ES2200233T3 - Procedimiento de tratamiento de gas de combustion. - Google Patents

Abstract

EN UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE GASES DE COMBUSTION, UNA TORRE DE ABSORCION (21), UNA SECCION DE RECALENTAMIENTO (22) Y UN VENTILADOR (23) SE DISPONEN EN LINEA EN UN EJE VERTICAL PARA FUNCIONAR AL MENOS COMO PARTE DE UNA CHIMENEA PARA EMITIR LOS GASES DE COMBUSTION TRATADOS A LA ATMOSFERA. MAS AUN, EN UN PROCESO DE TRATAMIENTO DE GASES DE COMBUSTION, LA CANTIDAD DE AMONIACO INYECTADA EN LA FASE DE DESNITRIFICACION [UN DESNITRIFICADOR (2)] Y/O LA CANTIDAD DE AMONIACO INYECTADA EN UN PUNTO POSTERIOR A LA FASE DE DESNITRIFICACION SE DETERMINAN DE MODO QUE ALCANCEN UN NIVEL TAN EXCESIVO QUE EL AMONIACO O UNA SAL AMONICA PERMANEZCAN EN EL GAS DE COMBUSTION INTRODUCIDO EN LA FASE DE DESULFURACION [TORRE DE ABSORCION (21)]. DE ESTE MODO, PUEDE REDUCIRSE EL TAMAÑO Y EL COSTE DE LOS EQUIPOS.

Description

Procedimiento de tratamiento de gas de combustión.

Campo de la invención y técnica anterior relacionada

Esta invención se refiere a una técnica de tratamiento de gases de combustión para efectuar al menos la desnitración y desulfuración de un gas de combustión. Más particularmente, se refiere a una técnica de tratamiento de gases de combustión que hace posible reducir el tamaño del equipo y mejorar el rendimiento del equipo.

Convencionalmente, con el fin de eliminar óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre (de forma típica, dióxido de azufre) y polvo (por ejemplo, cenizas volantes) presentes en un gas de combustión descargado de una caldera de una central de energía eléctrica térmica o similar, se emplea de forma extendida un sistema o procedimiento de tratamiento de los gases de combustión ejemplo como el que se ilustra en las Figuras 9 y 10. Esta técnica de tratamiento de los gases de combustión se describe a continuación.

Como se ilustra en la Figura 9, el gas A de combustión sin tratar descargado de una caldera (no mostrada en la Figura 9) se introduce en primer lugar en un desnitrador 2 instalado en una sala 1 de caldera, de modo que los óxidos de nitrógeno presentes en el gas de combustión se descomponen. El desnitrador 2 funciona descomponiendo los óxidos de nitrógeno según el procedimiento de reducción catalítica con amoníaco usando un catalizador. En esta etapa, se ha mostrado convencionalmente práctico inyectar amoníaco B en el gas de combustión en una cantidad casi igual a la cantidad equivalente requerida para la desnitración. La cantidad de amoníaco que se escapa al lado corriente abajo del desnitrador 2 es de tan solo aproximadamente 5 ppm.

A continuación, se introduce el gas de combustión en un calentador de aire (o intercambiador de calor) 3 también instalado en la sala 1 de caldera. Así, se recupera calor del gas de combustión y se usa para calentar el aire C suministrado a la caldera. Convencionalmente, se ha usado como calentador 3 de aire un intercambiador de calor del tipo denominado Ljungström. El gas de combustión que abandona este calentador 3 de aire se conduce seguidamente hacia el exterior de la sala 1 de caldera por un tubo de humos 4 y se introduce en un precipitador electrostático 5 instalado en el exterior de la sala 1 de caldera. En este precipitador electrostático 5, se captura y elimina el polvo presente en el gas de combustión.

En el caso de una caldera caldeada con fuelóleo, también se puede inyectar amoníaco en el gas de combustión en el tubo de humos 4 de modo que el trióxido de azufre (SO_{3}) presente en el gas de combustión pueda ser capturado como sulfato de amonio [(NH_{4})_{2}SO_{4}] en el precipitador electrostático 5. Por otro lado, en el caso de una caldera caldeada con carbón, está presente una gran cantidad de polvo tal como cenizas volantes en el gas de combustión, de modo que el SO_{3} presente en el gas de combustión no forma una niebla perjudicial (partículas submicrométricas), pero permanece en un estado condensado sobre las partículas de polvo y es capturado en el precipitador electrostático 5 y una torre de absorción 8 que se describirá más adelante. Por consiguiente, en el caso de una caldera caldeada con carbón, por lo general se omite la inyección de amoníaco en la chimenea 4. Seguidamente, el gas de combustión que abandona el precipitador electrostático 5 se conduce a través de un tubo de humos 6 y se introduce en la sección de recuperación de calor (o intercambiador de calor) 7 de un calentador gas-gas en el que se recupera calor del mismo. A continuación, se introduce el gas de combustión en una torre de absorción 8 que sirve como desulfurador. En esta torre de absorción 8, se pone el gas de combustión en contacto gas-líquido con un fluido absorbente que tiene un absorbente (por ejemplo, carbonato cálcico) suspendido en el mismo (denominado en lo sucesivo suspensión absorbente) de modo que fundamentalmente el SO_{2} presente en el gas de combustión es absorbido en la suspensión absorbente y, por otro lado, el polvo residual es también capturado por la suspensión absorbente. En un depósito dispuesto en la parte inferior de la torre de absorción 8, la suspensión que tiene SO_{2} absorbido en la misma se oxida formando yeso (sulfato de calcio hidratado) como subproducto de acuerdo con las siguientes reacciones que incluyen la reacción de neutralización.

(Depósito de absorción)

(1)SO_{2} + H_{2}O \longrightarrow H^{+} + HSO_{3}{}^{-}

(Depósito)

(2)H^{+} + HSO_{3}{}^{-} + 1/2O_{2} \longrightarrow 2H^{+} + SO_{4}{}^{2-}

(3)2H^{+} + SO_{4}{}^{2-} + CaCO_{3} + H_{2}O \longrightarrow CaSO_{4} \cdot 2H_{2}O + CO_{2}

A continuación, el gas de combustión del que se ha eliminado el SO_{2} y similares en la torre de absorción 8 que sirve como desulfurador se hace pasar a través de la sección 9 de recalentamiento del calentador gas-gas, en la que se calienta hasta una temperatura favorable para la emisión a la atmósfera usando el calor recuperado en la sección 7 de recuperación de calor. Seguidamente, se introduce el gas de combustión en la parte inferior del cuerpo principal de chimenea 13 por medio de un tubo de humos 10, un ventilador 11 y un tubo de humos 12 y finalmente se descarga, como gas de combustión D tratado, desde la abertura superior del cuerpo principal 13 de chimenea a la atmósfera. El ventilador 11 funciona emitiendo el gas de combustión a presión para contrarrestar la pérdida de presión causada por el equipo, y finalmente permite que el gas de combustión sea emitido a la atmósfera a través del cuerpo principal 13 de chimenea. De forma convencional, se ha instalado por separado del cuerpo principal del ventilador 11 un motor 11a. Con el mismo propósito, se puede instalar otro ventilador similar en el lado corriente arriba de la torre de absorción 8.

Por otro lado, en este sistema, la altura (L) requerida del cuerpo principal 13 de chimenea por encima del nivel del suelo se determina únicamente de acuerdo con las concentraciones de óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre que quedan en el gas D de combustión tratado y la concentración de polvo que queda en el mismo, de modo que se cumpla la normativa de emisiones a la atmósfera. Por ejemplo, en base a un rendimiento convencional (es decir, un grado de desnitración de poco más de 80% y un grado de desulfuración de poco más del 80%), por lo general se ha requerido una altura (L) de aproximadamente 150 m para centrales de producción de energía eléctrica del tipo de 150 MW. En este caso, el área de terreno necesario para la instalación de la chimenea incluyendo una estructura 14 para soportar y reforzar el cuerpo principal de la chimenea 13 debe ser normalmente en forma de un cuadrado con lados que tengan una longitud (W) de aproximadamente 38 m.

La Figura 10 es un diagrama de bloques que ilustra la construcción del sistema que se extiende desde la caldera hasta el calentador 3 de aire. En esta Figura 10, la caldera se designa con el número 1a, el catalizador de desnitración contenido en el desnitrador 2 por el número 2a y el catalizador de descomposición de amoníaco contenido en el desnitrador 2 por el número 2b. El catalizador 2b de descomposición de amoníaco se usa para eliminar cualquier resto de amoníaco que se escapa hacia el lado corriente abajo. No obstante, cuando se inyecta amoníaco en cantidades normales, este catalizador se omite porque la cantidad de amoníaco que se escapa es muy baja. Por otro lado, como se ha descrito antes, como calentador 3 de aire se ha usado un intercambiador de calor del tipo Ljungström. En este sistema, por tanto, una porción (por ejemplo aproximadamente el 5% tomando como base el volumen del gas de combustión) del aire suministrado C se escapa hacia el lado del gas de combustión y, al mismo tiempo, una porción (por ejemplo, aproximadamente el 1%) del gas de combustión se escapa hacia el lado del aire C, como se muestra por las líneas de trazos en la Figura 10.

En el tratamiento de gas de combustión convencional descrito antes, han sido poco ventajosos el gran tamaño y el alto coste del equipo. Especialmente en los mercados de países en desarrollo, empresas de generación de energía a pequeña escala y similares, se considera muy deseable una reducción considerable en el coste, además de una reducción en el espacio de instalación y altura de la chimenea.

En especial, la disposición y construcción del sistema convencional ha sido tal que, entre la sala 1 de caldera y la chimenea 13, se disponen en una dirección horizontal el precipitador electrostático 5, la torre de absorción 8 y el ventilador 11 y se conectan por tubos de humos 4, 6, 10 y 12. Esto requiere un amplio espacio entre la sala 1 de caldera y la chimenea 13, y una pluralidad de tubos de humos y un gran número de miembros de soporte para los mismos, lo que produce un alto coste.

Por otro lado, como se ha descrito antes, la altura y espacio de instalación de la chimenea se determinan únicamente, por ejemplo, de acuerdo con las concentraciones de óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre que quedan en el gas D de combustión tratado. Por consiguiente, con el fin de reducir el tamaño de la chimenea, lo que se requiere finalmente es mejorar el rendimiento del equipo. Esto ha sido tradicionalmente difícil en la construcción del sistema convencional. Por ejemplo, con el fin de mejorar el grado de desulfuración, puede plantearse aumentar la capacidad de contacto gas-líquido simplemente aumentando la torre de absorción 8. Sin embargo, esto es contrario al deseo de una reducción en el tamaño y, por tanto tiene ciertos límites.

Por otro lado, con el fin de mejorar el grado de desnitración en el desnitrador 2, puede plantearse llevar a cabo esto sencillamente aumentando la cantidad de amoníaco inyectado. En dicho caso, el sistema convencional ha usado el catalizador 2b de descomposición de amoníaco para eliminar los restos de amoníaco que se escapa hacia el lado corriente abajo, lo que tiene como resultado un aumento correspondiente en el coste. Si no se usa el catalizador 2b de descomposición de amoníaco en dicho caso, el amoníaco se escapará hacia el lado corriente abajo y ejercerá el siguiente efecto adverso.

Es decir, si queda amoníaco en el gas de combustión, se produce sulfato de amonio ácido (NH_{4}HSO_{4}) fuertemente adherente de acuerdo con la fórmula de reacción (4) expuesta más adelante. La temperatura de rocío del sulfato de amonio ácido es de aproximadamente 230ºC en condiciones normales en este tipo de equipo, mientras que el gas de combustión se enfría desde aproximadamente 350ºC a aproximadamente 130ºC en un calentador de aire convencional. Por consiguiente, cuando queda amoníaco en el gas de combustión que abandona el desnitrador 2, se producirá, especialmente en este calentador de aire, una gran cantidad de sulfato de amonio ácido (NH_{4}HSO_{4}). Una investigación llevada a cabo por los autores de la presente invención ha mostrado que, en un calentador de aire convencional del tipo Ljungström, este sulfato de amonio ácido tiende a depositarse en los huecos del acumulador de calor en el interior del calentador de aire y, por ello, requiere frecuentes operaciones de mantenimiento tales como limpieza.

(4)SO_{3} + NH_{3} + H_{2}O \longrightarrow NH_{4}HSO_{4}

Por consiguiente, un primer objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento de tratamiento de gas de combustión en el que se mejore la disposición y construcción del equipo con el fin de conseguir una reducción en el tamaño y coste del equipo.

Un segundo objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento de tratamiento de gas de combustión que haga posible mejorar el rendimiento del tratamiento del gas de combustión y, por tanto, conseguir una reducción en el tamaño del equipo y similares.

Un tercer objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento de tratamiento de gas de combustión que pueda conseguir la reducción en el tamaño del equipo y la mejora del rendimiento antes citadas sin perjudicar su capacidad de mantenimiento.

Un cuarto objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento de tratamiento de gas de combustión en el que se mejora la disposición y construcción del equipo y se mejore el rendimiento del tratamiento de gas, por lo cual se pueden conseguir una notable reducción en el tamaño y coste del equipo, incluyendo una reducción en el tamaño de la chimenea.

Con el fin de llevar a cabo los objetos anteriores, la presente invención proporciona un procedimiento de tratamiento de gas de combustión que comprende una etapa de desnitración que consiste en la inyección de amoníaco en el gas de combustión que contiene al menos óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre para descomponer los óxidos de nitrógeno presentes en el gas de combustión y una etapa de desulfuración que consiste en introducir el gas de combustión que abandona la etapa de desnitración en una torre de absorción en la que se pone en contacto gas-líquido con un fluido absorbente para eliminar al menos los óxidos de azufre del gas de combustión por absorción en el fluido absorbente, mediante lo cual se inyecta amoníaco en el gas de combustión según sea requerido en un punto corriente abajo de la etapa de desnitración, y la cantidad de amoníaco inyectado en la etapa de desnitración y/o la cantidad de amoníaco inyectado en el punto corriente abajo de la etapa de desnitración se determinan de modo que estén en un nivel en exceso tal que el amoníaco o una sal de amonio permanecerán en el gas de combustión introducido en la etapa de desulfuración, pulverizándose una región en la que un líquido que tiene mayor acidez que el fluido absorbente para que no permita que se libere fácilmente amoníaco en la fase gaseosa que se crea en el lado corriente abajo de la región de dicha torre de absorción en la que se pone el gas de combustión en contacto gas-líquido con el fluido absorbente, por lo cual, el amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en dicha etapa de desulfuración es absorbido en dicha torre de absorción sin que pueda quedarse en el gas de combustión que abandona dicha torre de absorción.

En el procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención, la cantidad de amoníaco inyectado en la etapa de desnitración se puede determinar de modo que la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión que abandona la etapa de desnitración no sea inferior a 30 ppm.

El procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención puede comprender además una etapa de recuperación de calor que consiste en introducir el gas de combustión que abandona la etapa de desnitración en un intercambiador de calor en el lado corriente arriba de la torre de absorción y, de este modo, recuperar calor del gas de combustión, y se puede emplear como intercambiador de calor un intercambiador de calor del tipo estanco de estructura de carcasa y tubos.

El procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención puede incluir además la etapa de recuperación de calor que consiste en introducir el gas de combustión que abandona la etapa de desnitración en un intercambiador de calor en el lado corriente arriba de la torre de absorción y, de este modo, recuperar calor del gas de combustión, y la cantidad de amoníaco inyectado en la etapa de desnitración y/o la cantidad de amoníaco inyectado en el punto corriente abajo de la etapa de desnitración se pueden determinar de modo que la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en el intercambiador de calor esté en un exceso de 13 ppm o más con respecto a la concentración de SO_{3} en este gas de combustión.

El procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención puede incluir además una primera etapa de eliminación de polvo que consiste en introducir el gas de combustión en un precipitador electrostático seco en el lado corriente arriba de la torre de absorción y, de este modo, eliminar el polvo presente en el gas de combustión, y una segunda etapa de eliminación de polvo que consiste en introducir el gas de combustión en un precipitador electrostático húmedo en el lado corriente abajo de la torre de absorción y, de este modo eliminar el polvo que queda en el gas de combustión.

En el procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención se inyecta amoníaco en el gas de combustión según sea necesario en un punto corriente abajo de la etapa de desnitración, y la cantidad de amoníaco inyectado en la etapa de desnitración y/o la cantidad de amoníaco inyectado en el punto corriente abajo de la etapa de desnitración se determinan de modo que estén en un nivel en exceso tal que quede amoníaco o sal de amonio en el gas de combustión introducido en la etapa de desulfuración. Además, cuando se crea en el lado corriente abajo de la región de la torre de absorción en la que se pone el gas de combustión en contacto gas-líquido con el fluido absorbente una región en la que se pulveriza un líquido que tiene una mayor acidez que el fluido absorbente para que el amoníaco no pueda liberarse fácilmente a la fase gaseosa, entonces el amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en la etapa de desulfuración es absorbido en la torre de absorción sin que pueda quedarse en el gas de combustión que abandona la torre de absorción y se puede evitar así un efecto adverso debido a la excesiva inyección de amoníaco (es decir, emisión de amoníaco a la atmósfera). Esto sirve para cumplir futuras normas sobre emisión de amoníaco y también contribuye a una purificación adicional del gas de combustión.

Por consiguiente, se mejora al menos el grado de desulfuración en la etapa de desulfuración y esto contribuye finalmente a una reducción en el tamaño de la torre de absorción y de la chimenea.

En particular, cuando la cantidad de amoníaco inyectado en la etapa de desnitración se determina para que la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión que abandona la etapa de desnitración no sea menor que 30 ppm, en especial se mejora considerablemente el grado de desnitración en la etapa de desnitración y esto contribuye finalmente a una reducción en el tamaño de la chimenea.

Por otro lado, cuando el procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención incluye la etapa de recuperación de calor que consiste en introducir el gas de combustión que abandona la etapa de desnitración en un intercambiador de calor en el lado corriente arriba de la torre de absorción y, recuperar de este modo calor del gas de combustión y se emplea como intercambiador de calor un intercambiador de calor del tipo estanco de estructura de carcasa y tubos, el calor del gas de combustión se puede usar de forma eficaz de una forma convencional para precalentar aire para usarlo en la caldera o recalentar el gas de combustión tratado, y se pueden minimizar problemas debidos a la formación de incrustaciones.

Es decir, incluso si el sulfato de amonio ácido formado por la reacción del amoníaco inyectado con SO_{3} presente en el gas de combustión, y la niebla de ácido sulfúrico formada a partir de SO_{3} presente en el gas de combustión condensan en el intercambiador de calor anteriormente citado, un intercambiador de calor estanco de estructura de carcasa y tubos está menos sujeto a la deposición de tales materiales sobre las superficies de transferencia de calor y similares o al taponamiento con los mismos, al compararlo con un intercambiador de calor usado convencionalmente del tipo Ljungström.

Por otro lado, en este caso, el intercambiador de calor no permite que el aire se filtre al gas de combustión. Esto puede reducir la cantidad de gas de combustión que se va a tratar y por ello, conseguir una reducción de coste.

Además, cuando el procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención incluye la etapa de recuperación de calor que consiste en introducir el gas de combustión que abandona la etapa de desnitración en un intercambiador de calor en el lado corriente arriba de la torre de absorción y, de este modo, recuperar el calor del gas de combustión, y la cantidad de amoníaco inyectado en la etapa de desnitración y/o la cantidad de amoníaco inyectado en el punto corriente abajo de la etapa de desnitración se determinan de modo que la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en el intercambiador de calor estará en un exceso de 13 ppm o más con respecto a la concentración de SO_{3} en este gas de combustión, la concentración de sulfato de amonio ácido en el intercambiador de calor anteriormente citado se minimiza y se produce fundamentalmente un polvo fino de sulfato de amonio neutro. Por consiguiente, se suprime notablemente la formación de incrustaciones debidas al sulfato de amonio ácido y esto hace que el mantenimiento del intercambiador de calor sea muy fácil.

Además, cuando el procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención incluye adicionalmente la primera etapa de eliminación de polvo que consiste en introducir el gas de combustión en un precipitador electrostático seco en el lado corriente arriba de la torre de absorción y de este modo eliminar el polvo presente en el gas de combustión, y la segunda etapa de eliminación de polvo que consiste en introducir el gas de combustión en un precipitador electrostático húmedo en el lado corriente abajo de la torre de absorción y de este modo eliminar el polvo que queda en el gas de combustión, se mejora considerablemente la capacidad de eliminación de polvo de todo el sistema.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es una vista esquemática que ilustra un sistema de tratamiento de gas de combustión conforme a una primera realización de la presente invención;

La Figura 2 es una vista esquemática que ilustra un sistema de tratamiento de gas de combustión conforme a una segunda realización de la presente invención;

La Figura 3 es una vista esquemática que ilustra los detalles del desulfurador incluido en el sistema de tratamiento de gas de combustión de la Figura 2;

La Figura 4 es una vista esquemática que ilustra un sistema de eliminación de agua sin residuos adecuado para usar con el sistema de tratamiento de gas de combustión de la Figura 2;

La Figura 5 es un gráfico que presenta datos que demuestran un efecto de la presente invención (es decir, una mejora en el grado de desulfuración);

La Figura 6 es una vista esquemática que ilustra un aparato experimental para demostrar un efecto de la presente invención (es decir, la minimización de un depósito debido al SO_{3} en el gas de combustión);

La Figura 7 es un gráfico que presenta resultados experimentales (cambios en la pérdida de presión del gas en el intercambiador de calor) para demostrar un efecto de la presente invención (la minimización de un depósito debido a SO_{3} en el gas de combustión);

La Figura 8 es un gráfico que presenta resultados experimentales (cambios en el coeficiente global de transferencia de calor del intercambiador de calor) para demostrar un efecto de la presente invención (la minimización de un depósito debido a SO_{3} en el gas de combustión);

La Figura 9 es una vista esquemática que ilustra un sistema de tratamiento de gas de combustión convencional; y

La Figura 10 es una vista esquemática que ilustra el desnitrador y otros aparatos incluidos en el sistema de tratamiento de gas de combustión convencional.

Descripción detallada de realizaciones preferidas

A continuación se describirán varias realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos.

Primera realización

Con referencia a la Figura 1 se describe una primera realización de la presente invención. Los mismos elementos que se incluyen en el sistema convencional de la Figura 9 se designan por los mismos números de referencia, y se omite la explicación duplicada de los mismos.

El sistema de tratamiento de gas de combustión de esta realización se caracteriza porque por debajo del cuerpo principal 13a de una chimenea se han dispuesto un torre de absorción 21, la sección de recalentamiento 22 de un calentador gas-gas y un ventilador 23 en línea en el eje vertical de la chimenea de modo que formen parte de la chimenea.

La sección 24 de recuperación de calor del calentador gas-gas está instalada en una posición que está en el trayecto de un tubo de humos 25 que conecta un precipitador electrostático 5 con la torre de absorción 21 y en el interior de la estructura 14 para la chimenea. Finalmente, toda la torre de absorción 21, la sección 24 de recuperación de calor y la sección 22 de recalentamiento del calentador gas-gas, y el ventilador 23 están instalados todos en un espacio no ocupado en el interior de la estructura 14 para la chimenea.

En esta realización, la torre de absorción 21 es tal que el gas de combustión se introduce en la misma a través de una entrada formada en la parte lateral inferior de la misma, se pone en contacto gas-líquido con un fluido absorbente en contracorriente para eliminar al menos los óxidos de azufre del gas de combustión por absorción en el fluido absorbente, y se descarga desde una salida formada en el extremo superior de la misma. De la misma forma que se ha descrito antes en referencia al sistema convencional, se forma yeso como subproducto usando, por ejemplo, carbonato cálcico como absorbente.

La sección 22 de recalentamiento del calentador gas-gas está conectada directamente al extremo superior de la torre de absorción 21. Así, el gas de combustión descargado desde la salida superior de la torre de absorción 21 se introduce en la sección 22 de recalentamiento desde el lado inferior, se calienta hasta una temperatura favorable para la emisión a la atmósfera usando el calor recuperado en la sección 24 de recuperación de calor y se descarga desde el lado superior.

En este caso, se usa un calentador gas-gas del tipo con circulación de un medio de calentamiento, y su sección 24 de recuperación de calor y la sección 22 de recalentamiento comprenden intercambiadores de calor del tipo estanco de estructura de carcasa y tubos. Estos intercambiadores de calor del tipo estancos son ventajosos porque, incluso si el SO_{3} presente en el gas de combustión reacciona con amoníaco presente en el mismo conforme a la fórmula (4) anteriormente citada produciendo sulfato de amonio ácido (NH_{4}HSO_{4}), éstos están menos sujetos a la deposición de sulfato de amonio ácido que tiende a ser el responsable de la formación de incrustaciones.

El ventilador 23 es un ventilador de flujo axial instalado por encima de la sección 22 de recalentamiento anteriormente citada y funciona succionando el gas de combustión desde el lado inferior y descargándolo desde el lado superior. El motor está dispuesto en su eje interno.

En la disposición y construcción del sistema de tratamiento de gas de combustión conforme a esta realización, el espacio de instalación de todo el equipo se reduce de forma significativa al compararlo con el sistema convencional ilustrado en la Figura 9, de modo que se puede conseguir una notable reducción en el tamaño del equipo en dirección horizontal. De forma específica, todo el espacio requerido para la instalación de la torre de absorción 8, el ventilador 11 y los tubos de humos 6 y 10 en el sistema de la Figura 9 se hace innecesario. Por otro lado, el espacio de instalación de la chimenea es el mismo que antes, porque se ha dejado un espacio que permite instalar la torre de absorción 21 y similares de forma convencional en la estructura 12 para la chimenea.

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Por otro lado, los propios tubos de humos 6 y 10 y sus miembros de soporte se hacen innecesarios, y el cuerpo principal de la chimenea 13a se hace mucho más corto que antes. Finalmente, se consigue una marcada reducción en el coste del equipo.

Segunda realización

A continuación se describe una segunda realización de la presente invención con referencia a la Figura 2. Los mismos elementos que se incluyen en la primera realización se designan por los mismos números de referencia y se omite la explicación duplicada de los mismos.

Esta realización se caracteriza porque está equipada con un calentador de aire 31 (o intercambiador de calor) que comprende un intercambiador de calor del tipo estanco de estructura de carcasa y tubos, y se ha instalado un precipitador electrostático húmedo 32 entre la torre de absorción 21a y la sección 22 de recalentamiento. En esta realización, el calentador 31 de aire anteriormente citado y la sección 24 de recuperación de calor anteriormente descrita del calentador gas-gas constituyen un intercambiador de calor para llevar a cabo la etapa de recuperación de calor de la presente invención. Por otro lado, el precipitador electrostático seco 5 descrito en relación con el sistema convencional sirve para llevar a cabo la primera etapa de eliminación de polvo de la presente invención, y el precipitador electrostático húmedo 32 sirve para llevar a cabo la segunda etapa de eliminación de polvo de la presente invención.

La construcción anteriormente descrita tiene las siguientes ventajas. La primera de ellas, puesto que el calentador 31 de aire comprende un intercambiador de calor del tipo estanco, la cantidad de incrustaciones depositadas es relativamente pequeña incluso si se produce sulfato de amonio ácido en el gas de combustión introducido en el calentador 31 de aire como se ha descrito anteriormente. Esto es muy ventajoso desde el punto de vista de mantenimiento.

De forma más específica, como se ha descrito antes, cuando queda amoníaco en el gas de combustión que abandona el desnitrador 2, se produce sulfato de amonio ácido especialmente en el calentador 31 de aire. Conforme a una investigación llevada a cabo por los autores de la presente invención, se ha encontrado que, en el caso de un calentador de aire convencional del tipo Ljungström, dicho sulfato de amonio ácido tiende a depositarse en los huecos del acumulador de calor en el calentador de aire y requiere frecuentes operaciones de mantenimiento tales como limpieza.

Sin embargo, una investigación llevada a cabo por los autores de la presente invención ha mostrado que los intercambiadores de calor estancos de estructura de carcasa y tubos están menos sujetos a dicha deposición de sulfato de amonio ácido o a taponamientos con el mismo. También es conocido que el problema relativo a la producción de sulfato de amonio ácido y a su deposición en las superficies internas del intercambiador de calor también puede minimizarse inyectando una cantidad en exceso de amoníaco en el gas de combustión y esto se describirá de forma específica más adelante.

Por otro lado, cuando el calentador 31 de aire comprende un intercambiador de calor de tipo estanco, el aire C alimentado a la caldera no se escapa al gas de combustión. Esto causa una reducción en el caudal del gas de combustión que se está tratando y por ello una reducción correspondiente en las capacidades del ventilador 23 y los tubos de humos y en el consumo de energía.

Por otro lado, puesto que se ha instalado el precipitador electrostático húmedo 32, se pueden eliminar el polvo fino y otras materias extrañas que no se capturaron en la torre de absorción 21a. Así, la concentración de polvo residual en el gas de combustión D tratado es reducida. Esto mejora el rendimiento del equipo en este sentido y también contribuye a una reducción en la altura de la chimenea.

Seguidamente, se describen a continuación la construcción y efectos de las partes características del procedimiento de tratamiento de gas de combustión de la presente invención, que se lleva a cabo usando el sistema de tratamiento de gas de combustión de la realización anteriormente descrita.

Conforme a este procedimiento, en lugar de usar un catalizador de descomposición de amoníaco, la cantidad de amoníaco B inyectado en el desnitrador 2 se determina para que esté en un nivel en exceso tal que quede en el gas de combustión introducido en la torre de absorción 21a una gran cantidad de amoníaco o sal de amonio.

Si quedan amoníaco o sal de amonio en el gas de combustión introducido en la torre de absorción 21a, este amoníaco o sal de amonio se disuelve en la suspensión dentro de la torre de absorción 21a como resultado del contacto gas-líquido entre el gas de combustión y la suspensión absorbente. Esto eleva la concentración de sal de amonio (en otras palabras, la concentración de ion amonio) en la fase líquida de la suspensión que circula a través de la torre de absorción 21a.

Una investigación llevada a cabo por los autores de la presente invención ha mostrado que, cuando la concentración de sal de amonio (o concentración de ion amonio) en el fluido circulante de la torre de absorción se aumenta hasta 150 mmol/litro o superior, el grado de eliminación de dióxido de azufre del gas de combustión (es decir, el grado de desulfuración) en la torre de absorción aumenta hasta aproximadamente 95% como se muestra en la Figura 5, incluso si el resto de condiciones permanecen constantes. Por consiguiente, conforme a esta realización en la que la cantidad de amoníaco B inyectado en el desnitrador 2 se determina para que esté en un nivel en exceso como el que se ha descrito antes, se puede reducir el tamaño de la torre de absorción 21a al compararlo con la técnica anterior. Además, la concentración de óxidos de azufre (de forma típica dióxido de azufre) que queda en el gas de combustión D tratado puede reducirse adicionalmente y, por tanto, se puede reducir la altura de la chimenea.

Además, puesto que la cantidad de amoníaco B inyectado está naturalmente en exceso con respecto a la cantidad equivalente requerida para la desnitración, se mejora la capacidad de desnitración del desnitrador 2 (o la etapa de desnitración). Conforme a una investigación llevada a cabo por los autores de la presente invención, se ha encontrado que, si se determina la cantidad de amoníaco B inyectado para que esté en exceso con respecto a una cantidad equivalente requerida para la desnitración y, por otro lado, la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión que abandona la etapa de desnitración (es decir, amoniaco que se ha escapado) no es menor que 30 ppm, el grado de desnitración se mejora desde el nivel convencional de aproximadamente 80% hasta aproximadamente 90% y la concentración de óxidos de nitrógeno que quedan en el gas de combustión D tratado puede reducirse a la mitad.

En este sentido, los cálculos experimentales realizados por los autores de la presente invención con respecto a una planta de energía eléctrica de la clase de 150 MW indican que, si se mejoran el grado de desulfuración y el grado de desnitración como se ha descrito antes y también se mejora el grado de eliminación de polvo por la instalación del precipitador electrostático húmedo 32, se puede reducir considerablemente la altura de la chimenea (L1) desde el valor convencional de aproximadamente 150 m hasta aproximadamente 90 m. Por otro lado, como consecuencia de esto, la anchura (W1) de la superficie de la instalación, de la estructura 14b para la chimenea puede reducirse considerablemente desde el valor convencional de 38 m hasta aproximadamente 25 m.

En este caso, la cantidad particular de amoníaco B inyectada se deberá determinar no solo para que esté en exceso con respecto a la cantidad equivalente requerida para la desnitración, sin también considerando la concentración de SO_{3} en el gas de combustión.

De forma específica, al menos una porción del amoníaco que queda en el gas de combustión que abandona el desnitrador 2 (o la etapa de desnitración) reacciona con el SO_{3} presente en este gas de combustión formando sales de amonio tales como el sulfato de amonio y el sulfato de amonio ácido descritos anteriormente. En este caso, la mayor parte de estas sales de amonio son capturadas en el precipitador electrostático 5. Por consiguiente, del gas amoníaco que queda en el gas que abandona el desnitrador 2, solo la porción de gas amoníaco que está en exceso con respecto a la cantidad equivalente para el SO_{3} permanece en el gas de combustión introducido en la torre de absorción 21a.

Más específicamente, lo deseable es determinar la cantidad de amoníaco inyectado de modo que la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en el calentador 31 de aire y en la sección de recuperación de calor (o intercambiador de calor) 24 del calentador gas-gas esté en un exceso de 13 ppm o más con respecto a la concentración de SO_{3} en este gas de combustión.

Como se demuestra por experimentos que se describirán más adelante, esto hace posible suprimir la deposición de sulfato de amonio ácido que condensa en el intercambiador de calor anteriormente citado. Así, la formación de un depósito (o incrustaciones) sobre las superficies de transferencia de calor y otras superficies internas del intercambiador de calor son ligeras y se facilita el mantenimiento del intercambiador de calor.

Es decir, en el sistema convencional ilustrado en la Figura 9, la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en el calentador 3 de aire es de tan solo aproximadamente 5 ppm, de modo que se produce sulfato de amonio ácido en una cantidad mayor que de sulfato de amonio común. Este sulfato de amonio ácido tiende a condensar especialmente en el calentador 3 de aire y formar incrustaciones en el mismo. No obstante, si esta concentración de amoníaco está en un exceso de 13 ppm o más con respecto a la concentración de SO_{3} en el gas de combustión, la mayor parte del SO_{3} presente en el gas de combustión se convierte en un polvo fino de sulfato de amonio neutro que contiene (NH_{4})_{2}SO_{4} y la producción de sulfato de amonio ácido muy adherente que tiende a formar incrustaciones se hace relativamente baja. Por otro lado, conforme a esta invención que usa el calentador 31 de aire de la estructura de carcasa y tubos, los problemas debidos a la formación de incrustaciones son menores al compararlos con los del sistema tradicional que usa un calentador de aire del tipo Ljungström. Finalmente, se puede solucionar prácticamente el problema de la formación de incrustaciones debidas al sulfato de amonio ácido y no es necesario disponer un catalizador de descomposición de amoníaco en el desnitrador.

En esta realización, se inyecta de forma positiva una cantidad en exceso de amoníaco de modo que quede una gran cantidad de amoníaco o sal de amonio en el gas de combustión introducido en la torre de absorción 21a. Por consiguiente, la eliminación de amoníaco absorbido en la suspensión en la torre de absorción 21a y de amoníaco que se escapa al gas de combustión D tratado plantea problemas. Sin embargo, estos problemas pueden solucionarse empleando la técnica existente de eliminación de agua sin residuos (denominada AWMT) en la que se recupera el amoníaco y se vuelve a usar mezclando el polvo del precipitador electrostático con agua residual del desulfurador, o la técnica de absorción de amoníaco recientemente ideada por los autores de la presente invención.

Algunas realizaciones de estas técnicas se describen a continuación con referencia a las Figuras 3 y 4. La Figura 3 es una vista esquemática que muestra, en particular, la construcción detallada de un desulfurador adecuado para usar en el sistema de tratamiento de gas de combustión de esta realización como se ilustra en la Figura 2, y la Figura 4 es una vista esquemática que muestra la construcción del sistema de eliminación de agua sin residuos para usar con el sistema de tratamiento de gas de combustión de esta realización (en el caso de una caldera caldeada con fuelóleo).

En este caso, como se ilustra en la Figura 3, la torre de absorción 21a que sirve como desulfurador es una torre de absorción del tipo columna de líquido que está dotada de un depósito 41 en su parte inferior para contener un fluido absorbente E que tiene un absorbente (por ejemplo, carbonato cálcico) suspendido en su interior) (en lo sucesivo denominado como suspensión absorbente E) y que tiene una región de contacto gas- líquido que se extiende por encima del depósito 41 y que sirve para poner en contacto gas-líquido el gas de combustión con la suspensión del depósito 41.

Esta torre de absorción 21a es una torre de absorción de las denominadas de flujo a contracorriente en la que se forma una sección 42 de entrada de gas de combustión para introducir gas de combustión en su parte inferior y se forma una sección 43 de salida de gas de combustión para descargar el gas de combustión desulfurado A1 en su parte superior, de modo que el gas de combustión entra por la parte inferior de la torre de absorción y fluye hacia la parte superior.

Se instala un eliminador 43a de niebla en la sección 43 de salida de gas de combustión. Este eliminador 43a de niebla sirve para recoger toda niebla producida como resultado del contacto gas-líquido y atrapada por el gas de combustión, de modo que una gran cantidad de niebla que contiene dióxido de azufre, amoníaco y similares no se puede descargar junto con el gas de combustión A1 desulfurado. En esta realización, la niebla recogida por este eliminador 43a de niebla puede fluir hacia abajo desde su extremo inferior y volver directamente al depósito 41.

Por otro lado, en la torre de absorción 21a, se han dispuesto en paralelo una pluralidad de conductos 44 de pulverización. En estos conductos 44 de pulverización, se han formado una pluralidad de boquillas (no mostradas) para inyectar la suspensión al depósito 41 en dirección ascendente en forma de columnas de líquido.

Por otro lado, se ha instalado en la parte externa del depósito 41 una bomba 45 de circulación que extrae y eleva la suspensión absorbente al depósito 41. Así, la suspensión se alimenta a los conductos 44 de pulverización a través de una tubería 46 de circulación.

En la realización ilustrada en la Figura 3, el depósito 41 está dotado de un medio para insuflar aire F para uso oxidante en forma de finas burbujas mientras se agita la suspensión en el depósito 41. Este medio comprende un agitador 47 y un conducto 48 de alimentación de aire para insuflar aire F a la suspensión en la proximidad de las paletas de agitación del agitador 47. Así, la suspensión absorbente que tiene el dióxido de azufre absorbido en la misma se pone en contacto eficaz con el aire en el depósito 41 y, de este modo, se oxida totalmente formando yeso.

Más específicamente, la suspensión absorbente inyectada desde los conductos 44 de pulverización en la torre de absorción 21a fluye en dirección descendente mientras que absorbe el dióxido de azufre y el polvo (que contiene sales de amonio tales como sulfato de amonio) y, por otro lado, el amoníaco como resultado del contacto gas-líquido con el gas de combustión, y entra en el depósito 41 en el que se oxida por contacto con un gran número de burbujas de aire insuflado en el mismo mientras se agita por medio del agitador 47 y el conducto 48 de alimentación de aire, y a continuación sufre una reacción de neutralización que la convierte en una suspensión que contiene yeso en una alta concentración. Las reacciones dominantes que se producen en el curso de estos tratamientos se representan por las fórmulas de reacción (1) a (3) anteriormente citadas.

Así, quedan suspendidos o disueltos en estado estacionario en la suspensión en el depósito 41 una gran cantidad de yeso, una pequeña cantidad de carbonato cálcico (usado como absorbente) y una pequeña cantidad de polvo y amoníaco del gas de combustión. En esta realización, la suspensión del depósito 41 se extrae y se alimenta a un separador 49 sólido-líquido a través de una tubería 46a que sale de la tubería 46 de circulación. La suspensión se filtra en el separador 49 sólido-líquido de modo que se recupera el yeso G que tiene un bajo contenido de agua. Por otro lado, se alimenta una porción H1 del filtrado del separador 49 sólido-líquido a un depósito 52 de preparación de suspensión en forma de agua que constituye la suspensión absorbente E y el resto se descarga como agua H2 residual de desulfuración con el fin de evitar la acumulación de impurezas.

Puesto que el amoníaco y las sales de amonio (tal como sulfato de amonio) absorbidos del gas de combustión tienen altas solubilidades, la mayoría de ellos están contenidos en la fase líquida de la suspensión E y finalmente son descargados conjuntamente con el agua H2 residual de desulfuración.

En esta realización, se alimenta una suspensión que contiene carbonato cálcico como absorbente desde el depósito 52 de preparación de la suspensión al depósito 41 durante la operación. Este depósito 52 de preparación de la suspensión está equipado con un agitador 53 y sirve para preparar la suspensión absorbente E mezclando carbonato cálcico en polvo I introducido desde un silo (no mostrado) con el filtrado H1 alimentado como se ha descrito antes y homogeneizar esta mezcla. La suspensión absorbente E en el depósito 52 de preparación de la suspensión se alimenta adecuadamente al depósito 41 por medio de una bomba 54 de suspensión. Por otro lado, con el fin de aportar el agua que se pierde gradualmente debido a evaporación en la torre de absorción 21a o similares, el agua de aporte (tal como agua industrial) se alimenta de forma adecuada, por ejemplo, al depósito 41 o al depósito 52 de preparación de la suspensión.

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Durante la operación, se controlan de forma adecuada el caudal del agua de aporte anteriormente citado alimentado al depósito 41, el caudal de la suspensión extraída a través de la tubería 46a y similares. Así, el depósito 41 se mantiene en un estado tal que siempre se almacenan en el mismo a un nivel dentro de ciertos límites la suspensión que contiene yeso y el absorbente en concentraciones predeterminadas.

También durante la operación, con el fin de mantener el grado de desulfuración y la pureza del yeso a un alto nivel, se detectan con sensores la carga de la caldera (es decir, el caudal de gas de combustión A), la concentración de dióxido de azufre en el gas de combustión introducido en la torre de absorción 21a, el pH y la concentración de carbonato cálcico de la suspensión absorbente en el depósito 41 y similares. En función de los resultados de la detección, se controlan adecuadamente el caudal alimentado de carbonato cálcico al depósito 41 y otros parámetros, por medio de un controlador (no mostrado). Convencionalmente, el pH de la suspensión absorbente en el depósito 41 se ajusta normalmente a aproximadamente 6,0 de modo que se puede formar yeso de alta pureza acelerando la reacción de oxidación anteriormente citada mientras que se mantiene la alta capacidad de absorber dióxido de azufre.

Por otro lado, como medio para prevenir que el amoníaco inyectado en exceso quede en el gas de combustión A1 desulfurado, se instalan conductos 55 de pulverización por encima de los conductos 44 de pulverización.

Estos conductos 55 de pulverización sirven para inyectar un líquido J (que puede estar en forma de una suspensión) que tiene un valor de pH menor que la suspensión del depósito 41 en la torre de absorción 21a y, por tanto, crean, en la parte superior de la torre de absorción 21a, una región que no permite que el amoníaco se libere fácilmente a la fase gaseosa.

Por ejemplo, el líquido J inyectado desde los conductos 55 de pulverización comprende una solución diluida de ácido sulfúrico, y su pH se ajusta a un valor (por ejemplo, 4,0 a 5,0) al cual el amoníaco no se libera fácilmente al gas de combustión.

En la construcción anteriormente descrita, el gas de combustión introducido en la torre de absorción 21a a través de la sección 42 de entrada de gas de combustión entra en contacto gas-líquido con la suspensión inyectada desde los conductos 44 de pulverización en forma de columnas de líquido y luego entra en contacto gas-líquido con el líquido inyectado desde los conductos 55 de pulverización. Así, el polvo y el amoníaco, junto con el dióxido de azufre, son absorbidos o capturados.

Durante este procedimiento, el líquido inyectado desde los conductos 55 de pulverización en la sección de salida (o extremo superior) de la torre de absorción 21a se ajusta a un valor de pH al cual el amoníaco no se libera fácilmente al gas de combustión. Por consiguiente, la presión parcial de amoníaco se reduce en la parte superior de la torre de absorción 21a, de modo que se evita el fenómeno en el que el amoníaco una vez disuelto en la fase líquida de la suspensión se libera de forma inversa al gas de combustión en la parte superior de la torre de absorción.

Así, el gas de combustión A1 desulfurado que tiene concentraciones muy bajas de dióxido de azufre, polvo y amoníaco se descarga finalmente desde la sección 43 de salida de gas de combustión formado en el extremo superior de la torre de absorción 21a. En este caso, los cálculos realizados por los autores de la presente invención han demostrado que el grado de eliminación de amoníaco es aproximadamente del 90%. Por consiguiente, en lugar de la construcción en la que se inyecta de forma positiva una cantidad en exceso de amoníaco, hay poco amoníaco contenido en el gas de combustión D tratado (Figura 2) y no se originan problemas con la emisión de amoníaco a la atmósfera.

Sin embargo, es deseable desde el punto de vista de la prevención de la contaminación atmosférica minimizar la concentración de amoníaco en el gas de combustión D tratado emitido a la atmósfera. Por consiguiente, se ha producido una demanda de una técnica de tratamiento de gas de combustión que pueda conseguir una reducción en el tamaño del equipo y un alto grado de desulfuración y, por otro lado, pueda minimizar la cantidad de amoníaco emitido.

A continuación, se describe más adelante la construcción del sistema de eliminación de agua sin residuos ejemplo ilustrado en la Figura 4. Este es un ejemplo relacionado con el tratamiento de gas de combustión de una caldera caldeada con fuelóleo. En este caso, el polvo K recogido del gas de combustión por el precipitador electrostático seco 5 ilustrado en las Figuras 2 y 3 contiene, además de carbón sin quemar que constituye su principal componente, impurezas tales como vanadio (que es un metal pesado tóxico) y magnesio, sulfato de amonio, formado a partir del amoníaco inyectado y SO_{3} presente en el gas de combustión y componentes similares.

En este sistema, como se ilustra en la Figura 4, se introduce en primer lugar agua H2 residual de desulfuración mostrada en la Figura 3 en un depósito 61 de mezcla en el que se agita y mezcla con el polvo K alimentado desde el precipitador electrostático seco 5 formando una suspensión S1 de mezcla. En esta etapa, el amoníaco y el sulfato de amonio contenidos en el polvo K se disuelven en la fase líquida de la suspensión S1 y la mayor parte de los mismos existen como ion sulfato o ion amonio, de igual modo que los contenidos en el agua residual H_{2}. A continuación, la suspensión S1 de mezcla se transfiere a un depósito 62 de ajuste/reducción de pH en el que se añade al mismo un ácido L [por ejemplo, ácido sulfúrico (H_{2}SO_{4})]. Así, la suspensión S1 de mezcla se ajusta a un valor de pH (de aproximadamente 2 o inferior) que permite la reducción de vanadio. Por otro lado, se añade y se mezcla con la suspensión un agente reductor M [por ejemplo, sulfito sódico (Na_{2}SO_{3})]. Así, se reduce el vanadio pentavalente presente en la suspensión a su estado tetravalente conforme a la siguiente fórmula de reacción (5), de modo que el vanadio se disuelve en la fase líquida.

(5)2VO_{2}{}^{+} + SO_{3}{}^{2-} + 2H^{+} \longrightarrow 2VO^{2+} + SO_{4}{}^{2-} + H_{2}O

A continuación, la suspensión S2 de mezcla que ha sufrido la reducción de vanadio se transfiere a un depósito 63 de precipitación en el que se añade amoníaco B3 (que se describirá más adelante) y se mezcla con la suspensión. En esta etapa, el vanadio tetravalente presente en la suspensión reacciona con amoníaco conforme a la siguiente fórmula de reacción (6) y precipita el producto resultante.

(6)VO^{2+} + 2NH_{4}OH \longrightarrow VO(OH)_{2} + 2NH_{4}{}^{+}

Después de tratarse para la precipitación de vanadio, la suspensión S3 de mezcla se extrae del depósito 63 de precipitación y se transfiere a un separador 65 sólido-líquido que comprende un decantador de floculación y/o un filtro de cinta de tipo vacío por medio de una bomba 64 de suspensión. Así, se separa el material sólido N de la misma en forma de lodo o torta. El material sólido N separado comprende esencialmente carbón sin quemar presente en el polvo K y además contiene el vanadio precipitado.

Seguidamente, el licor residual S4 del que se ha eliminado el material sólido que contenía vanadio se transfiere a un depósito 66 de neutralización en el que se añaden con agitación un agente químico O [por ejemplo, cal apagada (Ca(OH)_{2})] y licor residual P de retorno (que se describirá más adelante). Así, el ion sulfuro y el ion amonio presentes en el licor residual se convierten en yeso o hidróxido de amonio.

La suspensión S5 resultante, que ahora contiene yeso en forma de componente sólido e hidróxido de amonio, se transfiere entonces a un concentrador primario 67 en el que el amoníaco B1 se separa del mismo por evaporación. La suspensión S6 resultante que contiene yeso y otros materiales sólidos en altas concentraciones se extrae del mismo por medio de una bomba 68 de suspensión.

El concentrador primario 67 comprende un evaporador 67a, un calentador 67b y una bomba de circulación 67c, y funciona calentando la suspensión con valor caliente W1 generado, por ejemplo, en una caldera de una central de energía eléctrica y evaporando por consiguiente el agua B1 que contiene amoníaco.

Además de yeso, el material sólido contenido en la suspensión S6 incluye fundamentalmente hidróxido de magnesio [Mg(OH)_{2}]. Este hidróxido de magnesio se forma por la combinación de magnesio presente en el polvo K como impureza con ion hidróxido presente en la suspensión.

Seguidamente, esta suspensión S6 se introduce en un separador 69 de sólidos que comprende un ciclón o una centrífuga de sedimentación, en la que la suspensión S6 se separa en una suspensión S7 que contiene fundamentalmente yeso (materia sólida de partículas gruesas) y una suspensión S8 que contiene otro materia sólida de partículas finas (que incluye fundamentalmente el hidróxido de magnesio anteriormente descrito). La suspensión S7 se devuelve al depósito 41 de la torre de absorción que constituye el desulfurador ilustrado en la Figura 3. Por otro lado, una porción de la suspensión S8 se deshidrata en un deshidratador (o concentrador secundario) 70, y el material sólido resultante que contiene fundamentalmente hidróxido de magnesio se descarga como lodo Q.

De la suspensión S8, se devuelve al depósito 66 de neutralización como licor P residual de retorno la porción restante no alimentada al deshidratador 70.

El agua B1 con amoníaco producida por la evaporación en el concentrador primario 67 se enfría y condensa en un enfriador 71 usando agua de enfriamiento W2 como refrigerante, y se almacena en un depósito 72 de almacenamiento.

Puesto que el agua B1 con amoníaco en el depósito 72 de almacenamiento tiene normalmente una baja concentración de aproximadamente 3-6%, éste se alimenta a un concentrador 74 de amoníaco por medio de una bomba 73 y se concentra en el mismo proporcionando agua con amoníaco que tiene una concentración de 10-20%. Una porción de este agua con amoníaco se gasifica en un vaporizador 75 y el amoníaco B2 resultante se inyecta en el gas de combustión en el desnitrador 2 anteriormente descrito como amoníaco B que contiene vapor W3. La porción restante del agua con amoníaco se alimenta al depósito 63 de precipitación anteriormente citado como amoníaco B3.

En el sistema de eliminación de agua sin residuos descrito anteriormente, el agua H2 residual de desulfuración proveniente de la operación de desulfuración se trata mezclándolo con el polvo K eliminado, de modo que se consigue una mejora en su facilidad de manipulación. La suspensión de mezcla resultante se somete a una serie de tratamientos para la reducción, precipitación y separación sólido-líquido del vanadio presente en la misma y el vanadio separado se descarga como lodo. Por otro lado, la suspensión de mezcla concentrada y tratada de forma tal que el yeso, el agua y el amoníaco se devuelvan finalmente al gas de combustión o al lado corriente arriba del sistema (por ejemplo, la torre de absorción que constituye el desulfurador). Así, es posible usar amoníaco de una forma circulante y conseguir lo que se denomina sistema cerrado de agua sin residuos en el que no se produce agua residual que deba descargarse. Esto elimina la necesidad de tratamiento de agua residual antes de su descarga y permite la utilización eficaz del amoníaco.

Experimentos

A continuación se describen algunos experimentos llevados a cabo por los autores de la presente invención. El objeto de estos experimentos es demostrar que se suprime la formación de incrustaciones sobre las superficies internas (por ejemplo, superficies de transferencia de calor) del intercambiador de calor para la etapa de recuperación de calor debidas a sulfato de amonio ácido cuando se inyecta una cantidad excesiva de amoníaco conforme a una característica de la presente invención y se usa como intercambiador de calor un intercambiador de calor del tipo estanco de estructura de carcasa y tubos.

En primer lugar, se usó un aparato experimental ilustrado en la Figura 6. De forma específica, se instalaron corriente abajo de un horno 81 de combustión un calentador 82 de aire y un enfriador 83. Por otro lado, se instaló corriente abajo del mismo un ciclón 84 para separar y eliminar polvo tal como carbón sin quemar. El gas de combustión que abandona este ciclón 84 se introdujo en un intercambiador de calor de tipo estanco 85 de estructura de carcasa y tubos. En este caso, el gas de combustión se hizo pasar a través del intercambiador de calor 85 en su lado de la carcasa (es decir, el lado externo de los tubos de calentamiento), mientras que el medio de calentamiento se hizo pasar a través de los tubos de calentamiento del intercambiador de calor 85. El medio de calentamiento calentado por el calor del gas de combustión en el intercambiador de calor 85 se enfrió y regeneró en un enfriador 86 usando agua de enfriamiento.

La concentración de SO_{3} en el gas de combustión se reguló inyectando SO_{3} en el gas de combustión en una posición corriente abajo del calentador 82 de aire y corriente arriba del enfriador 83. Por otro lado, la concentración de amoníaco en el gas de combustión se reguló inyectando amoníaco en el gas de combustión en una posición corriente abajo del ciclón 84 y corriente arriba del intercambiador de calor 85. El intercambiador de calor 85 podía limpiarse mediante lo que se denomina limpieza por dispersión de esferas de acero continuamente sobre el lado de la carcasa y se sometió a ensayos de limpieza por dispersión según era necesario.

Otras condiciones experimentales fueron las siguientes:

(Combustible)

Tipo: Gasóleo A.

Relación de combustión: 15 litros/h.

(Gas de combustión)

Caudal: 200 m^{3} N/h.

Concentración de SO_{3}: 25 ppm.

Concentración de NH_{3}: 63 ppm.

Temperatura en la salida del ciclón: 170ºC.

Temperatura en la entrada/salida del intercambiador de calor: 130/90ºC.

(Medio de calentamiento)

Temperatura de entrada: 75ºC.

(Esferas de acero)

Relación de dispersión: 2.280 kg/m^{2} \cdoth.

En este caso, se determinó que la concentración de amoníaco en el gas de combustión era 63 (= 50+13) ppm de modo que estaría en un exceso de 13 ppm con respecto a la cantidad equivalente requerida para la formación de sulfato de amonio [(NH_{4})_{2}SO_{4}] como resultado de la reacción con SO_{3}. La cantidad equivalente anteriormente citada es igual a dos veces el número de moles de SO_{3} y, en este caso, corresponde a una concentración de 50 (= 25x2) ppm.

En las condiciones anteriormente descritas, el aparato experimental estuvo funcionando de forma continua durante 83 horas sin limpieza por dispersión con esferas de acero. A continuación, se llevó a cabo la limpieza por dispersión con esferas de acero durante 2 horas.

La Figura 7 muestra el resultado de las medidas reales de los cambios en la pérdida de presión de gas en el intercambiador de calor 85, y la Figura 8 muestra los resultados de las medidas reales de los cambios en el coeficiente global de transferencia de calor del intercambiador de calor 85 que sirve como indicador de su capacidad de transferencia de calor.

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Como se puede apreciar a partir de estos resultados, los cambios en la pérdida de presión de gas y en el coeficiente global de transferencia de calor fueron relativamente reducidos incluso después de 83 horas de operación continua. Por otro lado, se podían devolver completamente a sus niveles iniciales limpiando por dispersión con esferas de acero.

Además, cuando se fotografiaron las superficies de los tubos de calentamiento del intercambiador de calor 85 después de 83 horas de operación continua y se observaron visualmente, la acumulación de un depósito fue ligera. Al analizarlo, este depósito incluye fundamentalmente un compuesto del tipo sulfato de amonio que tiene una relación molar NH_{4}/SO_{4} de 1,5 a 1,9.

Así, se puede apreciar que, si se inyecta amoníaco en una cantidad tal que esté en un exceso igual o superior a 13 ppm con respecto a la concentración de SO_{3}, la producción de sulfato de amonio ácido se suprime y esto facilita enormemente la operación para eliminar un depósito.

Se sobreentiende que la presente invención no queda limitada a las realizaciones anteriormente descritas, sino que también se puede llevar a la práctica de otras diversas formas.

Por ejemplo, la inyección de amoníaco no solo es necesario llevarla a cabo en el desnitrador (o la etapa de desnitración), sino que también se puede llevar a cabo en cualquier punto corriente abajo del desnitrador y corriente arriba de la torre de absorción. A modo de ejemplo, en el sistema de la Figura 2, se puede inyectar amoníaco en el gas de combustión en el tubo de humos 4 con el objeto de capturar SO_{3} y mejorar la capacidad de desulfuración, o se puede inyectar amoníaco en el gas de combustión en el tubo de humos 25 (en el lado corriente abajo del precipitador electrostático seco 5) con el objeto de mejorar la capacidad de desulfuración y similares.

En este caso, con el fin de mejorar la capacidad de desulfuración de la torre de absorción, la cantidad de amoníaco inyectado en la etapa de desnitración y/o la cantidad de amoníaco inyectado en el punto corriente abajo de la etapa de desnitración se pueden determinar de modo que estén en un exceso con respecto a la cantidad requerida para la desnitración o la cantidad equivalente para el SO_{3} y, por tanto, quedará amoníaco o una sal de amonio (por ejemplo, sulfato de amonio) en el gas de combustión introducido en la etapa de desulfuración.

Por otro lado, con el fin de suprimir totalmente la formación de incrustaciones debidas a SO_{3} en el calentador 31 de aire y en la sección 24 de recuperación de calor del calentador gas-gas, la cantidad de amoníaco inyectado en la etapa de desnitración y/o la cantidad de amoníaco inyectado en el punto corriente abajo de la etapa de desnitración se pueden determinar de modo que estén en un nivel en exceso tal que la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en estos intercambiadores de calor esté en un exceso igual o superior a 13 ppm con respecto a la concentración de SO_{3} en este gas de combustión.

Por otro lado, el calentador 31 de aire y la sección 24 de recuperación de calor del calentador gas-gas están instaladas por separado, por ejemplo, en la realización anteriormente descrita de la Figura 2. Sin embargo, éstos se pueden combinar en una única unidad. Es decir, el sistema se puede construir de una forma tal que el aire C alimentado a la caldera se caliente por el calor recuperado en un intercambiador de calor instalado, por ejemplo, en la posición del calentador 31 de aire (Figura 2), y una porción del medio de calentamiento se conduce a la sección 22 de recalentamiento del calentador de gas-gas y se usa para calentar el gas de combustión D tratado.

Incluso cuando el calentador de aire y la sección de recuperación de calor del calentador gas-gas están instalados por separado, la sección de recuperación de calor del calentador gas-gas puede estar instalada en una posición corriente arriba del precipitador electrostático 5.

En este sentido, si la recuperación de calor proveniente del gas de combustión se lleva a cabo en su totalidad en el lado corriente arriba del precipitador electrostático 5 y la temperatura del gas de combustión introducido en el precipitador electrostático 5 se reduce adicionalmente, esto resulta especialmente ventajoso en el caso de gas de combustión proveniente de una caldera caldeada con carbón, debido a que se mejora notablemente el grado de eliminación de polvo (por ejemplo, cenizas volantes) en el precipitador electrostático 5 en función de su mayor resistividad.

Claims (5)

1. Un sistema de tratamiento de gas de combustión que comprende una etapa de desnitración que consiste en inyectar amoníaco en un gas de combustión (A) que contiene al menos óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre para descomponer los óxidos de nitrógeno presentes en el gas de combustión, y una etapa de desulfuración que consiste en introducir el gas de combustión que abandona dicha etapa de desnitración en una torre de absorción (21) en la que se pone en contacto gas-líquido con un fluido absorbente (E) para eliminar al menos los óxidos de azufre del gas de combustión por absorción en el fluido absorbente,

en el que se inyecta amoníaco (B) en el gas de combustión según es requerido en un punto corriente abajo de dicha etapa de desnitración, y

la cantidad de amoníaco inyectado en dicha etapa de desnitración y/o la cantidad de amoníaco inyectado en el punto corriente abajo de dicha etapa de desnitración se determinan de modo que esté en un nivel en exceso tal que quede amoníaco o sal de amonio en el gas de combustión introducido en dicha etapa de desulfuración, creándose en el lado corriente abajo de la región de dicha torre de absorción en la que se pone el gas de combustión en contacto gas-líquido con el fluido absorbente una región en la que se pulveriza un líquido (J) que tiene una mayor acidez que el fluido absorbente (E) para que el amoníaco no pueda liberarse fácilmente a la fase gaseosa, siendo absorbido de este modo en dicha torre de absorción el amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en dicha etapa de desulfuración sin que pueda quedarse en el gas de combustión (D) que abandona dicha torre de absorción.

2. Un procedimiento de tratamiento de gas de combustión según la reivindicación 1, en el que la cantidad de amoníaco inyectado en dicha etapa de desnitración se determina de modo que la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión que abandona dicha etapa de desnitración no es menor que 30 ppm.

3. Un procedimiento de tratamiento de gas de combustión según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además una etapa de recuperación de calor que consiste en introducir el gas de combustión que abandona dicha etapa de desnitración en un intercambiador de calor (24) en el lado corriente arriba de dicha torre de absorción y recuperar de este modo calor del gas de combustión y en el que como dicho intercambiador de calor se emplea un intercambiador de calor (85) de tipo estanco de estructura de carcasa y tubos.

4. Un procedimiento de tratamiento de gas de combustión según la reivindicación 1 o la reivindicación 3, que incluye además la etapa de recuperación de calor que consiste en introducir el gas de combustión que abandona dicha etapa de desnitración en un intercambiador de calor (24) en el lado corriente arriba de dicha torre de absorción y de este modo recuperar calor del gas de combustión y en el que la cantidad de amoníaco inyectado en dicha etapa de desnitración y/o la cantidad de amoníaco inyectado en el punto corriente abajo de dicha etapa de desnitración se determinan de modo que la concentración de amoníaco que queda en el gas de combustión introducido en dicho intercambiador de calor estará en un exceso igual o superior a 13 ppm con respecto a la concentración de SO_{3} en este gas de combustión.

5. Un procedimiento de tratamiento de gas de combustión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además una primera etapa de eliminación de polvo que consiste en introducir el gas de combustión en un precipitador electrostático seco (5) en el lado corriente arriba de dicha torre de absorción (21) y, de este modo eliminar polvo presente en el gas de combustión, y una segunda etapa de eliminación de polvo que consiste en introducir el gas de combustión en un precipitador electrostático húmedo (32) en el lado corriente abajo de dicha torre de absorción y, de este modo eliminar el polvo que queda en el gas de combustión.