ES2558429T3 - Instalación de combustión y procedimiento para regular una instalación de combustión - Google Patents

Instalación de combustión y procedimiento para regular una instalación de combustión Download PDF

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Abstract

Instalación de combustión (1) con un hogar, un dispositivo (27, 28) para retornar residuos de combustión al hogar, un dispositivo (33, 34) para medir al menos un parámetro de la combustión, unos dispositivos (36, 37) para influir sobre la combustión y un dispositivo (29) que actúa sobre la cantidad de residuos de combustión retornados, caracterizada por que el dispositivo (29) que actúa sobre la cantidad de los residuos de combustión retornados controla un dispositivo de transporte (28) que varía el caudal volumétrico retornado.

Description

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DESCRIPCION
Instalacion de combustion y procedimiento para regular una instalacion de combustion
La invencion concierne a una instalacion de combustion con un hogar, un dispositivo para retornar los residuos de combustion al hogar, un dispositivo para medir al menos un parametro de la combustion y unos dispositivos para influir sobre la combustion. Ademas, la invencion concierne a un procedimiento para regular una instalacion de combustion.
Tales instalaciones de combustion estan bastante difundidas y se emplean sobre todo como instalaciones de hogar grande para la incineracion de basura y materiales residuales. Se miden diferentes parametros de combustion y se influye sobre ellos para garantizar una combustion optima y minimizar la produccion de gases de escape nocivos. Es importante que los materiales a quemar, como especialmente la basura, se quemen lo mas completamente posible y puedan encontrarse pocos contaminantes en el gas de humo.
Es tambien conocido el recurso de alimentar nuevamente a un hogar de parrilla los residuos de combustion no completamente quemados. Precisamente en el flujo de retorno de residuos de combustion hay que cuidar especialmente de que los parametros de combustion se ajusten optimamente durante el retorno para, por un lado, no influir negativamente sobre la combustion por efecto de los materiales retornados y, por otro lado, lograr una combustion lo mejor posible de los materiales que se deben quemar.
El documento US 2006/081161 revela una instalacion de combustion segun el preambulo de la reivindicacion 1.
La invencion se basa en el problema de desarrollar adicionalmente una instalacion de combustion de tal manera que se logre una combustion optima junto con una expulsion minima de contaminantes.
Este problema se resuelve con una instalacion de combustion generica que presenta un dispositivo que actua sobre la cantidad de los residuos de combustion retornados, segun la reivindicacion 1.
Un dispositivo de esta clase permite variar la cantidad de los residuos de combustion retornados de tal manera que se actue sobre la combustion con la cantidad variable de los residuos de combustion retornados.
Mientras que hasta ahora se han retornado al lugar de combustion todos los residuos de combustion no completamente quemados, y el aire de combustion alimentado y los demas dispositivos para influir sobre la combustion deberan obtener una combustion lo mas optima posible, la instalacion de combustion segun la invencion permite actuar deliberadamente sobre la combustion por efecto de la variacion de la cantidad de los residuos de combustion retornados.
Asf, por ejemplo, en el caso de una combustion demasiado fuerte se puede reducir el tamano de la llama por medio de la cantidad de los residuos de combustion retornados. Por otro lado, mediante una reduccion de los residuos de combustion retornados se puede intensificar tambien la actuacion del hogar para lograr una combustion completa mejor.
Una variante de realizacion especialmente ventajosa de la instalacion de combustion preve que el hogar este configurado como un hogar de parrilla, especialmente con una parrilla inclinada de retroceso, y que los residuos de combustion se carguen al principio de la parrilla.
En particular, es posible tambien actuar por medio de un dispositivo sobre el lugar de retorno de los residuos de combustion. Asf, por ejemplo, en un hogar de parrilla se puede efectuar el retorno de los residuos de combustion al principio, en el centro o mas al final de la parrilla. Ademas, se emplean frecuentemente varias parrillas yuxtapuestas sobre las cuales actua una potencia de combustion diferente. En este caso, se puede elegir con un dispositivo la respectiva parrilla con una potencia de combustion especialmente alta para introducir aqrn los residuos de combustion retornados.
El retorno de los residuos de combustion se emplea asf como dispositivo adicional para influir sobre la combustion.
Para alimentar los residuos de combustion deliberadamente al hogar en cantidades definidas se propone que el dispositivo para el retorno de los residuos de combustion presente un transportador accionado. Este transportador puede ser, por ejemplo, un transportador de tornillo sin fin. Son adecuados tambien para esto los transportadores neumaticos.
Una variante de realizacion especial preve que los residuos de combustion se retornen al menos con una parte del aire primario o secundario. En este caso, un transportador neumatico alimenta residuos de combustion y aire de combustion al hogar.
Una variante de realizacion especialmente ventajosa preve que el dispositivo para medir parametros de la combustion presente una camara. Con una camara se puede verificar localmente con exactitud el modo en que se desarrolla la combustion en la zona de la alimentacion y especialmente en diferentes lugares de una parrilla de combustion. Esto facilita la entrega de los residuos de combustion al hogar de una manera deliberada segun el lugar
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y la cantidad. Mediante un sistema de procesamiento de imagenes se puede efectuar entonces de manera completamente automatica un retorno deliberado de los residuos de combustion. En particular, una automatizacion permite controlar o regular de acuerdo con parametros medidos el retorno segun el lugar de alimentacion (lugar) el caudal volumetrico alimentado (cantidad) y la duracion de la alimentacion (tiempo).
Una sencilla variante de realizacion preve que se controle el retorno de los residuos de combustion. Sin embargo, es ventajoso que el dispositivo que actua sobre el retorno de los residuos de combustion presente un regulador. Este regulador coopera con un dispositivo de medida y un dispositivo de reglaje para ajustar exactamente la cantidad que debe hacerse retornar. El dispositivo de medida puede presentar aqu la camara y/u otros dispositivos para medir parametros de combustion, mientras que el dispositivo de reglaje actua, por ejemplo, sobre el motor de un transportador accionado para el retorno de los residuos de combustion.
Es ventajoso que se incluyan en el calculo varios parametros de combustion diferentes para alimentar un valor calculado al regulador. Asf, por ejemplo, una combustion reforzada sobre una region de la parrilla puede conducir a un elevado caudal volumetrico retornado, mientras que un valor elevado de una medicion de monoxido de carbono en el gas de humo reduce la cantidad e incluso detiene el retorno a partir de un valor lfmite especial.
Una temperatura elevada del gas de humo puede acelerar, por ejemplo, el motor de los residuos de combustion retornados y un descenso de la temperatura en el gas de humo puede conducir a una reduccion de la cantidad de los residuos de combustion retornados.
Siempre que la instalacion de combustion presente un regulador, se propone que el dispositivo para medir la combustion actue sobre el regulador.
Mientras que una forma de realizacion sencilla de la instalacion de combustion preve un control lineal o un control por medio de un disco de leva entre los parametros de combustion medidos y la cantidad retornada, en una instalacion de combustion optimizada se preve un regulador P, un regulador PI o un regulador PID.
Cuando se pueden retornar al hogar pocos residuos de combustion deficientemente quemados, ya que los parametros del hogar no permiten un retorno, los residuos de combustion deficientemente quemados llegan tambien a los restantes residuos de combustion. Por el contrario, una variante de realizacion preve que en este caso se almacenen de momento en un acumulador tampon los residuos de combustion deficientemente quemados hasta que puedan ser alimentados de nuevo a la instalacion de combustion. En este caso, la instalacion de combustion presenta un acumulador tampon para los residuos de combustion que se deben retornar.
El problema que sirve de base a la invencion se resuelve tambien con un procedimiento para regular una instalacion de combustion, en el que se retornan residuos de combustion a la instalacion de combustion y se miden parametros de la combustion, ajustandose el caudal volumetrico de los residuos de combustion retornados en funcion de al menos un parametro medido de la combustion, segun la reivindicacion 11.
Es ventajoso a este respecto que se regule el caudal volumetrico.
Se pueden lograr resultados de combustion especialmente buenos cuando se miden varios parametros de combustion y se utilizan estos para calcular la regulacion del caudal volumetrico. Un ordenador puede cuidar entonces de que parametros de combustion diferentes actuen de maneras diferentes sobre el caudal volumetrico retornado.
Una sencilla ejecucion del procedimiento preve que se ajuste la instalacion de combustion para un valor calonfico del combustible y se contrarreste una intensidad de combustion elevada con un caudal volumetrico elevado del retorno. Particularmente en instalaciones de incineracion de basura, el valor calonfico del combustible fluctua y, por tanto, es muy ventajoso que, temporal o regional o localmente, se pueda contrarrestar una intensidad de combustion demasiado alta con un retorno elevado de residuos de combustion.
Una variante de realizacion preve que se mida al menos un parametro correlacionado con la combustion completa y que, en caso de una combustion completa reducida, se eleve el caudal volumetrico del retorno. Esto conduce a que, en el caso de una combustion completa especialmente mala de los combustibles, se retorne una cantidad especialmente grande de residuos de combustion a la instalacion de combustion.
En el dibujo esta representado un ejemplo de realizacion segun la invencion y este se explica con mas detalle en lo que sigue.
Muestra:
La figura 1, una estructura esquematica de una instalacion de incineracion de basura con parrilla inclinada de retroceso y diferentes posibilidades de una influenciacion del gas de combustion primario y una influenciacion del gas de combustion secundario, asf como con un dispositivo que actua sobre la cantidad de los residuos de combustion retornados.
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La instalacion de combustion 1 mostrada en la figura tiene una tolva de carga 2 con un plano inclinado de carga adyacente 3 para la carga del combustible 4 sobre una mesa de carga 5. Sobre la mesa de carga 5 estan previstos unos pistones de alimentacion 6 que pueden moverse en vaiven para cargar el combustible 4 que viene del plano inclinado de carga 3 sobre una parrilla de hogar 7 sobre la cual tiene lugar la combustion del combustible 4.
Para la combustion carece de importancia el que se trate de una parrilla inclinada o de una parrilla horizontal. En el dibujo se muestra una parrilla inclinada de retroceso. Sin embargo, el procedimiento puede utilizarse tambien, por ejemplo, en una instalacion de combustion de lecho fluidificado.
Por debajo de la parrilla de combustion 7 esta colocado un dispositivo designado en conjunto con 8 para la alimentacion de gas de combustion primario, el cual puede comprender varias camaras 9 a 13 a las que, por medio de un soplante 14 y a traves de tubenas 15 a 19, se alimenta gas de combustion primario en forma de aire ambiente.
Debido a la disposicion de las camaras 9 a 13, la parrilla de hogar esta subdividida en varias zonas de viento inferior, de modo que el gas de combustion primario puede ajustarse de manera diferente de acuerdo con las necesidades de la parrilla de hogar 7. Segun la anchura de la parrilla de hogar, estas zonas de viento inferior estan subdivididas tambien en direccion transversal, con lo que, segun las circunstancias locales, se puede alimentar de manera regulada aire de combustion primario en sitios diferentes.
Sobre la parrilla de hogar 7 se encuentra la camara de fuego 20, que hace transicion a una chimenea de gas de escape 21 en la parte superior. La chimenea de gas de escape 21 lleva conectados otros grupos no representados, tales como, por ejemplo, una caldera de extraccion y una instalacion de depuracion de gas de escape.
La combustion del combustible 4 se efectua sobre todo en la parte delantera de la parrilla de hogar 7, sobre la cual se encuentra la chimenea de gas de escape 21. En esta zona se alimenta la mayor parte del gas de combustion primario a traves de las camaras 9 a 11. En la parte trasera de la parrilla de hogar 7 se encuentra combustible ya completamente quemado, es decir, escoria, y en esta zona se alimenta gas de combustion primario a traves de las camaras 12 y 13 sustancialmente tan solo para el enfriamiento de la escoria 22.
Por tanto, el gas de escape presenta en la zona trasera 23 de la camara de fuego 20 un contenido de oxfgeno elevado en comparacion con la zona delantera. El gas de escape producido en la zona trasera 23 se utiliza asf como gas de recirculacion interno para la combustion secundaria.
Las partes completamente quemadas del combustible 4 caen como escoria 22 en una descarga de escoria 24 dispuesta al final de la parrilla de hogar 7.
La escoria 22 cae desde la descarga de escoria 24 junto con los residuos de combustion restantes en un desescoriador en humedo 25, desde el cual se alimenta dicha escoria a un dispositivo de separacion 26. La escoria residual no sinterizada o no fundida se mezcla entonces con el combustible 4 a traves de una tubena 27 y un transportador 28 dirigido hacia la zona de carga sobre la mesa de carga 5 y llega asf nuevamente a la parrilla de hogar 7.
El dispositivo de separacion designado con 26 muestra tan solo de manera esquematica la separacion de la ceniza de la parrilla en chatarra de hierro, granulado de material inerte completamente sinterizado y residuos de combustion no sinterizados o fundidos.
En una instalacion de incineracion de basura se pueden producir, por ejemplo, 320 kg de ceniza de parrilla a partir de una tonelada de basura con un contenido de ceniza de 220 kg al final de la parrilla 7. Estos 320 kg ceniza de parrilla se separan con el procedimiento de separacion insinuado con el numero de referencia 26 en 30 kg de chatarra de hierro, 190 kg de granulado de material inerte completamente sinterizado y 100 kg de residuos de combustion no fundidos o sinterizados. Una porcion de la ceniza de caldera y del polvo de filtrado puede ser anadida tambien a los residuos de combustion no sinterizados o fundidos. Esta fraccion se anade luego nuevamente a la combustion a traves de la tubena 27 y al transportador 28. En un ejemplo practico se alimentan nuevamente al hogar de parrilla 110 kg de los 320 kg de ceniza de parrilla.
Para no influir negativamente sobre la combustion ni siquiera con una alimentacion de esta porcion de escoria se trabaja con una compleja unidad de regulacion y calculo 29. Esta unidad 29 introduce en el calculo valores de medida de dispositivos de medida y crea senales de control para controlar no solo soplantes que actuan directamente sobre el hogar, sino tambien para controlar el dispositivo de transporte 28 que vana el caudal volumetrico retornado.
La cantidad de escoria 22 que se produce por unidad de tiempo ya no corresponde asf en general a la cantidad de escoria alimentada por unidad de tiempo. Por tanto, esta dispuesto un deposito tampon 30 delante del transportador 28.
En lugar o ademas del deposito tampon 30, el procedimiento de separacion puede controlarse tambien de modo que, segun el estado de combustion, se retornen al hogar de parrilla mas o menos residuos de combustion no sinterizados o fundidos. Por ejemplo, en el caso de una mala combustion, se puede ejecutar el procedimiento de
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separacion de modo que una proporcion mayor de residuos de combustion no sinterizados o fundidos llegue al granulado de material inerte completamente sinterizado, mientras que, en el caso de condiciones de combustion especialmente buenas, se elevan los requisitos cualitativos impuestos a un granulado de material inerte completamente sinterizado de modo que se produzca una cantidad mayor de residuos de combustion no sinterizados o fundidos.
Una camara de termograffa 31 observa a traves de los gases de humo la superficie del lecho de combustion 32 y los valores registrados con ella se transmiten al ordenador central - sin una unidad de regulacion 29. Con 33 y 34 se designan unos sensores, varios de los cuales estan dispuestos sobre la superficie de la capa del lecho de combustion 32 y los cuales sirven para medir el contenido de O2, CO y CO2 en el gas de escape por encima del lecho de combustion 32 - es decir, en la zona de combustion primaria.
Para aumentar la claridad, todas las conducciones que sirven para la distribucion de medios de flujo o que retransmiten los datos captados, se han representado con lmeas continuas, mientras que las conducciones que transmiten ordenes de regulacion se han representado con lmeas de trazos.
La unidad de regulacion y calculo recibe valores de medida de la camara de termograffa 31, de sensores 33 y 34 y del dispositivo de transporte 28 sobre la cantidad de transporte actual de residuos de combustion retornados. Los datos se incluyen en el calculo para controlar el transportador 28 a traves de una lmea 35, para controlar el aire primario a traves de una lmea 36 y para controlar el aire secundario a traves de una lmea 37.
Desde una instalacion de descomposicion de aire 38 se transporta oxfgeno puro, a traves de un dispositivo de transporte y distribucion 39, por un lado hasta una tubeffa 40 para mezclarlo con gas de combustion primario y, por otro lado, hasta una tubeffa 41 para mezclarlo con gas de combustion secundario. A traves de la tubeffa 40 se alimentan unas tubeffas de derivacion 42 a 46 que estan supervisadas por valvulas 47 a 51 que a su vez son influenciadas por la unidad de regulacion y calculo 29.
Las tubeffas de alimentacion 42 a 46 desembocan en tubeffas de derivacion 15 a 19 que se derivan de la tubeffa 52 para el aire ambiente y que conducen a las distintas camaras de viento inferior 9 a 13.
La segunda tubeffa 41, que parte del dispositivo de transporte y distribucion 39, conduce a traves de valvulas de regulacion 53, 54 y tubeffas 56, 57 hasta las toberas de combustion secundaria 58, 59, a traves de las cuales se introduce gas de recirculacion interno en la camara de combustion. A traves de tubeffas de derivacion 60, 61, que son supervisadas por valvulas de regulacion 62, 63, se puede alimentar oxfgeno a las toberas de combustion secundaria 64 y 65, a las que se alimenta gas de combustion secundario desde el soplante 67 a traves de una tubeffa 66. Este gas puede comprender aire ambiente puro o una mezcla de aire ambiente con gas de escape depurado.
A traves de una tubeffa de succion 68, que conduce al soplante de aspiracion 69, se conduce el gas de recirculacion a las toberas de combustion secundaria 58 y 59 que estan dispuestas en lados opuestos de la chimenea de gas de escape 21.
Las toberas de combustion secundaria 64 y 65 estan distribuidas en numero mayor sobre el peffmetro de la chimenea de gas de escape 21. Se puede alimentar aqrn gas de combustion secundario en forma de aire ambiente que se transporta por medio del soplante 67. A este fin, esta prevista una tubeffa de aspiracion 70, permitiendo un organo de regulacion 71 que se ajuste a la cantidad de aire ambiente. Otra tubeffa 72 unida con el soplante 67, la cual es supervisada por un organo de regulacion 73, sirve para aspirar gas de recirculacion de gas de escape depurado que se mezcla con el aire ambiente. Este gas de recirculacion de gas de escape depurado es succionado despues de la circulacion del gas de escape por la instalacion de depuracion de gas de escape y presenta un menor contenido de oxfgeno en comparacion con el gas de recirculacion interno. Este gas de recirculacion de gas de escape sirve en primer lugar para la generacion de turbulencia cuando la cantidad de gas de escape en la chimenea de gas de escape 21 es demasiado pequena para generar una turbulencia suficiente con miras a mejorar la combustion en la zona secundaria.
Por tanto, la unidad de regulacion y calculo 29 controla toda la instalacion y contiene diferentes reguladores para actuar sobre distintos dispositivos de reglaje. Mientras que, por ejemplo, un rebasamiento de un valor lfmite de monoxido de carbono en el gas de escape conduce en la unidad de regulacion y calculo 29 al envm de una senal al dispositivo de transporte 28 con la que se detiene dicho dispositivo de transporte 28, unas temperaturas especialmente altas, que son detectadas por la camara de termograffa 31, conducen a un aumento de la potencia del dispositivo de transporte para aumentar la cantidad de escoria 22 retornada a la parrilla.
En el ejemplo de realizacion se representa que la escoria retornada es retornada a la mesa de carga 6. Una variante de realizacion no representada preve que, en el caso de varias parrillas yuxtapuestas, pueda elegirse tambien una parrilla especial para el retorno y eventualmente pueda elegirse tambien entre diferentes parrillas durante el funcionamiento del procedimiento para actuar individualmente por medio del retorno de escoria sobre las condiciones de combustion en parrillas diferentes.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Instalacion de combustion (1) con un hogar, un dispositivo (27, 28) para retornar residuos de combustion al hogar, un dispositivo (33, 34) para medir al menos un parametro de la combustion, unos dispositivos (36, 37) para influir sobre la combustion y un dispositivo (29) que actua sobre la cantidad de residuos de combustion retornados, caracterizada por que el dispositivo (29) que actua sobre la cantidad de los residuos de combustion retornados controla un dispositivo de transporte (28) que vana el caudal volumetrico retornado.
  2. 2. Instalacion de combustion segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el hogar esta configurado como un hogar de parrilla y los residuos de combustion se cargan al principio de la parrilla.
  3. 3. Instalacion de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que presenta un dispositivo para actuar sobre el lugar de retorno de los residuos de combustion.
  4. 4. Instalacion de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el dispositivo de retorno de los residuos de combustion presenta un transportador accionado.
  5. 5. Instalacion de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el dispositivo de medicion de parametros de la combustion presenta una camara.
  6. 6. Instalacion de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el dispositivo que actua sobre el retorno de los residuos de combustion presenta un regulador.
  7. 7. Instalacion de combustion segun la reivindicacion 5, caracterizada por que el dispositivo de medicion de la combustion actua sobre el regulador.
  8. 8. Instalacion de combustion segun la reivindicacion 5 o 6, caracterizada por que el regulador es un regulador P.
  9. 9. Instalacion de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada por que el regulador es un regulador PI, preferiblemente un regulador PID.
  10. 10. Instalacion de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que presenta un acumulador tampon para los residuos de combustion que se deben retornar.
  11. 11. Procedimiento para regular una instalacion de combustion segun la reivindicacion 1.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 11, caracterizado por que se regula el caudal volumetrico.
  13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 11 o 12, caracterizado por que se miden varios parametros de combustion y se utilizan estos para el calculo de la regulacion del caudal volumetrico.
  14. 14. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que se regula la instalacion de combustion para un valor calonfico del combustible y se contrarresta una intensidad de combustion elevada con un caudal volumetrico elevado.
  15. 15. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que se mide al menos un parametro correlacionado con la combustion completa y, en caso de una combustion completa reducida, se eleva el caudal volumetrico del flujo de retorno.
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