (2) está provista de al menos una tubería (14) para la alimentación de aire comburente.
14. Dispositivo según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque la segunda instalación de hogar (2) está provista de al menos una tubería (15) para la alimentación de un gas combustible de mayor calidad.
15. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque en la tubería (14) para el aire comburente desemboca una tubería (16) para la alimentación oxígeno.
16. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque en la tubería (15) para un gas combustible de mayor calidad desemboca una tubería (17) para la alimentación oxígeno.
17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque la segunda instalación de hogar (2) está provista de al menos una tubería (18) para la alimentación de gas de escape recirculado.
ES97120648T 1996-12-03 1997-11-25 Procedimiento y dispositivo para la produccion y uso de gas a partir de materiales de desecho. Expired - Lifetime ES2200111T3 (es)

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