ES2630401T3 - Adición de aire terciario a hornos de incineración de desechos sólidos para el control de NOx - Google Patents

Abstract

Sistema de horno para la combustión de desechos para reducir las emisiones de NOx, comprendiendo el sistema: a) un horno (100), comprendiendo dicho horno (100) una rejilla (110) que soporta un lecho (20) de desechos en combustión; b) una fuente de aire primario que introduce aire (10) primario aguas arriba de la rejilla (110); c) al menos una tobera (120) secundaria que introduce aire (30) secundario aguas abajo del lecho (20) de desechos en combustión; caracterizado por d) al menos una tobera (130) terciaria que introduce aire terciario (40), estando ubicada al menos una tobera (130) terciaria a una distancia aguas abajo de dicha al menos una tobera (120) secundaria, e) un sistema de monitorización en continuo de emisiones configurado para monitorizar las emisiones dentro de y desde el horno (100); f) un controlador (170) conectado al sistema de monitorización en continuo de emisiones y para ajustar la asignación del aire (30) secundario y el aire terciario; g) un sistema (140) de reducción no catalítica selectiva (SNCR), situado aguas abajo de la al menos una tobera (130) de aire terciario.

Description

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DESCRIPCION

Adicion de aire terciario a hornos de incineracion de desechos solidos para el control de NOx Campo de la invencion

Esta invencion es un procedimiento para reducir las emisiones de NOx procedentes de una caldera de recuperacion de energla a partir de desechos mediante la adicion de aire terciario y una reduccion de aire secundario. Tambien pueden asociarse realizaciones de este procedimiento con un sistema de reduccion de NOx secundario, tal como un simple sistema de reduccion no catalltica selectiva (SNCR) que usa amoniaco o urea, para lograr niveles deseablemente altos de reduccion de NOx.

Antecedentes de la invencion

El documento WO9958902 da a conocer un horno de desechos que comprende una rejilla y suministro de aire primario / secundario aguas arriba y aguas debajo de la misma.

La combustion de desechos solidos en una camara de combustion de desechos urbanos (MWC, municipal waste combustor) genera cierta cantidad de NOx. NOx es el nombre generico para un grupo de gases incoloros e inodoros pero altamente reactivos que contienen cantidades variables de NO y NO2. La cantidad de NOx generado por las MWC varla algo segun el diseno del horno y la rejilla pero normalmente oscila entre 250 y 350 ppm (valor seco al 7% de O2 en el gas de combustion).

La qulmica de formacion de NOx esta relacionada directamente con reacciones entre nitrogeno y oxlgeno. Para entender la formacion de NOx en una MWC, es util un entendimiento basico del diseno y el funcionamiento de la camara de combustion. Los sistemas de combustion con aire en las MWC incluyen normalmente tanto aire primario (tambien denominado bajo la rejilla) y aire secundario (tambien denominado sobre la rejilla o sobre el fuego). Se suministra aire primario a traves de camaras de distribucion de aire ubicadas bajo la rejilla de incineracion y se fuerza a pasar a traves de la rejilla para, secuencialmente, secar (desprender agua), desvolatilizar (desprender hidrocarburos volatiles) y quemar (oxidar hidrocarburos no volatiles) el lecho de desechos. La cantidad de aire primario se ajusta normalmente para minimizar el aire en exceso durante la combustion inicial de los desechos mientras que se maximiza el quemado de materiales carbonosos en el lecho de desechos. Se inyecta aire secundario a traves de orificios de aire ubicados por encima de la rejilla y se usa para proporcionar un mezclado turbulento y la destruccion de hidrocarburos desprendidos del lecho de desechos. Los niveles globales de aire en exceso para una MWC tlpica son de aproximadamente el 60 al 100% (el 160 - 200% de los requisitos estequiometricos (es decir, teoricos) de aire), representando normalmente el aire primario el 50-70% del aire total.

Ademas de la destruccion de los componentes organicos, uno de los objetivos de este enfoque de combustion es minimizar la formacion de NOx. Se forma NOx durante la combustion a traves de dos mecanismos primarios: NOx de combustible procedente de la oxidacion de nitrogeno elemental (N) unido de manera organica presente en la corriente de desechos solidos urbanos (MSW) y NOx termal procedente la oxidacion a alta temperatura de N2 atmosferico.

Mas especlficamente, se forma NOx de combustible dentro de la zona de llama a traves de la reaccion de N unido de manera organica en materiales de MSW y O2. Las variables clave que determinan la tasa de formacion de NOx son la disponibilidad de O2 dentro de la zona de llama, la cantidad de N unido a combustible, y la estructura qulmica del material que contiene N. Las reacciones de NOx de combustible pueden producirse a temperaturas relativamente bajas (<1.100°C (<2.000°F)). Dependiendo de la disponibilidad de O2 en la llama, los compuestos que contienen N reaccionaran para formar o bien N2 o bien NOx. Cuando la disponibilidad de O2 es baja, N2 es el producto de reaccion predominante. Si esta disponible una cantidad sustancial de O2, se convierte una fraccion aumentada del N unido a combustible en NOx.

En cambio, se forma NOx termal en zonas de llama de alta temperatura a traves de reacciones entre radicales de N2 y O2. Las variables clave que determinan la tasa de formacion de NOx termal son la temperatura, la disponibilidad de O2 y N2 y el tiempo de residencia. Debido a la alta energla de activacion requerida, la formacion de NOx termal no se vuelve significativa hasta que las temperaturas de llama alcanzan los 1.100°C (2.000°F).

Sin embargo, las emisiones de NOx son generalmente no deseadas y de importancia medioambiental debido a su papel como contaminante regulado, gas de acido y precursor de ozono. Las preocupaciones directas para la salud de NOx se centran en los efectos de los gases sobre el sistema respiratorio porque NOx reacciona con amoniaco, humedad y otros compuestos para formar acido nltrico y partlculas relacionadas que pueden danar el tejido pulmonar. Estas y otras partlculas producidas a partir de NOx penetran de manera profunda en partes sensibles de los pulmones y pueden provocar o empeorar enfermedades respiratorias potencialmente mortales tales como enfisema y bronquitis.

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Ademas, las emisiones de NOx plantean otras preocupaciones medioambientales. Por ejemplo, se forma ozono troposferico cuando reaccionan NOx y compuestos organicos volatiles (COV) con el calor y la luz del sol. Los ninos, las personas asmaticas y aquellos que trabajan o hacen ejercicio en el exterior son susceptibles de presentar efectos adversos debidos al ozono, y estos efectos incluyen dano del tejido pulmonar y disminucion de la funcion pulmonar. El ozono tambien dana la vegetacion y reduce los rendimientos de los cultivos.

Ademas, la reaccion de NOx y dioxido de azufre con otras sustancias en el aire para formar acidos, que caen a la tierra con la lluvia, niebla, nieve o partlculas secas como lluvia acida. La lluvia acida dana o deteriora vehlculos, edificios y monumentos, as! como hace que lagos y arroyos se vuelvan inadecuados para la pesca.

Ademas, NOx son gases de efecto invernadero indirecto que afectan a las cantidades atmosfericas de radicales hidroxilo (OH). Especlficamente, la descomposicion de los gases de NOx da lugar a un aumento de la abundancia de OH.

Por consiguiente, se han aprobado diversas leyes y reglamentos que limitan las emisiones de NOx de las MWC y otras fuentes. Por ejemplo, en virtud del 40 C.F.R, parte 60 se autoriza a la Agencia Ambiental de los Estados Unidos a monitorizar y limitar NOx procedentes de MWC. Asimismo existen normas y reglamentos similares para limitar las emisiones de NOx a nivel internacional, tal como en Europa, Canada y Japon. Debe apreciarse que un entendimiento y conocimiento completo de las diversas normas y leyes sobre emisiones de NOx estan fuera del alcance del comentario actual.

Las tecnologlas de control de NOx pueden dividirse en dos subgrupos: controles de combustion y controles tras la combustion. Los controles de combustion limitan la formacion de NOx durante el proceso de combustion reduciendo la disponibilidad de O2 dentro de la llama y reduciendo las temperaturas de la zona de combustion. Estas

tecnologlas incluyen la combustion en etapas, una baja cantidad de aire en exceso y recirculacion de gas de

combustion (FGR, flue gas recirculation). La combustion en etapas y una baja cantidad de aire en exceso reducen el flujo de aire bajo la rejilla para reducir la disponibilidad de O2 en la zona de combustion, lo que fomenta la reduccion qulmica de parte del NOx formado durante la combustion primaria. En la FGR, se devuelve una parte del gas de

salida de la camara de combustion al suministro de aire de combustion tanto para reducir el O2 de la zona de

combustion como para suprimir las temperaturas de llama al reducir la razon de O2 con respecto a componentes inertes (N2 y dioxido de carbono (CO2)) en el sistema de aire de combustion.

Los controles tras la combustion se refieren a eliminar las emisiones de NOx producidas durante el proceso de combustion en calderas de incineracion de desechos solidos, y los controles de NOx tras la combustion usados con la mayor frecuencia incluyen sistemas de reduccion no catalltica selectiva (SNCR), que normalmente reducen NOx significativamente, o sistemas de reduccion catalltica selectiva (SCR), que normalmente reducen MOx incluso mas eficazmente que los sistemas SNCR. Tal como se describe en mayor detalle a continuation, los sistemas SCR son mucho mas caros de construir, hacer funcionar y mantener que los sistemas SNCR y, por consiguiente, no son viables desde el punto de vista economico para su uso en plantas de recuperation de energla a partir de desechos (WTE) en muchas partes del mundo.

SCR es una tecnologla de control complementaria que fomenta de manera catalltica la reaccion entre NH3 y NOx. Los sistemas SCR pueden usar un reactivo de NH3 acuoso o anhidro, siendo las principales diferencias el tamano del sistema de vaporization de NH3 y los requisitos de seguridad. En el sistema SCR, se dosifica una cantidad precisa de un reactivo en la corriente de salida. El reactivo se descompone en amoniaco y reacciona con NOx a traves de un catalizador ubicado aguas abajo del punto de inyeccion. Esta reaccion reduce NOx a nitrogeno elemental y vapor de agua. Los sistemas SCR funcionan normalmente a una temperatura de aproximadamente 260- 371°C (500 - 700 °F). En cuando a la rentabilidad y el impacto de tasas de elimination de desechos, SCR tiene generalmente mayores costes que resultan de altos costes de inversion, as! como el coste de sustitucion y eliminacion del catalizador.

En cambio, SNCR reduce NOx a N2 sin el uso de catalizadores. De manera similar al sistema SCR, el sistema SNCR inyecta uno o mas agentes reductores en la parte superior del horno de MWC para que reaccione con NOx y forme N2. Sin la ayuda de un catalizador, estas reacciones se producen a temperaturas de 871-982°C (1600- 1800°F). El funcionamiento de procesos SNCR cerca del extremo superior de su intervalo de rendimiento puede dar como resultado emisiones no deseadas de amoniaco u otros gases de subproducto. SNCR tiene generalmente costes de inversion significativamente menores, as! como menores costes de mantenimiento puesto que no hay catalizadores que haya que sustituir y eliminar.

El documento WO 2006/084954 A1 se refiere a un sistema de distribution de aire de una caldera de lecho fluidizado de burbujeo.

El documento EP 1213534 se refiere a un incinerador de lecho fluidizado que tiene un horno de combustion que incluye secciones de combustion primera a cuarta.

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Sumario de la invencion

Esta invencion es un sistema de combustion de desechos para reducir las emisiones de NOx, segun se define en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripcion de los dibujos

Puede adquirirse un entendimiento mas completo de la presente invencion y las ventajas de la misma haciendo referencia a la siguiente descripcion tomada junto con los dibujos adjuntos en los que numeros de referencia similares indican caracterlsticas similares, y en los que:

las figuras 1-2 son diagramas esquematicos de un horno de combustion de desechos urbanos con aire terciario adicional segun las realizaciones de la presente invencion; y

la figura 3 es un diagrama de flujo que representa las etapas en un metodo para reducir las emisiones de NOx procedentes de una camara de combustion de desechos urbanos a traves del uso de una fuente de aire terciario segun las realizaciones de la presente invencion.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

Haciendo referencia ahora a la figura 1, un sistema 100 de combustion de desechos solidos en una realizacion de la presente invencion emplea una rejilla 110 movil con tres fuentes principales de aire de combustion. Se introduce aire 10 primario por debajo de la rejilla 110 y fluye hacia arriba a traves de un lecho 20 de desechos en combustion. Se introduce aire 30 secundario a traves de una o mas filas de toberas 120 secundarias por encima del lecho 20 de desechos en combustion. En una MWC tlpica, el proposito del aire 30 secundario es completar la combustion de los componentes organicos volatiles y el monoxido de carbono lo antes posible anadiendo oxlgeno adicional y proporcionando turbulencia para mezclar intensamente los gases de combustion. En la presente invencion, el aire secundario desempena un papel diferente. Se inyecta a bajas velocidades para minimizar el mezclado y la combustion. Su papel es ayudar a centrar las llamas en el horno y crear una envoltura de aire mas frlo a lo largo de las paredes para minimizar el impacto de las mayores temperaturas de horno sobre los materiales usados para proteger las paredes de tubos de agua del horno.

Aunque el presente comentario se centra en hornos basados en rejillas horizontales e inclinadas, debe apreciarse que los principios de reduccion de NOx con aire terciario de la presente invencion pueden aplicarse asimismo a cualquier diseno de caldera de incineracion con combustible solido.

Debe apreciarse que el numero y la ubicacion de las toberas 120 de aire secundario pueden variar con diferentes disenos de horno pero estan ubicadas normalmente justo por encima de los desechos en combustion en la parte inferior del horno para conseguir el proposito descrito anteriormente para el aire 30 secundario. Ademas, debe apreciarse que las toberas 120 de aire secundario pueden adaptarse o modificarse de otro modo segun tecnicas conocidas para mejorar el rendimiento del horno 100, por ejemplo, modificando la forma, el angulo y la posicion de las toberas 120 de aire secundario. Aunque normalmente se colocan en las paredes delanteras y traseras del horno, las toberas de aire secundario tambien pueden colocarse en las paredes a la derecha e izquierda aproximadamente a la misma elevacion para conseguir adicionalmente el proposito descrito anteriormente. Asimismo, aunque no se representa, el horno 100 puede modificarse adicionalmente a traves de la adicion y colocacion de diversos elementos de conformacion segun sea necesario para dirigir el flujo de salida para optimizar el rendimiento del horno 100.

Continuando con la figura 1, el horno 100 incluye ademas toberas 130 de aire terciario para anadir una tercera corriente de aire de combustion, o aire 40 terciario al horno de combustion de desechos solidos. La corriente de aire terciario puede inyectarse en el horno 100 a traves de las toberas 130 terciarias ubicadas en las paredes delanteras, traseras, a la izquierda o derecha del horno 100, en cualquier numero y combinacion que proporcione un mezclado adecuado del aire terciario con los gases de combustion con el proposito de completar el proceso de combustion y lograr bajos niveles de monoxido de carbono en el gas de combustion. Debe apreciarse que el numero y la ubicacion de las toberas 130 de aire terciario pueden variar con diferentes disenos de horno pero estan ubicadas normalmente a una elevacion significativamente por encima de la elevacion de las toberas 120 de aire secundario. Ademas, debe apreciarse que las toberas 130 de aire terciario pueden adaptarse o modificarse de otro modo segun tecnicas conocidas para mejorar el rendimiento del horno 100.

Volviendo a la figura 1, las toberas 130 de aire terciario que suministran la tercera corriente 40 de aire, o terciaria, estan ubicadas a una distancia D lejos de las toberas 120 de aire secundario. La distancia D es generalmente al menos de 10 pies, pero de manera optima de 7,6 a 15,2 m (de 25 a 50 pies) por encima de las toberas 120 de aire secundario, y la justificacion para la separacion se describe en mayor detalle a continuacion. En particular, las toberas 130 terciarias deben situarse lo suficientemente alto como para hacer que la formacion de NOx sea minima,

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pero no mas alta de lo necesario de manera que las condiciones provocaran un despilfarro acelerado en zonas excesivamente grandes de los materiales de pared del horno. La ubicacion precisa de las toberas 130 terciarias a la distancia D por encima de las toberas 120 de aire secundario dependera de numerosos factores tales como la configuracion, el tamano y el diseno especlficos del horno 100, junto con la naturaleza qulmica especlfica del lecho 20 de desechos en combustion.

En particular, el aire 30 secundario se introduce normalmente en una parte del horno 100 proxima al lecho de desechos en combustion, y la temperatura T1 en esta ubicacion es relativamente alta, y esta en o cerca de la temperatura adiabatica para la combustion del combustible de desechos. Dado que se introduce el aire 40 terciario a una mayor elevacion, esta parte del horno 100 esta a una temperatura T2 relativamente menor. Por ejemplo, la temperatura T1 estarla por encima de 1093°C (2000° F) y normalmente a aproximadamente 1371°C (2500° F), y la temperatura T2 puede estar entre aproximadamente 871° y 1037° (1600° y 1900° F) en el nivel de inyeccion terciario (despues de la adicion del aire terciario) debido a la transferencia de calor a las paredes del horno y el mezclado del aire terciario mas frlo con el gas de combustion caliente.

La reduccion del aire secundario introducido a una mayor temperatura T1, y la adicion del aire 40 terciario a una menor temperatura T2 da como resultado menor cantidad de NOx por dos motivos. En primer lugar, existen condiciones subestequiometricas o casi estequiometricas entre las toberas secundarias y terciarias, lo que reduce la cantidad de oxlgeno en exceso disponible para la reaccion con nitrogeno para formar NOx. Ademas, cierta parte del NOx formado durante la combustion primaria a nivel de la rejilla se reducira qulmicamente dentro de la region entre las toberas secundarias y terciarias por radicales HCN y NH2 formados debido a la falta de aire en exceso. En segundo lugar, la combustion de gases de salida continua en el horno 100 a la menor temperatura T2, despues de la adicion del aire terciario, mientras que se minimiza la produccion de NOx a esta temperatura. En aplicaciones de prueba, una MWC configurada para introducir aire 30 secundario a una alta temperatura T1 y aire 40 terciario a una menor temperatura T2 produce menores niveles de NOx en el intervalo de aproximadamente 130 a 180 ppm, logrando de ese modo los mismos niveles de NOx que los hornos de incineracion de desechos solidos convencionales con sistemas SNCR.

Aunque normalmente se inyecta el aire 40 terciario a una elevacion en la caldera 100 debido al coste de instalacion de las toberas 130 y los sistemas de conductos (no representados), serla posible inyectar el aire 40 terciario en mas de una elevacion D, o bien para mejorar el mezclado con el gas de combustion, o bien para permitir que se cambie la elevacion a medida que se incrusta la caldera y cambia el perfil de temperatura del gas de combustion a traves de la caldera. Por tanto, continuando con la figura 1, una realizacion del horno 100 puede contener ademas toberas 130' de aire terciario adicionales que suministran una corriente 40' de aire terciario adicional que estan ubicadas a una segunda distancia D' por encima de las toberas 120 de aire secundario. Dado que las toberas 130' de aire terciario adicionales estan ubicadas a una elevacion D' diferente, la corriente 40' de aire terciario adicional se introduce en una parte del horno 100 que tiene una temperatura T2' diferente.

Continuando con la figura 1, el horno 100 puede lograr una reduccion de NOx adicional a traves de la incorporacion de una tecnologla de reduccion de NOx adicional. Por ejemplo, la figura 1 representa la incorporacion de un sistema 140 SNCR conocido en el horno 100. En particular, el sistema 140 SNCR normalmente inyecta un aditivo 50 de SNCR tal como amoniaco o urea en los gases de combustion en un intervalo de temperatura de 871° a 982 °C (de 1600° a 1800° F). Puesto que, tal como se describio anteriormente, este intervalo de temperatura se logra en la parte intermedia a superior del horno 100 cerca de la adicion de la corriente 40 de aire terciario, pueden situarse toberas 150 de SNCR por encima de las toberas 130 de aire terciario para un rendimiento optimo.

Ademas, la turbulencia en el horno creada por el aire 40 terciario ayuda adicionalmente al mezclado del aditivo 50 de SNCR con los gases de combustion. Esta potenciacion minimiza el numero de toberas 150 de SNCR requeridas, reduce la cantidad de fluido portador necesaria con el aditivo 50 de SNCR, y reduce la cantidad de amoniaco sin reaccionar que sale de la caldera, que se denomina con frecuencia escape de amoniaco.

En algunos experimentos, esta combinacion de aire 40 terciario con un sistema 140 SNCR produce niveles de NOx generalmente en el intervalo de 30 a 70 ppm, logrando de ese modo niveles de NOx comparables a los de plantas que tienen sistemas SCR mucho mas caros.

Aunque la realizacion del horno 100 representada en la figura 1 incluye un sistema SNCR, debe apreciarse que todavla pueden lograrse reducciones de NOx adicionales incorporando un sistema SCR con un horno 100 que suministra aire 40 terciario. En esta situation en la que se emplea un sistema de reduccion de NOX distinto de SNCR, las toberas 130 de aire terciario pueden adaptarse segun sea necesario para aplicar de manera optima el sistema de reduccion de NOx especlfico. Por ejemplo, tal como se describio anteriormente, los sistemas sCr usan un catalizador que permite que se produzcan las reacciones de reduccion a temperaturas relativamente menores en comparacion con los sistemas SNCR, aproximadamente en el intervalo de 260° - 371°C (500 - 700 °F). Por consiguiente, las toberas 130 de aire terciario pueden desplazarse hasta una mayor distancia D lejos de las toberas de aire secundario de modo que la temperatura de combustion T2 es menor que el intervalo de 871 - 982 °C (1600 - 1800 °F) descrito anteriormente.

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Haciendo referenda ahora a la figura 2, el horno 100 segun una realizacion de la presente invencion comprende ademas una fuente 160 de aire tal como un ventilador motorizado o cualquier otro sistema de circulacion de aire conocido. En la realizacion representada, una unica fuente 160 de aire suministra tanto el aire 30 secundario como el aire 40 terciario. Sin embargo, debe apreciarse que cada una de estas entradas al horno 100 puede suministrarse por separado y que esta configuracion representada es meramente para facilidad de ilustracion. Tambien debe apreciarse que el aire 10 primario se suministra normalmente a una MWC por separado debido a requisitos de presion diferentes, sin embargo, tambien serla posible proporcionar las tres corrientes de aire, 10 primaria, 30 secundaria y 40 terciaria desde una unica fuente.

Tal como se describio anteriormente, la cantidad total de aire proporcionada a una MWC, tal como el horno 100, se modifica por ingenierla para conseguir diversos objetivos de combustion. Por consiguiente, la cantidad total de aire proporcionada al horno 100 a traves del aire 10 primario, el aire 30 secundario y el aire 40 terciario no cambia necesariamente de manera significativa con respecto a la cantidad total de aire primario y aire secundario suministrada en sistemas MWC conocidos. Por motivos similares, la cantidad de aire 10 primario proporcionada al horno 100 no cambia generalmente con respecto a la cantidad total de aire primario suministrada en sistemas MWC conocidos. Por tanto, una implementacion preferida de la presente invencion desvla una parte del aire secundario lejos de la tobera 120 secundaria y dirige esta parte como aire 40 terciario a la tobera 130 terciaria. Por consiguiente, la cantidad de aire 40 terciario suministrada al horno 100 tiene una reduccion correspondiente de la cantidad de aire 30 secundario. En una realizacion, se desplaza del 50 al 100% del aire 30 secundario normal a la tobera 130 terciaria como aire 40 terciario, y de ese modo el flujo de aire total al horno 100 es similar al de los disenos convencionales.

Debe apreciarse que diferentes disenos de caldera utilizan diferentes flujos de aire 10 primario y aire 30 secundario y razones de aire 10 primario con respecto a aire 30 secundario. Por tanto, la presente invencion podrla aplicarse a cualquier diseno de caldera desplazando la totalidad, o una fraccion significativa del aire 30 secundario a las toberas 130 de aire terciario. Ademas, tambien podrla desplazarse potencialmente una fraccion del aire 10 primario a las toberas 130 de aire terciario.

Con la adicion del aire 40 terciario, cambia el papel para el aire 30 secundario reducido. Tal como se explico anteriormente, el aire 30 secundario en MWC conocidas crea una alta turbulencia con el gas de combustion, proporcionando el mezclado necesario para completar la combustion. Con la adicion de aire 40 terciario, cualquier cantidad de aire 30 secundario restante no proporciona generalmente un buen mezclado. En su lugar, el aire 30 secundario entra en el horno 100 a una velocidad mucho mayor y permanece cerca de las paredes 101 del horno 100, ayudando a proteger las paredes 101 frente a cualquier aumento de temperatura y llamas mas grandes.

Entonces, controlando el flujo combinado del aire 10 primario, el aire 30 secundario y el aire 40 terciario, puede controlarse la temperatura de los gases de combustion entre la inyeccion de aire secundario y la nueva inyeccion de aire terciario a un nivel optimo. Continuando con la figura 2, un controlador 170 puede ajustar la asignacion de aire suministrado como aire 30 secundario y aire 40 terciario. Por ejemplo, el controlador 170 puede hacer funcionar un amortiguador que ajusta de manera dinamica para que se abra y se cierre, segun las temperaturas T1 y T2 medidas en el horno 100. Asimismo, puede ajustarse la fuente 160 de aire y/o una fuente de aire primario (no ilustrada) segun sea necesario para lograr las temperaturas deseadas. El controlador 170 puede recibir mediciones de entrada y ajustar la asignacion del aire 30 secundario y el aire 40 terciario segun sea necesario para un rendimiento deseado del sistema. Por ejemplo, el controlador 170 puede conectarse a un sistema de monitorizacion de emisiones en continuo (CEM, continuous emissions monitoring) (no ilustrado) que monitoriza las emisiones dentro de y desde el sistema de horno. El controlador 170, por ejemplo puede ajustar la asignacion del aire 30 secundario y el aire 40 terciario segun sea necesario para minimizar las emisiones de NOx, por ejemplo para lograr intervalos de temperatura deseados para un sistema SNCR o similar, para lograr niveles de turbulencia deseados, para lograr niveles de oxlgeno deseados, etc.

Continuando con la figura 2, debe apreciarse asimismo que los flujos 10, 30 y 40 de aire primario, secundario y terciario pueden ajustarse para lograr otras medidas de rendimiento. En particular, aunque el comentario anterior menciona ajustar la cantidad y asignacion del aire 10 primario, el aire 30 secundario y el aire 40 terciario para lograr niveles termicos deseados en regiones especlficas del horno 100, pueden usarse tecnicas similares para lograr otros criterios deseados. Por ejemplo, la cantidad y asignacion del aire 10 primario, el aire 30 secundario y el aire 40 terciario pueden ajustarse de modo que los gases de salida residan en el horno 100 durante un periodo de tiempo deseado o se controlen de otro modo para lograr un rendimiento deseado tal como incrustacion de la caldera o eficiencia de la caldera. Adicionalmente, puede controlarse la cantidad de aire 40 terciario para lograr un nivel de turbulencia y un rendimiento deseados del aditivo 150 de SNCR (a partir de la figura 1) tal como se describio previamente.

Haciendo referencia ahora a la figura 3, ahora se comenta un metodo 200 de reduccion de NOx para adaptar una instalacion de MWC conocida que tiene una fuente de aire primario y secundario segun una realizacion de la presente invencion. En particular, el metodo 200 de reduccion de NOx incluye desviar una parte del aire primario y/o secundario como aire terciario, etapa 210. Tal como se describio anteriormente, puede usarse un amortiguador para

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redirigir una parte del aire secundario. Alternativamente, el mecanismo que suministra el aire secundario puede hacerse funcionar a un nivel reducido y puede usarse un segundo mecanismo para suministrar el aire terciario. Aunque se supone generalmente que la cantidad global de aire suministrada al horno no aumentara, debe apreciarse que el suministro de aire puede adaptarse segun sea necesario para lograr un rendimiento adicional deseado. Tal como se describio anteriormente, diferentes disenos de caldera utilizan diferentes flujos de aire primario y secundario y razones de aire primario con respecto a secundario. Podrla aplicarse la idea a cualquiera de estos disenos de caldera desplazando la totalidad, o una fraccion significativa del aire secundario a las nuevas toberas de aire terciario. Ademas, tambien podrla desplazarse potencialmente una fraccion del aire primario a las nuevas toberas de aire terciario.

Continuando con el metodo 200 de reduction de NOx en la figura 3, se introduce el aire terciario en el horno a una distancia lejos del aire secundario, etapa 220. Tal como se describio anteriormente, el aire terciario se introduce generalmente en una o mas elevaciones mayores en una region del horno de temperatura relativamente menor. La temperatura en esta region del horno elegida debe ser lo suficientemente alta como para permitir que continue el proceso de combustion pero lo suficientemente baja como para minimizar la production de NOx.

Continuando con el metodo 200 de reduccion de NOx en la figura 3, en la etapa 230 el horno se somete a una medicion para determinar si se logran las medidas de rendimiento deseadas. Por ejemplo, puede medirse la temperatura en diferentes regiones del horno. Tal como se describio anteriormente, pueden usarse diferentes medidas de rendimiento del horno, tales como el tiempo de permanencia de gases de salida, los niveles de produccion de NOx o los niveles de produccion de otros contaminantes, en la evaluation del rendimiento del aire terciario. La evaluacion en la etapa 230 de medicion en el horno puede producirse de manera continua o periodica, dependiendo del rendimiento deseado y los recursos disponibles.

Continuando con la etapa 230, aunque no haya una medicion directa de las condiciones estequiometricas, usando mediciones en curso de flujos de aire y niveles de O2 en exceso en el gas de combustion, puede determinarse el flujo de aire estequiometrico aproximado. Otro modo de considerar esto es que el horno es muy grande y hay regiones con aire en exceso, y otras regiones sin aire en exceso. Cuando funciona con el aire terciario, una fraccion del horno mucho mayor no tendra aire en exceso, de modo que el horno tendra niveles de O2 correspondientes bajos.

Haciendo referencia de nuevo al metodo 200 de reduccion de NOx en la figura 3, pueden usarse los resultados de la etapa 230 de medicion en el horno para ajustar el horno en la etapa 240, tal como modificar la etapa de desvlo de la parte del aire primario y/o secundario como aire terciario en la etapa 210. Si no, puede ajustarse la MWC modificando las cantidades de aire primario, aire secundario y aire terciario. El ajuste del horno en la etapa 240 puede producirse de manera similar para reaccionar a cambios en los desechos urbanos suministrados a la MWC.

Volviendo al metodo 200 de reduccion de NOx en la figura 3, tambien pueden anadirse opcionalmente metodos de reduccion de NOx complementarios, tales como SCR o SNCR, a una MWC en la etapa 250 para reducir adicionalmente las emisiones de NOx en coordination con la adicion del aire terciario. Por ejemplo, a continuation se muestran datos de MWC que usan metodos de reduccion de NOx segun realizaciones de la presente invention.

La tabla 1 proporciona datos de muestra de una MWC que usa un metodo de reduccion de NOx segun una realization de la presente invencion para diversos periodos de tiempo. Para los resultados mostrados en la tabla 1, no se usaron metodos de reduccion de NOx complementarios, tales como SCR o SNCR. Tal como se muestra en la tabla 1, se midieron valores de NOx que variaban entre 100 ppm y 190 ppm a medida que se vario la razon de aire secundario con respecto a aire terciario entre aproximadamente 0,4 y 1,5. Estos valores son menores de manera medible que las cantidades tlpicas de NOx generadas por las MWC (normalmente entre 250 y 350 ppm).

imagen1

Tabla 1

La tabla 2 proporciona datos de muestra de una MWC que usa un metodo de reduccion de NOx con SNCR complementaria segun otra realizacion de la presente invencion para diversos periodos de tiempo. Tal como se 5 muestra en la columna “NOx” de la tabla 2, se midieron los valores de NOx entre 50 y 62 ppm, los valores de NOx eran menores de manera medible que las cantidades de NOx generadas por las MWC usando tecnicas de reduccion de NOx segun una realizacion de la presente invencion sin metodos de reduccion de NOx complementarios (mostrados en la figura 1). De hecho, los valores medidos se comparan favorablemente con tecnicas de SCR mas caras.

10 Tabla 2

Caso

Dias Vapor de agua NH3 ac. NOx Escape de NH3

Klb/h gph ppm ppm

1

4 78 9,3 62 1,2

2

10 78 12,6 62 2,4

3

14 76 13,0 59 4,8

4

3 75 12,5 50 2,5

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES

   1. Sistema de horno para la combustion de desechos para reducir las emisiones de NOx, comprendiendo el sistema:

   a) un horno (100), comprendiendo dicho horno (100) una rejilla (110) que soporta un lecho (20) de desechos en combustion;

   5 b) una fuente de aire primario que introduce aire (10) primario aguas arriba de la rejilla (110);

   c) al menos una tobera (120) secundaria que introduce aire (30) secundario aguas abajo del lecho (20) de desechos en combustion;

   caracterizado por

   d) al menos una tobera (130) terciaria que introduce aire terciario (40), estando ubicada al menos una tobera (130) 10 terciaria a una distancia aguas abajo de dicha al menos una tobera (120) secundaria,

   e) un sistema de monitorizacion en continuo de emisiones configurado para monitorizar las emisiones dentro de y desde el horno (100);

   f) un controlador (170) conectado al sistema de monitorizacion en continuo de emisiones y para ajustar la asignacion del aire (30) secundario y el aire terciario;

   15 g) un sistema (140) de reduccion no catalltica selectiva (SNCR), situado aguas abajo de la al menos una tobera (130) de aire terciario.
2. 2. Sistema segun la reivindicacion 1, en el que el controlador (170) esta configurad ademas para ajustar la asignacion del aire (10) primario a la fuente de aire primario.