ES2338199B2 - Aditivo para mejorar la combustion en aparatos de combustion industriales, procedimiento para fabricarlo y modo de utilizacion. - Google Patents
Aditivo para mejorar la combustion en aparatos de combustion industriales, procedimiento para fabricarlo y modo de utilizacion. Download PDFInfo
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Abstract
Aditivo para mejorar la combustión en aparatos
de combustión industriales, procedimiento para fabricarlo y modo de
utilización.
Aditivo para mejorar la combustión en aparatos
de combustión industriales que comprende principalmente minerales
hidroabsorbentes de tipo volcánico de compuestos amorfos o
cristalinos de silicato de aluminio, sometidos a un preproceso
consistente en un expandido térmico y un molido hasta un diámetro
aproximado de 24 micras, y mezclado con unos componentes auxiliares
(diatomitas, perlita, puzolanas y sílice) en una proporción que
depende de la planta de combustión concreta a la que se le
suministra el producto.
Procedimiento de fabricación de este
aditivo.
Modo de utilización del aditivo, suministrado en
polvo y dispersado en la cámara de combustión o en otras zonas del
aparato de combustión, por ejemplo en las entradas de aire, de
combustible o en la corriente de gases de combustión. La
alimentación de aditivo se ajusta para cada planta, y puede estar
controlada en función de parámetros variables en la operación del
aparato de combustión.
Description
Aditivo para mejorar la combustión en aparatos
de combustión industriales, procedimiento para fabricarlo y modo de
utilización.
La presente invención se refiere a una aditivo
para mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales, a
un procedimiento para fabricarlo y a un modo de utilización.
Mediante la utilización de este aditivo se
mejora la eficiencia de los aparatos de combustión tales como
calderas industriales o de producción de energía eléctrica, u otros
tipos de hornos que quemen biomasa, carbón, petróleo y gas, y en
general combustibles sólidos, líquidos o gaseosos a alta
temperatura. Además se consiguen importantes reducciones en las
emisiones, incluidas las de gases de efecto invernadero, en la
producción de escorias, depósitos y cenizas y en el consumo de
combustible.
Para ello se suministra controladamente una
mezcla pulverulenta de mineral de silicato de aluminio preprocesado
y mezclado con otros componentes, que consigue depurar los gases de
combustión y las cenizas en suspensión, inhibir los depósitos, y
promover la combustión completa del combustible y de los gases no
completamente oxidados, con lo cual aumenta la eficiencia global de
dicho aparato de combustión.
Las calderas industriales son fundamentales en
la generación térmica de energía eléctrica y en la generación de
calor para otros muchos usos industriales. Sin embargo, estas
aparatos de combustión presentan en su operación una serie de
problemas, tales como:
- \bullet
- Sobrecalentamientos locales
- \bullet
- Baja eficiencia de la combustión
- \bullet
- Combustión inestable, sobre todo a baja carga o con combustibles poco refinados.
- \bullet
- Altas emisiones contaminantes, incluidos partículas y gases de efecto invernadero.
- \bullet
- Escorias en las paredes del horno e incrustaciones en las superficies de transmisión de calor.
- \bullet
- Problemas de corrosión a altas temperaturas
- \bullet
- Variación en la relación combustible/aire óptima
- \bullet
- Características no constantes en los combustibles
Se han utilizado diversos métodos para
solucionar o disminuir estos problemas. El más eficaz sería utilizar
un combustible que tuviera siempre las mismas características, para
optimizar el sistema de combustión de acuerdo con ellas. Si además
también tiene este combustible bajos contenidos de vanadio, azufre y
sodio se pueden reducir hasta casi eliminarlos la mayoría de esos
problemas. Sin embargo, esto suele ser imposible en la práctica, y
es necesario aceptar suministros de combustible sin estos
requerimientos para que la instalación sea viable económica-
mente.
mente.
Por ello se suele recurrir a soluciones
mecánicas o químicas, como modificar las condiciones de la
combustión, utilizar aditivos, la desulfuración de los gases de
combustión, etc.
Por ejemplo los gases de combustión pueden ser
tratados rociándolos con lodos alcalinos antes de lanzarlos a la
atmósfera. Al reaccionar con estos lodos,los óxidos de azufre se
transforman en compuestos insolubles de sulfito o sulfato de calcio.
Estos compuestos de calcio pueden ser entonces separados y
eliminados o transformados en productos comerciales como yesos. Sin
embargo, la efectividad de estos separadores basados en cal tienen
una eficacia cuestionable, y se ha demostrado que no son eficaces
con combustibles de alto contenido en azufre que producen SO_{3}
durante la combustión.
También puede añadirse aditivos al combustible
para reducir las emisiones de SO_{3}, de cenizas ácidas en
suspensión, las incrustaciones en los tubos y la corrosión, y para
mejorar la combustión completa del combustible. Sin embargo, estos
aditivos suelen ser caros y de efectividad variable. Hasta la fecha
los aditivos más usados y con mejores resultados son los basados en
MgO y Mg(OH)_{2}, que se suministran generalmente en
forma de aceite, y también otros compuestos de Mg o
Mg-Mn solubles en aceite.
Como ejemplo de intentos para resolver estos
problemas pueden verse los siguientes documentos de patente. El
ES0410405 describe algunos catalizadores en forma de tiras metálicas
utilizados para mejorar la combustión. En EP1602708 se describe un
aditivo metálico para controlar las emisiones de óxidos de
nitrógeno, utilizando principalmente Mn, y en ES2179092 se
reivindica un catalizador de Cr. En US6067914 el metal utilizado es
una aleación de Al-Ti. El inconveniente de estas
técnicas es que el consumo en plantas industriales de estos metales
aumenta el coste de operación.
Hasta la fecha ninguna de las técnicas
mencionadas por sí sola ha sido suficiente para resolver todos los
problemas que plantea la optimización de la combustión y el control
de las emisiones y su reducción hasta los límites marcados por las
autoridades obligan a los operadores de las plantas a utilizar
múltiples procedimientos, que aumentan tremendamente los costos y la
complejidad del funcionamiento de las plantas, además de ser estas
técnicas muchas veces incompatibles entre sí, lo que limita su
eficiencia.
Por ello la presente invención consiste en un
producto, un procedimiento para fabricarlo y un modo de utilización
que ofrece una manera simple, eficaz y económica de conseguir una
combustión óptima y una reducción de las emisiones en aparatos de
combustión de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos, de biomasa
o de combustibles fósiles, incluyendo calderas de plantas
generadoras de electricidad y otras calderas, resolviendo
principalmente los siguientes problemas:
- \bullet
- Baja eficiencia en la combustión
- \bullet
- Formación de escorias e incrustaciones en las superficies de la caldera
- \bullet
- Emisiones contaminantes y corrosivas.
\vskip1.000000\baselineskip
El producto de la invención, un aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales, es un
derivado de minerales generalmente de tipo volcánico, que han de ser
extraídos de la mina y procesados, y que comprenden compuestos
amorfos o cristalinos de silicato de aluminio, con las siguientes
propiedades:
- \bullet
- Contenido en componentes de silicio de entre 64% y 95% en peso
- \bullet
- Densidad específica de entre 2,40 y 2,95
- \bullet
- Nivel de hidratación en estado natural de entre 7% y 9% en peso
Este mineral volcánico tal como aparece en la
naturaleza tiene las características siguientes, a una temperatura
de 170ºC:
- \bullet
- El nivel de hidratación cambia totalmente entre el nivel del mar y los 1250 m, pudiendo llegar a estar completamente hidratado a esta altitud.
- \bullet
- Totalmente deshidratado puede doblar su capacidad de absorción respecto a su estado natural.
- \bullet
- Si se pulveriza puede absorber una vez y media su propio peso debido a la cantidad de área específica que se añade en el proceso de pulverización.
- \bullet
- El tamaño natural deshidratado tiene un diámetro de entre 50 y 64 micras.
- \bullet
- Una pulverización en un molino de rodillos puede reducir el diámetro de las partículas hasta los 24 micras.
El producto de la invención comprende por tanto
un mineral hidroabsorbente de origen volcánico compuesto
principalmente de silicatos de aluminio, expandido térmicamente y
molido hasta un diámetro aproximado de 24 micras, y mezclado con los
siguientes componentes auxiliares en una proporción que depende de
la planta de combustión concreta a la que se le suministra el
producto:
- \bullet
- Diatomitas o tierras diatomaceas: entre el 0% y el 50%
- \bullet
- Perlita: entre el 0% y el 50%; puzolanas entre el 0% y el 50%
- \bullet
- Sílice: entre el 0% y el 50%
La formulación final es entonces homogeneizada y
empacada para su envío y aplicación en el sistema de combustión del
cliente.
El procedimiento de fabricación del aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales de la
invención es el siguiente:
Se obtiene por extracción minera un mineral
hidroabsorbente de origen volcánico compuesto principalmente de
silicatos de aluminio en forma amorfa o cristalina.
Se somete a un preproceso que consiste en:
- 1.
- Se expande térmicamente mediante un calentamiento rápido.
- 2.
- Se pulveriza hasta un tamaño de partícula inferior a 24 micras.
Este polvo de mineral preprocesado se mezcla y
homogeneiza con uno o varios componentes auxiliares, cuyas
proporciones son función de la planta concreta a la que se va a
servir el aditivo, y se empaqueta para ser enviado.
El modo de utilización del aditivo para mejorar
la combustión en aparatos de combustión industriales de la
invención, en la planta generadora de electricidad o en otro tipo de
caldera industrial es el siguiente:
- 1.
- El aditivo, suministrado en polvo, es dispersado directamente en la entrada primaria de aire a la cámara de combustión, en otras entradas secundarias de aire en la cámara de combustión, en la corriente de gases de combustión o en otras zonas del aparato de combustión. Esta dispersión se consigue mediante alimentadores de polvo neumáticos, mecánicos o de cualquier otro tipo. La alimentación está controlada para conseguir en cada zona la concentración de partículas de aditivo en suspensión calculada. Esta concentración se consigue a partir de una relación aditivo/combustible determinada previamente mediante pruebas y calibraciones en el aparato de combustión concreto.
- 2.
- Valores típicos para la relación de alimentación aditivo/combustible comienzan en 0,002:1 (\pm 25%), y se van ajustando dinámicamente en función de las características operativas de la planta, el tipo y las características del combustible, etc., buscando la mayor eficiencia total de la operación, el poco deterioro de la planta y las mínimas emisiones contaminantes.
Como se ve, las características de la planta, el
tipo de combustible y las exigencias medioambientales, influyen en
el procedimiento de fabricación del aditivo, ya que en función de
esas características se añaden más o menos componentes auxiliares
(diatomitas, perlita o sílice), pero también en el procedimiento de
utilización del aditivo, ya que en cada planta con un aparato de
combustión y un tipo de combustible concretos se ajustan las
relaciones aditivo/combustible hasta lograr los mejores
resultados.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo ilustrativo y no
limitativo de ésta.
La figura 1 es un esquema de la fabricación del
aditivo de la invención.
La figura 2 es un esquema del procedimiento de
utilización del aditivo en un aparato de combustión industrial.
En ellos los números corresponden a las
siguientes referencias:
- 1.-
- Tolva de alimentación de mineral
- 2.-
- Soplante para el mineral
- 3.-
- Calentador
- 4.-
- Molino
- 5.-
- Separador ciclónico
- 6.-
- Tova de mineral preprocesado
- 7.-
- Componentes auxiliares
- 8.-
- Mezcladora
- 9.-
- Tolva de embalado
- 10.-
- saco de aditivo
- 11.-
- Conducto de polvo de mineral
- 12.-
- Conducto de retorno de mineral
- 13.-
- Tolva de aditivo
- 14.-
- Soplante para aditivo
- 15.-
- Válvulas de controlada
- 16.-
- Tolva de combustible
- 17.-
- Pulverizadora de combustible
- 18.-
- Soplante principalmente
- 19.-
- Soplante secundaria
- 20.-
- Caldera
- 21.-
- Zona de gases de combustión
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento ara fabricar el aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales de la
invención se esquematiza en la Figura 1. Comienza obteniendo de la
mina un mineral hidroabsorbente de origen volcánico compuesto
principalmente de silicatos de aluminio. Este mineral se somete a un
preproceso:
- 1.
- Se introduce en una tolva de alimentación de mineral (1) y con ayuda de la corriente de aire generada por una soplante para el mineral (2) es conducido a un calentador (3), donde se expande térmicamente mediante un calentamiento rápido.
- 2.
- A continuación se pulveriza en un molino (4). A la salida del molino, mediante un separador ciclónico (5), las partículas de tamaño superior a 24 micras son devueltas a la tolva de alimentación de mineral (1) por un conducto de retorno de mineral (12), mientras que las partículas de tamaño menor de 24 micras se envían por un conducto de polvo de mineral (11) a una tolva de mineral preprocesado (6).
La tolva de mineral preprocesado descarga en una
mezcladora (8), en la que también descargan los componentes
auxiliares (7) en proporciones que varían (desde el 0% al 50%) en
función de las características de operación de la planta de
combustión del cliente. Estos componentes auxiliares pueden ser:
- \bullet
- Diatomitas o tierras diatomáceas
- \bullet
- Perlita y puzolana
- \bullet
- Sílice
En la mezcladora (8) el mineral preprocesado y
los componentes auxiliares se mezclan hasta conseguir un polvo
homogéneo de aditivo. Este aditivo en polvo cae sobre un tolva de
embalado (9) de de los paquetes o sacos de aditivo (10) que serán
suministrados al cliente.
Este debe ser considerado solo un procedimiento
concreto de fabricación, y la invención debe considerase que cubre
también otros procedimientos equivalentes que den como resultado el
mismo tipo de aditivo de la invención.
El producto de la invención obtenido mediante
este procedimiento comprende por tanto un mineral hidroabsorbente de
origen volcánico compuesto principalmente de silicatos de aluminio,
con las siguientes propiedades:
- \bullet
- Contenido en componentes de silicio de entre 64% y 95% en peso
- \bullet
- Densidad específica de entre 2,40 y 2,95
- \bullet
- Nivel de hidratación en estado natural de entre 7% y 9% en peso
Este mineral se somete a un preprocesado
consistente en una expansión térmica y un molido hasta un diámetro
aproximado de 24 micras.
\newpage
La tabla siguiente indica la composición química
aproximada en el ejemplo de realización del componente mineral de
origen volcánico en estado natural bruto sin procesar, tal como se
recibe de la mina y después del preproceso (valores en %):
El aditivo de la invención se consigue mezclando
el mineral preprocesado con componentes auxiliares hasta conseguir
un polvo homogéneo. Los componentes auxiliares se añaden en una
proporción que depende de la planta de combustión concreta a la que
se le suministra el producto. En algunas plantas algún componente no
será útil, es decir, se añadirá en un 0%, y en todos los casos la
mezcla no tendrá más del 50% de ninguno. Si alguno está en una
proporción de 50%, los demás tendrán que estar en proporciones
inferiores, incluso algún componente en un 0%. Los componentes del
aditivo pueden ser diatomitas o tierras diatomáceas, perlita,
puzolanas y sílice.
Las composiciones y valores concretos deben
considerase solo como un ejemplo de composición del producto de la
invención, que comprende también variaciones en las cantidades y
proporciones que no alteren las propiedades para mejorar la
combustión del aditivo de la invención.
El modo de utilización del aditivo para mejorar
la combustión en aparatos de combustión industriales de la
invención, en la planta generadora de electricidad o en otro tipo de
caldera industrial se esquematiza en la Figura 2.
El aparato de combustión comprende una caldera
(20), por ejemplo para generar vapor, alimentada por combustible que
en este caso será sólido proveniente de la tolva de combustible
(16). El combustible es pulverizado en el pulverizador de
combustible (17), y desde él una comente de aire principal producido
por la soplante principal (18) lo conduce a la cámara de combustión
de la caldera (20). Una alimentación de aire secundario es aportada
por la soplante secundaria (19).
El aditivo se suministra en polvo desde la tolva
de aditivo (13) mediante la corriente de aire producida por la
soplante del aditivo (14). Este flujo de aditivo es distribuido
mediante las válvulas de control (15) a diversas zonas, en función
de las características de la planta y de los requerimientos de
eficiencia y de contaminación, y de otros parámetros de
funcionamiento como las distintas cargas exigidas a la caldera, y
después de ensayos y calibraciones preliminares.
En el ejemplo se distribuye aditivo a:
- 1.
- La zona de combustión mezclado con el aire primario y el combustible pulverizado.
- 2.
- La zona de combustión inyectando aditivo en la corriente de aire secundario.
- 3.
- La zona de gases de combustión (21) a través de un conducto específico para el aditivo.
Mediante las válvulas (15) no solo se ajusta la
relación aditivo/combustible y las zonas donde se va a distribuir
conforme a unos valores fijos de la planta, como el tipo de caldera,
sino que se pueden controlar también en función de otros parámetros
que pueden ser variables, como por ejemplo, la carga de la
caldera.
En este ejemplo concreto se distribuye el
aditivo de la invención de esta manera, pero en otros modos de
realización podría haber más o menos conductos u otras maneras de
incorporarlo, siempre ajusfando la relación aditivo/combustible y
las proporciones y zonas donde se distribuye para conseguir unos
valores óptimos de eficiencia en la combustión, bajo desgaste del
equipo y bajos niveles de contaminación.
Para demostrar las propiedades ventajosas del
aditivo se ha utilizado experimentalmente en Albacete (España), en
una planta secadora y en otra productora de electricidad, que
utilizan como combustible principal restos de aceitunas.
En la planta secadora existía el problema de que
producía mucha escoria e incrustaciones en las paredes del
calentador.
Se instaló un sistema de alimentación para el
aditivo de la invención en la entrada de aire principal, comenzando
con una relación aditivo/combustible de 0,002:1. Los resultados
fueron los siguientes:
- \bullet
- Las emisiones de CO bajaron de 1800 ppm a 400 ppm, y conforme se incrementaba la relación aditivo/combustible tendían a bajar hasta anularse.
- \bullet
- La temperatura del horno creció aproximadamente 30º.
- \bullet
- El consumo de combustible se redujo en aproximadamente el 25%.
Además, la apariencia visual de los gases de
combustión emitidos era de menos cenizas en suspensión, mejorando
también el aspecto de las escorias y disminuyendo los depósitos en
las paredes del horno.
Un experimento parecido se hizo en un planta
generadora de vapor y electricidad, que también usaba como
combustible restos de aceitunas.
Se inyectó directamente el aditivo en la cámara
de combustión debajo de los tubos de evaporación, con un tubo que
atravesaba la pared de la caldera y mediante aire a presión. La
relación aditivo/combustible era aproximadamente de 0,005:1. en este
caso no fue posible variar esta relación durante el experimento.
Los resultados fueron:
- \bullet
- Las emisiones de CO bajaron de 10.029 ppm a 447 ppm.
- \bullet
- La temperatura del horno se incrementó aproximadamente en 25ºC.
- \bullet
- El consumo de combustible bajó un 25%.
Y también se apreciaron visualmente menos
cenizas en suspensión, mejor aspecto de las escorias, menos
depósitos en las paredes y más limpieza en la caldera y menos
incrustaciones.
Claims (10)
1. Aditivo para mejorar la combustión en
aparatos de combustión industriales caracterizado por
comprender principalmente minerales de tipo volcánico con compuestos
amorfos o cristalinos de silicato de aluminio sometidos a un
preprocesado consistente en una expansión producida mediante un
calentamiento rápido y un molido posterior hasta alcanzar un tamaño
de partícula inferior a 24 micras.
2. Aditivo para mejorar la combustión en
aparatos de combustión industriales según la reivindicación 1
caracterizado por que el mineral principal tiene las
siguientes propiedades:
- \bullet
- Contenido en componentes de silicio de entre 64% y 95% en peso
- \bullet
- Densidad específica de entre 2,40 y 2,95
- \bullet
- Nivel de hidratación en estado natural de entre 7% y 9% en peso.
3. Aditivo para mejorar la combustión en
aparatos de combustión industriales según las reivindicaciones 1 ó 2
caracterizado por que al mineral principal se le añaden unos
componentes auxiliares en proporciones que son función de las
características del combustible que va a utilizarse y del aparato de
combustión de la planta a la que se va a suministrar el aditivo, y
por que la mezcla se prepara con una proporción en peso de cada uno
de los componentes auxiliares comprendida entre un 0% si ese
componente concreto no se añade y un máximo de 50% en alguno de
ellos, y porque estos componentes auxiliares son los siguientes:
Diatomitas, Perlitas, Puzolanas, Sílices.
4. Procedimiento para fabricar un aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales
caracterizado por tomar un mineral hidroabsorbente de origen
volcánico compuesto principalmente de silicatos de aluminio en forma
amorfa o cristalina y someterlo a un preproceso que consiste en
expandirlo térmicamente mediante un calentamiento rápido y
pulverizarlo hasta un tamaño de partícula inferior a 24 micras.
5. Procedimiento para fabricar un aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales según
la reivindicación 4 caracterizado porque el polvo de mineral
preprocesado se mezcla y homogeneiza con uno o varios componentes
auxiliares, cuyas proporciones son función de la planta concreta a
la que se va a servir el aditivo.
6. Procedimiento para fabricar un aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales según
la reivindicación 5 caracterizado porque los componentes
auxiliares son: Diatomitas, Perírtas, Puzolanas, Sílice, mezclados
con una proporción en peso de cada uno de estos componentes
auxiliares comprendida entre un 0% si ese componente concreto no se
añade y un máximo de 50% en alguno de ellos.
7. Procedimiento para utilizar un aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales
caracterizado porque el aditivo, suministrado en polvo, es
dispersado en diversas zonas del interior del aparato de combustión,
seleccionando la relación aditivo/combustible y las zonas de
distribución en función de diversos parámetros del aparato de
combustión, del combustible utilizado y de los requerimientos de
eficiencia, desgaste del equipo y niveles de contaminación, y
después de pruebas y calibraciones en la planta donde está el
aparato de combustión.
8. Procedimiento para utilizar un aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales según
la reivindicación 7 caracterizado porque el aditivo es
inyectado directamente en las entradas de aire a la cámara de
combustión.
9. Procedimiento para utilizar un aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales según
las reivindicaciones 7 ó 8 caracterizado porque el aditivo es
inyectado en la corriente de gases de combustión.
10. Procedimiento para utilizar un aditivo para
mejorar la combustión en aparatos de combustión industriales según
las reivindicaciones 7, 8 ó 9 caracterizado porque el
sistema de alimentación del aditivo tiene medios de control para
variar la relación aditivo/combustible durante la operación del
aparato de combustión, en función de la carga de la caldera o de
otros parámetros.
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|---|---|---|---|
| ES200802228A ES2338199B8 (es) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | Aditivo para mejorar la combustion en aparatos de combustion industriales, procedimiento para fabricarlo y modo de utilizacion. |
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| ES2338199B8 ES2338199B8 (es) | 2011-07-19 |
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2008
- 2008-07-28 ES ES200802228A patent/ES2338199B8/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2338199A1 (es) | 2010-05-04 |
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