ES2532503T3

ES2532503T3 - Método y aparato para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión

Info

Publication number: ES2532503T3
Application number: ES08720361.8T
Authority: ES
Inventors: Shuuhei Terushita; Toshihiko Yamada; Shuzo Watanabe; Terutoshi Uchida
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; IHI Corp
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; IHI Corp
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2015-03-27
Anticipated expiration: 2028-03-06
Also published as: JPWO2009110037A1; JP5208195B2; AU2008352213B2; CN102016419A; EP2251599B1; US8601960B2; WO2009110037A1; US20110132243A1; AU2008352213A1; EP2251599A1; CN102016419B; EP2251599A4; PL2251599T3

Abstract

Un método para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión (4) mediante la utilización de un aparato según la reivindicación 3, comprendiendo dicho método el suministro de oxígeno a la pluralidad de orificios del orificio para la combustión en dos etapas (7), en el que el ajuste se hace en el sentido de incrementar la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7), para de esta forma reducir la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape; el ajuste se hace en el sentido de disminuir la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) cuando se ha de elevar la absorción de calor total en la caldera (4) o cuando se ha de reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape, si se produce una petición de reducción de la densidad de NOX en una parte del horno de la caldera (4), siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape (Sa4), entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) para reducir la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb3), para de esta forma disminuir la densidad de oxígeno y así bajar, a su vez, la densidad de NOX en la parte del horno de la caldera (4), y si se produce una petición de elevación de la absorción de calor en una parte del horno de la caldera (4, Sa5) o si se produce una petición de reducción de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en una parte del horno (Sa6), entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) para incrementar la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb4), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno y así elevar, a su vez, la absorción de calor en la parte de la caldera (4) o para así reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en la parte del horno de la caldera (4).

Description

15

25

35

45

55

65

E08720361

10-03-2015

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión

Campo técnico La presente invención se refiere a un método y un aparato para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión.

Antecedentes de la técnica El aumento en la densidad de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera se ha revelado como uno de los factores determinantes del calentamiento global, sobre el cual se ha llamado recientemente la atención como un problema medioambiental a escala global. Una central térmica se presenta, en una primera aproximación, como una fuente fija que expulsa estas sustancias. El combustible para la generación de energía térmica puede ser petróleo, gas natural

o carbón, de entre los cuales se prevé que el carbón tenga especialmente una gran demanda futura debido a sus mayores reservas potenciales.

El carbón contiene un mayor porcentaje de carbono en comparación con el gas natural y el petróleo, junto con otros elementos tales como hidrógeno, nitrógeno y azufre, y ceniza como un elemento inorgánico. Por tanto, cuando se quema carbón en presencia de aire, la mayor parte de la composición del gas de escape de combustión está constituida por nitrógeno (alrededor del 70%), con la parte restante constituida por dióxido de carbono CO2, óxidos de azufre SOX, óxidos de nitrógeno NOX, oxígeno (alrededor del 4%) y otros gases, y partículas tales como carbón sin quemar y cenizas. Por ello, el gas de escape es sometido a tratamientos para gases de escape tales como la desnitrificación, desulfuración y la extracción de polvo de modo que el NOX, SOX y las partículas estén dentro de sus respectivos valores estándar de emisión medioambiental antes de su emisión a la atmósfera a través de un conducto de chimenea.

El NOX del gas de escape se divide en un NOX térmico generado a partir de la oxidación del nitrógeno del aire por el oxígeno y en un NOX combustible generado como consecuencia de la oxidación del nitrógeno del combustible. Hasta ahora, se ha empleado un método de combustión para la disminución de la temperatura de la llama al objeto de reducir el NOX térmico, mientras que se ha utilizado otro método de combustión para la formación de una región con exceso de combustible que desoxida el NOX dentro de un quemador al objeto de reducir el NOX combustible.

En el caso de utilizar un combustible que contiene azufre, tal como el carbón, se proporciona un dispositivo de desulfuración por vía húmeda o seca para eliminar el SOX generado en el gas de escape como consecuencia de la combustión.

Por otro lado, se desea que una gran cantidad del dióxido de carbono generado en el gas de escape se separe y elimine de forma muy eficaz. Hasta el momento se ha probado y evaluado un posible método para la captura del dióxido de carbono contenido en el gas de escape, el cual incluye un método para hacer que una amina u otro líquido absorbente lo absorba, un método de adsorción para hacer que un sólido adsorbente lo adsorba o un método de filtración a través de membrana, todos los cuales tienen un bajo rendimiento de conversión, que por tanto hace que no alcancen todavía un nivel de CO2 capturado en una caldera de carbón de utilización práctica.

En consecuencia, se ha propuesto una tecnología de combustión de un combustible con oxígeno en vez de con aire como una forma eficaz de tratar a la vez tanto el problema de la separación del dióxido de carbono del gas de escape como el problema de la eliminación del NOX térmico (véanse, por ejemplo, los documentos de literatura patente 1 a 4).

Cuando el carbón se quema con oxígeno, no se observa la generación de NOX térmico y la mayor parte del gas de escape está constituido por dióxido de carbono, con la parte restante constituida por otros gases que contienen el NOX combustible, SOX y combustibles sin quemar, logrando por tanto una licuefacción y separación relativamente fácil del dióxido de carbono por medio de un enfriamiento del gas de escape.

Se hará una descripción de una construcción de una caldera de combustión con aire. La construcción de la caldera es de diferentes tipos, uno de los cuales tiene unos quemadores dispuestos en hileras múltiples de forma lateral con respecto al horno y dispuestos en una pluralidad de etapas en sentido vertical, y tiene además un orificio para la combustión en dos etapas (llamado OAP, over air port, por sus siglas en inglés) dispuesto en determinadas posiciones por encima de los correspondientes quemadores en hileras, de manera que se lleva a cabo una combustión en dos etapas por medio del aire de combustión en dos etapas que se insufla a través de los orificios para la combustión en dos etapas.

[Documento de literatura patente 1] JP 5-231609 A [Documento de literatura patente 2] JP 2001-235103 A [Documento de literatura patente 3] JP 5-168853 A [Documento de literatura patente 4] JP 2007-147162 A

15

25

35

45

55

65

E08720361

10-03-2015

El documento de patente JP 06-101809 A se refiere a una instalación de caldera que optimiza la concentración de oxígeno en el aire de combustión que se suministra a un cuerpo principal de la caldera. El aire primario se inyecta en un cuerpo de caldera por medio de un conducto de suministro de combustible de un quemador, pasando por un molino, a través de unas líneas de recirculación de aire primario. Las líneas de recirculación secundaria y terciaria son para la combustión en la zona situada aguas abajo y para la combustión en dos etapas, respectivamente. Las líneas de recirculación primaria, secundaria y terciaria están provistas de reguladores de caudal para el ajuste del caudal de oxígeno. Una parte del gas de combustión fluye a través de un conducto de escape y de una conducción de recirculación del gas de escape. Se proporcionan unos reguladores de caudal adicionales primario, secundario y terciario para el ajuste de la cantidad de corrientes de escape que circulan por las líneas de recirculación primaria, secundaria y terciaria, respectivamente.

Compendio de la Invención

Problemas técnicos La caldera normal o la caldera de combustión en dos etapas plantean un problema que consiste en que puede ser difícil controlar la cantidad de NOX y de combustibles sin quemar, tal como CO, en el gas de escape que emite la caldera. Hasta la fecha, se ha probado y evaluado la variación del ratio de flujo másico de aire al objeto de controlar la cantidad de NOX y de combustibles sin quemar, tal como CO, en el gas de escape, dando lugar a un control no satisfactorio de los mismos.

La invención se ha llevado a cabo en vista de lo anterior, y tiene como objeto proporcionar un método y un aparato para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión para poder regular la cantidad de NOX y de combustibles sin quemar en el gas de escape que emite la caldera.

Solución a los problemas La invención está dirigida a un método para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión según la reivindicación 1.

En el método para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión está previsto que, cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape, el ajuste se hace en el sentido de incrementar la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas, para de esta forma reducir la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas, mientras que cuando se ha de elevar la absorción de calor total en la caldera o cuando se ha de reducir la cantidad de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape, el ajuste se hace en el sentido de disminuir la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas, para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas.

En el método para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión es preferible que la densidad de oxígeno se ajuste en cada una de las pluralidades de orificios para la combustión en dos etapas dispuestas en la caldera.

En el método para el control del gas de escape en una caldera de oxicombustión está previsto que, una parte del gas de escape proporcionado a través de la línea de recirculación secundaria se suministre al orificio para la combustión en dos etapas de la caldera.

La invención está dirigida a un aparato para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión según la reivindicación 3.

En una realización que no es parte de la invención, es preferible que, cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape, el ajuste se hace en el sentido de incrementar la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas por medio de un regulador de caudal, para de esta forma reducir la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas, mientras que cuando se ha de elevar la absorción de calor total en la caldera o cuando se ha de reducir la cantidad de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape, el ajuste se hace en el sentido de disminuir la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas por medio del regulador de caudal, para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas.

En el aparato para el control del gas de escape en la caldera de oxicombustión está previsto que el aparato comprende una pluralidad de orificios para la combustión en dos etapas dispuestos en la caldera y una pluralidad de líneas de suministro de oxígeno ramificadas para la regulación del caudal de oxígeno en cada uno de los orificios para la combustión en dos etapas.

15

25

35

45

55

65

E08720361

10-03-2015

En el aparato para el control del gas de escape en la caldera de oxicombustión está previsto que el aparato comprende una línea de recirculación terciaria a través de la cual se suministra al orificio para la combustión en dos etapas de la caldera una parte del gas de escape proporcionado a través de la línea de recirculación secundaria.

Efectos ventajosos de la Invención Según un método y un aparato de la invención para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión que tiene quemadores y orificios para la combustión en dos etapas, se puede obtener el excelente efecto de hacer posible el control de la densidad de NOX en el gas de escape y de la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape, ajustando la densidad de oxígeno por medio del suministro de oxígeno a través del orificio para la combustión en dos etapas.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama esquemático de la construcción general de una realización de la invención. La figura 2 es un diagrama conceptual de una línea de recirculación terciaria y una línea de suministro de oxígeno conectadas a un orificio para la combustión en dos etapas de una caldera de oxicombustión. La figura 3 es un diagrama de flujo de un flujo de control de la realización de la invención; y La figura 4 es un gráfico de un rango de operación de la realización de la invención.

Lista de signos de referencia 3 Molino 4 Caldera 5 Cámara de distribución de aire 6 Quemador 7 Orificio para la combustión en dos etapas 9 Recalentador de gas de escape de recirculación 10 Dispositivo de tratamiento de gases de escape 12 Línea de recirculación primaria 14 Línea de recirculación secundaria 19 Línea de recirculación terciaria 20 Tercer regulador de caudal (regulador de caudal) 23 Generador de oxígeno 24 Línea de mezcla de oxígeno secundario 25 Línea de suministro directo 26 Línea de suministro de oxígeno 26a Línea de suministro de oxígeno ramificada primera 26b Línea de suministro de oxígeno ramificada segunda 26c Línea de suministro de oxígeno ramificada tercera 26d Línea de suministro de oxígeno ramificada cuarta 27 Regulador de caudal de oxígeno (regulador de caudal) 28 Medidor de densidad de oxígeno

Descripción de la realización Se describirá a continuación una realización de la invención con referencia a los dibujos que se adjuntan.

Haciendo referencia a las figuras 1 a 4 que representan la realización de la invención, el número de referencia 1 indica una tolva de carbón para el almacenamiento de carbón; 2, un alimentador de carbón para la alimentación del carbón almacenado en la tolva de carbón 1; 3, un molino para la pulverización y el secado del carbón suministrado desde el alimentador de carbón 2; 4, una caldera de oxicombustión; 5, una cámara de distribución de aire fijada a la caldera 4; 6, quemadores dispuestos en la cámara de distribución de aire 5 para quemar el carbón pulverizado que viene desde el molino 3; 7, un orificio para la combustión en dos etapas (llamado OAP, over air port) dispuesto en la caldera 4 en una determinada posición por encima de los quemadores 6; 8, una línea de gas de escape a través de la cual fluye un gas de escape emitido desde la caldera 4; 9, un recalentador de gas de escape de recirculación para el intercambio de calor entre el gas de escape que fluye a través de la línea de gas de escape 8 y unos gases de escape de recirculación primario y secundario; 10, un dispositivo de tratamiento de gases de escape, tal como un desulfurador y un colector de polvo, para el tratamiento del gas de escape que pasa a través del recalentador de gas de escape de recirculación 9; 11, un ventilador de tiro forzado (FDF, forced draft fan, por sus siglas en inglés) para el suministro de modo forzado de un gas de escape purificado por el dispositivo de tratamiento de gases de escape 10 como gases de escape de recirculación primario y secundario; 12, una línea de recirculación primaria para la conducción como gas de escape de recirculación primario hasta el molino 3 de una parte del gas de escape que se suministra de modo forzado por el ventilador de tiro forzado 11 a través del recalentador de gas de escape de recirculación 9 para su precalentamiento; 13, un primer regulador de caudal para la regulación de un caudal del gas de escape de recirculación primario; 14 indica una línea de recirculación secundaria para la conducción como gas de escape de recirculación secundario hasta la cámara de distribución de aire 5 de otra parte del gas de escape que se suministra de modo forzado por el ventilador de tiro forzado 11 a través del recalentador de gas de escape de recirculación 9 para su precalentamiento; 15, un segundo regulador de caudal para la regulación de un caudal del

15

25

35

45

55

65

E08720361

10-03-2015

gas de escape de recirculación secundario; 16, un dispositivo de captura para la captación de CO2, etc., al hacer pasar a través del mismo el gas de escape purificado por el dispositivo de tratamiento de gases de escape 10; 17, un ventilador de tiro inducido (IDF, induced draft fan, por sus siglas en inglés) dispuesto aguas abajo con respecto al dispositivo de tratamiento de gases de escape 10 para succionar de modo inducido el gas de escape; y 18, un conducto de chimenea a través del cual se emite a la atmósfera el gas de escape purificado por el dispositivo de tratamiento de gases de escape 10 que se induce por el ventilador de tiro inducido 17.

En esta realización, la caldera 4 tiene los quemadores 6 dispuestos en hileras múltiples (cuatro hileras en la figura 2) de forma lateral con respecto al horno, y dispuestos en una pluralidad de etapas (dos etapas en la figura 2) en sentido vertical, con el orificio para la combustión en dos etapas 7 de la caldera 4 dispuesto en hileras por encima de los correspondientes quemadores 6 para así formar un orificio primero 7a, un orificio segundo 7b, un orificio tercero 7c y un orificio cuarto 7d.

La línea de recirculación secundaria 14 está provista de una línea de recirculación terciaria 19 que sale de ella, entre el segundo regulador de caudal 15 y la cámara de distribución de aire 5, para suministrar una parte del gas de escape al orificio para la combustión en dos etapas 7. La línea de recirculación terciaria 19 se ramifica en su punto medio en una línea de recirculación ramificada primera 19a, una línea de recirculación ramificada segunda 19b, una línea de recirculación ramificada tercera 19c y una línea de recirculación ramificada cuarta 19d al objeto de corresponderse con el orificio primero 7a, el orificio segundo 7b, el orificio tercero 7c y el orificio cuarto 7d, respectivamente. La disposición del orificio para la combustión en dos etapas 7 no está limitada a las cuatro hileras, sino que se puede utilizar cualquier número de hileras múltiples. Si el orificio para la combustión en dos etapas 7 se configura con otro número de hileras múltiples, entonces se proporciona un número correspondiente de líneas de recirculación ramificadas, de forma correspondiente a las hileras múltiples. En la figura 1, las líneas de recirculación ramificadas 19a, 19b, 19c y 19d se representan por el número de referencia 19a.

La línea de recirculación terciaria 19 está provista de un tercer regulador de caudal 20, situado entre un punto de ramificación con respecto a la línea de recirculación secundaria 14 y los puntos en que se ramifica en las líneas de recirculación ramificadas 19a, 19b, 19c y 19d. La línea de recirculación ramificada primera 19a, la línea de recirculación ramificada segunda 19b, la línea de recirculación ramificada tercera 19c y la línea de recirculación ramificada cuarta 19d están provistas, respectivamente, de reguladores individuales de caudal 21a, 21b, 21c y 21d y de medidores individuales de densidad de oxígeno 22a, 22b, 22c y 22d. En la figura 1, los reguladores individuales de caudal 21a, 21b, 21c y 21d se representan por el número de referencia 21a, y los respectivos medidores de densidad de oxígeno 22a, 22b, 22c y 22d se representan por el número de referencia 22a.

La construcción general incluye un generador de oxígeno 23 para la producción de oxígeno a partir del paso de aire y una línea de mezcla de oxígeno secundario 24 para suministrar una parte del oxígeno producido por el generador de oxígeno 23 como oxígeno secundario a la línea de recirculación secundaria 14. Se dispone un regulador de caudal de oxígeno (no mostrado) en la línea de mezcla de oxígeno secundario 24. Aunque en la realización mostrada el oxígeno secundario se suministra a la línea de recirculación secundaria 14 aguas abajo con respecto al recalentador de gas de escape de recirculación 9 a modo de ejemplo, éste se puede suministrar aguas arriba con respecto al recalentador de gas de escape de recirculación 9.

La construcción general incluye una línea de suministro directo 25 que suministra directamente otra parte del oxígeno producido por el generador de oxígeno 23 como una alimentación directa de oxígeno a los quemadores 6, estando provista la línea de suministro directo 25 de un regulador de cantidad de suministro directo (no mostrado).

La construcción general incluye además una línea de suministro de oxígeno 26 que sale desde un punto situado aguas arriba con respecto al punto en que se ramifica en la línea de mezcla de oxígeno secundario 24 y en la línea de suministro directo 25 para proporcionar el resto del oxígeno producido por el generador de oxígeno 23 al orificio para la combustión en dos etapas 7. La línea de suministro de oxígeno 26 se ramifica en su punto medio en una línea de suministro de oxígeno ramificada primera 26a, una línea de suministro de oxígeno ramificada segunda 26b, una línea de suministro de oxígeno ramificada tercera 26c y una línea de suministro de oxígeno ramificada cuarta 26d, las cuales, a su vez, se conectan, respectivamente, a la línea de recirculación ramificada primera 19a, la línea de recirculación ramificada segunda 19b, la línea de recirculación ramificada tercera 19c y a la línea de recirculación ramificada cuarta 19d. La línea de suministro de oxígeno 26 está provista, en su lado situado aguas arriba, de un regulador de caudal de oxígeno general 27, y en su lado situado aguas abajo de un medidor de densidad de oxígeno general 28. Se disponen reguladores individuales de caudal de oxígeno 29a, 29b, 29c y 29d en la línea de suministro de oxígeno ramificada primera 26a, la línea de suministro de oxígeno ramificada segunda 26b, la línea de suministro de oxígeno ramificada tercera 26c y en la línea de suministro de oxígeno ramificada cuarta 26d, respectivamente. En la figura 1 la línea de suministro de oxígeno 26 se une en las Aes. Las líneas de suministro de oxígeno ramificadas 26a, 26b, 26c y 26d se representan por el número de referencia 26a, y los reguladores individuales de caudal de oxígeno 29a, 29b, 29c y 29d se representan por el número de referencia 29a.

Se dispone una unidad de control 30 que está conectada a todos los siguientes reguladores: al tercer regulador de caudal 20 de la línea de recirculación terciaria 19, al regulador individual de caudal 21a de la línea de recirculación

15

25

35

45

55

65

E08720361

10-03-2015

ramificada primera 19a, al regulador individual de caudal 21b de la línea de recirculación ramificada segunda 19b, al regulador individual de caudal 21c de la línea de recirculación ramificada tercera 19c y al regulador individual de caudal 21d de la línea de recirculación ramificada cuarta 19d; y a todos los siguientes reguladores: al regulador de caudal de oxígeno general 27 de la línea de suministro de oxígeno 26, al regulador individual de caudal de oxígeno 29a de la línea de suministro de oxígeno ramificada primera 26a, al regulador individual de caudal de oxígeno 29b de la línea de suministro de oxígeno ramificada segunda 26b, al regulador individual de caudal de oxígeno 29c de la línea de suministro de oxígeno ramificada tercera 26c y al regulador individual de caudal de oxígeno 29d de la línea de suministro de oxígeno ramificada cuarta 26d. La unidad de control 30 está provista de medios de procesamiento Sa y Sb con objeto de controlar los reguladores 20, 21a a 21d, 27 y 29a a 29d en función de las señales de un medidor de densidad de NOX 31 dispuesto en la línea de gas de escape 8 entre la caldera 4 y el recalentador de gas de escape de recirculación 9, del medidor de densidad de oxígeno 28 de la línea de suministro de oxígeno 26, del medidor individual de densidad de oxígeno 22a de la línea de recirculación ramificada primera 19a, del medidor individual de densidad de oxígeno 22b de la línea de recirculación ramificada segunda 19b, del medidor individual de densidad de oxígeno 22c de la línea de recirculación ramificada tercera 19c, del medidor individual de densidad de oxígeno 22d de la línea de recirculación ramificada cuarta 19d, etc. Se debe entender que las señales de entrada a la unidad de control 30 no están limitadas en particular, sino que se pueden reemplazar por cualquier otra información siempre y cuando los reguladores 20, 21a a 21d, 27 y 29a a 29d se controlen en función del estado de la caldera 4.

A continuación se describirán las operaciones de la realización ilustrada.

En la caldera 4, el carbón almacenado en la tolva de carbón 1 se suministra por medio del alimentador de carbón 2 hasta el molino 3 en el que el carbón se convierte en carbón pulverizado, mientras que simultáneamente el gas de escape de recirculación primario, que es una parte del gas de escape derivado aguas abajo del dispositivo de tratamiento de gases de escape 10 por medio del ventilador de tiro forzado 11 (FDF), es introducido, a través de la línea de recirculación primaria 12, dentro del molino 3 para secar el carbón suministrado al mismo, siendo transferido a continuación el carbón pulverizado y secado resultante a los quemadores 6 de la caldera 4.

Por otro lado, otra parte del gas de escape derivado por medio del ventilador de tiro forzado 11 se suministra como el gas de escape de recirculación secundario, a través de la línea de recirculación secundaria 14, hacia dentro de la cámara de distribución de aire 5 de la caldera 4, mientras que simultáneamente una parte del gas de recirculación secundario (gas de escape) suministrado a través de la línea de recirculación secundaria 14 se suministra a través de la línea de recirculación terciaria 19 y de las líneas de recirculación ramificadas 19a, 19b, 19c y 19d hasta el orificio para la combustión en dos etapas 7 de la caldera 4.

Una parte del oxígeno producido por el generador de oxígeno 23 se suministra a través de la línea de mezcla de oxígeno secundario 24 hasta la línea de recirculación secundaria 14, mientras que simultáneamente otra parte del oxígeno del generador de oxígeno 23 se suministra directamente a través de la línea de suministro directo 25 a los quemadores 6, siendo suministrado el resto del oxígeno del generador de oxígeno 23 por medio de la línea de suministro de oxígeno 26 y de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas 26a, 26b, 26c y 26d, a través de las correspondientes líneas de recirculación ramificadas 19a, 19b, 19c y 19d, respectivamente. En este caso, el oxígeno suministrado por medio de la línea de suministro de oxígeno 26, etc., hasta el orificio para la combustión en dos etapas 7 se puede suministrar junto con el gas de escape o se puede suministrar directamente sin estar mezclado con el gas de escape.

Por tanto, el carbón pulverizado que se suministra desde el molino 3 hasta los quemadores 6 por medio del gas de escape de recirculación primario se quema por medio del gas de recirculación secundario mezclado con oxígeno que se suministra a la cámara de distribución de aire 5, por medio del suministro directo de oxígeno que se proporciona directamente a los quemadores 6 y por medio del suministro de gas de escape mezclado con oxígeno que se proporciona al orificio para la combustión en dos etapas 7. El gas de escape generado como consecuencia de la combustión precalienta los gases de escape de recirculación primario y secundario al pasar por el recalentador de gas de escape de recirculación 9 y a continuación se trata en el dispositivo de tratamiento de gases de escape 10, después de lo cual una parte del mismo se conduce hacia el ventilador de tiro forzado 11 y el dispositivo de captura 16, siendo succionado de modo inducido el resto del mismo por medio del ventilador de tiro inducido (IDF) para su emisión a la atmósfera a través del conducto de chimenea 18. El dispositivo de captura 16 capta CO2, etc., del gas de escape que pasa por el mismo.

Debido a que el estado de la combustión de la caldera 4 cambia en función de diferentes condiciones, los medios de control Sa de la unidad de control 30 recogen los datos del medidor de densidad de NOX 31, del medidor de densidad de oxígeno 28 de la línea de suministro de oxígeno 26 y de los medidores individuales de densidad de oxígeno 22a, 22b, 22c y 22d de las respectivas líneas de recirculación ramificadas 19a, 19b, 19c y 19d con objeto de regular la densidad de NOX, la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape, tal como CO, y la absorción de calor en el horno en función del estado de la combustión. A la vez, los medios de control Sa determinan el estado de combustión de la caldera 4, incluyendo requisitos del operador, etc., de manera que los medios de control Sb de la unidad de control 30 controlan la cantidad de oxígeno suministrada al orificio para la

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

E08720361

10-03-2015

combustión en dos etapas 7 por medio del ajuste del tercer regulador de caudal 20 de la línea de recirculación terciaria 19, de los reguladores individuales de caudal 21a, 21b, 21c y 21d de las respectivas líneas de recirculación ramificadas, del regulador de caudal de oxígeno general 27 de la línea de suministro de oxígeno 26 y de los reguladores individuales de caudal de oxígeno 29a, 29b, 29c y 29d de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas 26a, 26b, 26c y 26d.

Más en concreto, si se produce una petición de reducción de la densidad de NOX general, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape (etapa Sa1), entonces, al mismo tiempo que se hace una medición por medio del medidor de densidad de oxígeno 28 de la línea de suministro de oxígeno 26, se acciona el tercer regulador de caudal 20 y el regulador de caudal de oxígeno general 27 para reducir la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7 (etapa Sb1), para de esta forma disminuir la densidad de oxígeno y así bajar, a su vez, la densidad de NOX general. Si se produce una petición de elevación de la absorción de calor general en la caldera 4 (etapa Sa2) o si se produce una petición de reducción de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape (etapa Sa3), entonces, al mismo tiempo que se hace una medición por medio del medidor de densidad de oxígeno 28 de la línea de suministro de oxígeno 26, se acciona el tercer regulador de caudal 20 y el regulador de caudal de oxígeno general 27 para incrementar la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7 (etapa Sb2), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno y así elevar, a su vez, la absorción de calor general en la caldera 4 o para así reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape.

Si se produce una petición de reducción de la densidad de NOX en una parte (en particular, en la parte lateral) del horno de la caldera 4, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape (etapa Sa4), entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno 22a, 22b, 22c y 22d de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas 26a, 26b, 26c y 26d, se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal 21a, 21b, 21c y 21d y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno 29a, 29b, 29c y 29d para reducir la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7 (etapa Sb3), para de esta forma disminuir la densidad de oxígeno y así bajar, a su vez, la densidad de NOX en la parte (en particular, en la parte lateral) del horno de la caldera 4. Además, si se produce una petición de elevación de la absorción de calor en una parte del horno de la caldera 4 (etapa Sa5) o si se produce una petición de reducción de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en una parte del horno (etapa Sa6), entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno 22a, 22b, 22c y 22d de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas 26a, 26b, 26c y 26d, se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal 21a, 21b, 21c y 21d y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno 29a, 29b, 29c y 29d para incrementar la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7 (etapa Sb4), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno y así elevar, a su vez, la absorción de calor en la parte de la caldera 4 o para así reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en la parte del horno de la caldera 4.

Los inventores han obtenido resultados de prueba, como se muestra en la figura 4, cuando se ajusta la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7 en una caldera de prueba en la que el carbón pulverizado se quema en oxígeno. Como se ve en la figura 4, se ha hecho evidente que el control de la densidad de NOX es factible para la reducción de dicha densidad de NOX cuando se disminuye la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7 y que la combustión es factible con una cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape reducida al elevar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7.

Por tanto, en la caldera 4 en la que se disponen los quemadores 6 y el orificio para la combustión en dos etapas 7, se suministra oxígeno a través del orificio para la combustión en dos etapas 7 para ajustar la densidad de oxígeno, haciendo posible de esta forma que se puedan controlar la densidad de NOX en el gas de escape, la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape y la absorción de calor en el horno.

En la realización, cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape, el ajuste se hace en el sentido de incrementar la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7 por medio de los reguladores de caudal, para de esta forma reducir la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7, mientras que cuando se ha de elevar la absorción de calor total en la caldera 4 o cuando se ha de reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape, el ajuste se hace en el sentido de disminuir la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7 por medio de los reguladores de caudal, para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas 7. Tal configuración hace posible un ajuste preciso de la densidad de oxígeno por medio del suministro del oxígeno a través del orificio para la combustión en dos etapas 7, proporcionando de esta forma un control adecuado de la densidad de NOX en el gas de escape, de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape y de la absorción de calor en el horno.

E08720361

10-03-2015

Además, en la realización, la caldera 4 puede estar provista de una pluralidad de orificios para la combustión en dos etapas 7 y de una pluralidad de líneas de suministro de oxígeno ramificadas 26a, 26b, 26c y 26d para hacer posible que la densidad de oxígeno sea ajustada en cada uno de los orificios para la combustión en dos etapas 7, por medio de lo cual en un caso en el que la densidad de NOX se haya de reducir en una parte del horno de la caldera 4, en un 5 caso en el que la absorción de calor se haya de elevar en un parte del horno de la caldera 4 o en un caso en el que la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape se haya de reducir en una parte del horno, se puede suministrar oxígeno a través de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas 26a, 26b, 26c y 26d para controlar de forma precisa sus respectivas densidades de oxígeno, proporcionando de esta forma un control más adecuado de la densidad de NOX en el gas de escape, de la cantidad emitida de combustibles sin

10 quemar en el gas de escape y de la absorción de calor en el horno.

Gracias a la provisión de la línea de recirculación terciaria 19 que alimenta a los orificios para la combustión en dos etapas 7 de la caldera 4 con una parte del gas de escape suministrado a través de la línea de recirculación secundaria 14, la densidad de oxígeno se puede ajustar por medio de un sencillo control del suministro de oxígeno a

15 los orificios para la combustión en dos etapas 7, proporcionando de esta forma un control simple y preciso de la densidad de NOX en el gas de escape, de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape y de la absorción de calor en el horno.

Claims

5

15

25

35

45

55

65

REIVINDICACIONES

1.

Un método para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión (4) mediante la utilización de un aparato según la reivindicación 3, comprendiendo dicho método el suministro de oxígeno a la pluralidad de orificios del orificio para la combustión en dos etapas (7), en el que el ajuste se hace en el sentido de incrementar la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7), para de esta forma reducir la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) cuando se ha de reducir la densidad de NOX total, siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape; el ajuste se hace en el sentido de disminuir la cantidad de gas de escape de recirculación suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7) cuando se ha de elevar la absorción de calor total en la caldera (4) o cuando se ha de reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en la totalidad del gas de escape, si se produce una petición de reducción de la densidad de NOX en una parte del horno de la caldera (4), siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape (Sa4), entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) para reducir la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb3), para de esta forma disminuir la densidad de oxígeno y así bajar, a su vez, la densidad de NOX en la parte del horno de la caldera (4), y si se produce una petición de elevación de la absorción de calor en una parte del horno de la caldera (4, Sa5) o si se produce una petición de reducción de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en una parte del horno (Sa6), entonces, al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), se accionan los correspondientes reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) para incrementar la cantidad de oxígeno suministrado al orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb4), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno y así elevar, a su vez, la absorción de calor en la parte de la caldera (4) o para así reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en la parte del horno de la caldera (4).
2.

Un método para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión según la reivindicación 1, en el que la densidad de oxígeno se ajusta en cada una de las pluralidades de orificios (7a, 7b, 7c, 7d) de los orificios para la combustión en dos etapas (7).
3.

Un aparato para el control de un gas de escape en una caldera de oxicombustión (4), que comprende dicha caldera (4) con una pluralidad de quemadores (6) y un orificio para la combustión en dos etapas (7) que proporciona una pluralidad de orificios (7a, 7b, 7c, 7d) correspondientes a dichos quemadores (6), una línea de recirculación primaria (12) a través de la cual se suministra una parte del gas de escape en recirculación emitido por la caldera (4) como gas de escape de recirculación primario hasta un molino (3) del aparato, y el carbón pulverizado obtenido en el molino (3) se suministra a los quemadores (6) de la caldera (4) por medio de dicho gas de escape de recirculación primario, una línea de recirculación secundaria (14) a través de la cual se suministra otra parte del gas de escape en recirculación hasta una cámara de distribución de aire (5) de la caldera (4), un generador de oxígeno (23), una línea de suministro directo (25) a través de la cual se suministra directamente una parte del oxígeno producido por el generador de oxígeno (23) a los quemadores (6), y una línea de mezcla de oxígeno secundario (24) a través de la cual se suministra otra parte del oxígeno producido por el generador de oxígeno (23) a la línea de recirculación secundaria (14), comprendiendo dicho aparato además una línea de recirculación terciaria (19) que sale de dicha línea de recirculación secundaria (14), entre la cámara de distribución de aire (5) y un segundo regulador de caudal (15), un tercer regulador de caudal (20) dispuesto para la regulación del caudal en la línea de recirculación terciaria (19), reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) y medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) dispuestos en las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d) para la regulación de caudales, en el que la línea de recirculación terciaria (19) se ramifica en su punto medio en las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d) al objeto de corresponderse respectivamente con la pluralidad de orificios (7a, 7b, 7c, 7d) del orificio para la combustión en dos etapas (7), una línea de suministro de oxígeno (26) que sale de una línea del generador de oxígeno (23), aguas arriba con respecto al punto en que se ramifica en la línea de mezcla de oxígeno secundario (24) y en la línea de suministro directo (25), que se ramifica en una pluralidad de líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), las cuales, a su vez, se conectan, respectivamente, con las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d), un regulador de caudal de oxígeno general (27) y un medidor de densidad de oxígeno general (28) proporcionados, respectivamente, en el lado situado aguas arriba y en el lado situado aguas abajo de la línea de suministro de oxígeno (26), reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) dispuestos para la regulación del caudal en las líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), y una unidad de control (30) que está conectada al tercer regulador de caudal (20) de la línea de recirculación terciaria (19), a los reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) de las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d), y al regulador de caudal de oxígeno general (27) de la línea de suministro de oxígeno (26) y a los

9

reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) de las líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d); y que está provista de medios de procesamiento (Sa, Sb) con objeto de controlar el tercer regulador de caudal (20), los reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d), el regulador de caudal de oxígeno general (27) y los reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) en función de las 5 señales de un medidor de densidad de NOX (31) dispuesto en una línea de gas de escape (8) del aparato, entre la caldera (4) y un recalentador de gas de escape de recirculación (9) del aparato, del medidor de densidad de oxígeno

(28) de la línea de suministro de oxígeno (26), de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las líneas de recirculación ramificadas (19a, 19b, 19c, 19d), y en el que los reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) correspondientes a los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 10 22d) y a los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) están adaptados para operar al objeto de reducir la cantidad de oxígeno suministrado a la unidad de orificios del orificio para la combustión en dos etapas (7, Sb3), para de esta forma disminuir la densidad de oxígeno y así bajar, a su vez, la densidad de NOX en una parte del horno de la caldera (4) si se produjera una petición de reducción de la densidad de NOX en la parte del horno de la caldera (4), siendo admisible la cantidad de combustibles sin quemar en el gas de escape

15 (Sa4), al mismo tiempo que se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d), y en el que los reguladores individuales de caudal (21a, 21b, 21c, 21d) correspondientes a los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) y a los respectivos reguladores individuales de caudal de oxígeno (29a, 29b, 29c, 29d) están adaptados para operar al objeto de incrementar la cantidad de oxígeno suministrado al orificio

20 para la combustión en dos etapas (7, Sb4), para de esta forma aumentar la densidad de oxígeno y así elevar, a su vez, la absorción de calor en una parte de la caldera (4) o para así reducir la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en una parte del horno de la caldera (4) si se produjera una petición de elevación de la absorción de calor en la parte del horno de la caldera (4, Sa5) o si se produjera una petición de reducción de la cantidad emitida de combustibles sin quemar en el gas de escape en la parte del horno (Sa6), al mismo tiempo que

25 se hacen mediciones por medio de los medidores individuales de densidad de oxígeno (22a, 22b, 22c, 22d) de las respectivas líneas de suministro de oxígeno ramificadas (26a, 26b, 26c, 26d).

10