ES2227980T3 - Caldera de lecho fluidificado circulante con reduccion mejorada de oxidos de nitrogeno. - Google Patents

Caldera de lecho fluidificado circulante con reduccion mejorada de oxidos de nitrogeno.

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ES2227980T3 ES99400288T ES99400288T ES2227980T3 ES 2227980 T3 ES2227980 T3 ES 2227980T3 ES 99400288 T ES99400288 T ES 99400288T ES 99400288 T ES99400288 T ES 99400288T ES 2227980 T3 ES2227980 T3 ES 2227980T3
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Abstract

LA CALDERA CON LECHO FLUIDIZADO CIRCULANTE COMPRENDE UN HOGAR DE COMBUSTION (1) Y UN CICLON DE SEPARACION (11) CONECTADOS ENTRE SI POR UN CONDUCTO (9) QUE SE EXTIENDE SEGUN UNA DIRECCION LONGITUDINAL (L1) Y QUE CANALIZA UN FLUJO DE PARTICULA Y DE GAS QUE CONTIENEN OXIDOS DE NITROGENO (NOX). COMPRENDE TAMBIEN UN MEDIO PARA INYECTAR EN EL FLUJO UN REACTIVO QUE PERMITE REDUCIR LOS OXIDOS DE NITROGENO. ESTE MEDIO COMPRENDE AL MENOS UN PRIMER TUBO TUBULAR (21) DISPUESTO EN UNA ZONA REBAJADA (1C) DE LA PARTE SUPERIOR DEL HOGAR DE COMBUSTION QUE SE EXTIENDE POR ENCIMA DEL CONDUCTO PARA INYECTAR EL REACTIVO SEGUN LA DIRECCION LONGITUDINAL (L1) DEL CONDUCTO (9) Y SEGUN LA CORRIENTE DEL FLUJO.

Description

Caldera de lecho fluidificado circulante con reducción mejorara de óxidos de nitrógeno.
El invento se refiere a una caldera de lecho fluido circulante, con un conducto que se extiende según una dirección longitudinal y que canaliza el flujo de partículas y de gas que contiene óxidos de nitrógeno, y un medio para inyectar en el flujo un reactivo que permite reducir los óxidos de nitrógeno.
En una caldera de este tipo, con un conducto que une un hogar de combustión a un aventador centrífugo o ciclón de separación, las partículas son separadas en el ciclón de separación y son recicladas en el hogar de combustión. Los gases son evacuados por una chimenea después de haber atravesado unos intercambiadores de calor convencionales situados después del ciclón de separación. La reducción de los óxidos de nitrógeno en nitrógeno molecular inerte es una medida correctora que permite disminuir la expulsión de los óxidos de nitrógeno con los gases evacuados por la chimenea.
De una forma general, se inyecta en el flujo de partículas y de gas de amoniaco para reducir los óxidos de nitrógeno según un esquema reaccional conocido con el nombre de reducción selectiva no catalítica. Hoy en día se admite que tres principales parámetros, la temperatura, el tiempo de estancia y la mezcla de amoniaco reactivo con los óxidos de nitrógeno, influyen en la reacción de reducción en la instalación.
El documento WO9621825 describe una caldera de lecho fluido circulante que incluye además un intercambiador exterior de lecho fluido. En este documento, una inyección de reactivo, del amoniaco, para reducir los óxidos de nitrógeno es realizada en la parte de post-combustión del hogar o bien en la entrada del ciclón de separación.
El objetivo del invento es mejorar la mezcla del reactivo con los óxidos de nitrógeno contenidos en los gases para favorecer su reducción.
A este efecto, el invento tiene como objeto una caldera de lecho fluido circulante con un hogar de combustión y un ciclón de separación unidos entre sí por un conducto que se extiende según una dirección longitudinal y que canaliza un flujo de partículas y de gas que contiene óxidos de nitrógeno, y un medio para inyectar en el flujo un reactivo que permite reducir los óxidos de nitrógeno, y que incluye además un intercambiador exterior de lecho fluido denso que une el ciclón de separación al hogar de combustión, caracterizado porque la parte superior de dicho intercambiador forma un conducto para el flujo de partículas y de gas que se extiende según una dirección longitudinal y porque dicho medio para inyectar dicho reactivo incluye al menos una caña tubular dispuesta en dicha parte superior del intercambiador exterior, dispuesta de forma tal que inyecte el reactivo según la dirección longitudinal del conducto y con el mismo sentido de corriente que el flujo.
Con esta disposición, el reactivo es inyectado a fondo en el flujo y en una región del flujo poco densa en partículas lo que permite reforzar la mezcla con los óxidos de nitrógeno y aumentar el rendimiento de la reducción.
Otras características y ventajas del invento aparecerán con la lectura de la descripción posterior en referencia al dibujo adjunto, en el que:
La figura 1 muestra muy esquemáticamente, en vista frontal, una caldera de lecho fluido circulante con un intercambiador exterior de lecho fluido denso.
La figura 2 muestra muy esquemáticamente la parte inferior de la caldera según la figura 1, con al menos una caña de inyección dispuesta en el conducto formado por la parte superior del intercambiador exterior de lecho fluido denso.
La figura 3 es una vista en corte de una caña de inyección.
Una caldera de lecho fluido circulante, representada de forma esquemática en la figura 1, incluye un hogar de combustión 1 que se extiende verticalmente y en el que una parte inferior es alimentada por un combustible 3, por ejemplo carbón triturado, y por un flujo de aire 7 dirigido hacia lo alto del hogar. La combustión se efectúa en el seno de una importante masa de finas partículas de ceniza 5 fuertemente agitadas y mantenidas en suspensión por el flujo de aire 7 para formar un lecho fluido que tiene una densidad de partículas que disminuye rápidamente en función de la altura del hogar. La combustión tiene lugar a una temperatura típica de 850 grados Celsius (ºC) y genera óxidos de nitrógeno NO_{x}.
El flujo de aire cargado de las finas partículas y de los óxidos de nitrógeno es canalizado en la parte alta del hogar por un primer conducto 9 que se extiende según una dirección longitudinal L1 sensiblemente horizontal y que desemboca en la parte alta 11A de un ciclón de separación 11 dispuesto verticalmente. Mediante una trayectoria circular del flujo de aire en el ciclón, las finas partículas de ceniza son separadas de los humos y son recicladas hacia el hogar de combustión 1, por medio de un sifón fluido 13. Los humos 14 salen del ciclón centrífugo de separación 11 y atraviesan unos intercambiadores de calor convencionales antes de ser evacuados por una chimenea.
Para facilitar el control de la temperatura del hogar, se dispone, en paralelo con el sifón fluido 13, un intercambiador exterior de lecho fluido denso 15, que es alimentado por aire 16 y por partículas tomadas en la parte inferior 11B del ciclón de separación 11. Un segundo conducto 17 que forma una parte superior del intercambiador exterior 15 se extiende paralelamente a una dirección longitudinal L2 sensiblemente horizontal y canaliza el flujo de partículas y de gas que proviene del ciclón de separación 11 hacia el hogar de combustión 1 mediante un sistema fluido 19 para reciclar las partículas.
Según el invento, para reducir los óxidos de nitrógeno contenidos en los gases y los humos, se inyecta un reactivo, por ejemplo amoniaco en estado gaseoso, por medio de al menos una caña tubular dispuesta de forma tal que libere el reactivo según la dirección longitudinal del conducto 17 y con el mismo sentido de corriente que el flujo de gas cargado de partículas.
De esta forma, como se muestra en la figura 2, al menos una caña tubular 21 (dos en el ejemplo descrito) está dispuesta en un segundo conducto 17 formado por una parte superior 17A del intercambiador exterior 15, donde el carbón es elutriado en parte en las partículas que provienen del ciclón de separación 11. La combustión del carbón elutriado se efectúa en un fuerte exceso de aire por encima del lecho fluido denso y produce óxidos de nitrógeno que son reducidos por inyección de reactivo. Preferentemente, cada caña tubular 21 está dispuesta respecto de la corriente del flujo aguas abajo de la zona de entrada 17B en el segundo conducto 17 de partículas que provienen del ciclón de separación 11 para prolongar el tiempo de estancia del reactivo, habida cuenta del hecho que en esta zona de entrada 17B, la elutriación del carbón es importante.
Cada caña tubular 21 incluye, figura 3, al menos una tobera de inyección 23. Cada caña tubular 21 es descendida en el segundo conducto 17, sensiblemente de manera perpendicular a la dirección longitudinal L2 y orientando la tobera de inyección 23 en el sentido de circulación del flujo de partículas y de gases para inyectar el reactivo según la dirección longitudinal del conducto y con el mismo sentido de corriente que el flujo.
La fijación de cada caña de inyección 21 en el segundo conducto 17 es realizada por medio de una brida 25 que preferentemente permite un desplazamiento en traslación de cada caña perpendicularmente a la dirección longitudinal del conducto para regular el descenso en el conducto en función de una menor densidad de partículas en el flujo y reforzar así la mezcla del reactivo con los óxidos de nitrógeno.
Se ha previsto igualmente tratar la superficie de cada caña tubular para mejorar sus propiedades de comportamiento ante la corrosión. Teniendo en cuenta la temperatura del flujo y la naturaleza abrasiva de las partículas y de los gases, se trata cada caña depositando, por ejemplo por plasma, un revestimiento de carburo de tungsteno o de carburo de cromo. Para mejorar el comportamiento mecánico de las cañas, se prevé igualmente enfriarlas mediante una circulación de agua 27. El reactivo es inyectado por un canal 29 que desemboca por la tobera de inyección 23. Como reactivo, se utiliza amoniaco gaseoso, o gotas de amoniaco en solución, o un precursor líquido del amoniaco como la urea en solución, empujado por aire.

Claims (6)

1. Caldera de lecho fluido circulante, con un hogar de combustión y un ciclón de separación (11) unidos entre sí por un conducto (9) que se extiende según una dirección longitudinal (L1) y que canaliza un flujo de partículas y de gas que contiene óxidos de nitrógeno (NO_{x}), y un medio para inyectar en el flujo un reactivo que permite reducir los óxidos de nitrógeno, y que incluye además un intercambiador exterior de lecho fluido denso (15) que une el ciclón de separación (11) al hogar de combustión (1), caracterizada porque la parte superior (17A) de dicho intercambiador forma un conducto (17) para el flujo de partículas y de gas que se extiende según una dirección longitudinal (L2), y porque dicho medio para inyectar dicho reactivo incluye al menos una caña tubular (21) dispuesta en dicha parte superior (17A) del intercambiador exterior (15), dispuesta de forma tal que inyecta el reactivo según dicha dirección longitudinal (L2) del conducto (17) y con el mismo sentido de corriente que el flujo.
2. Caldera según la reivindicación 1, en la que cada caña tubular (21) incluye al menos una tobera de inyección (23) del reactivo.
3. Caldera según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en la que cada caña tubular (21) es móvil siguiendo una dirección sensiblemente perpendicular a la dirección longitudinal (L1,L2) del conducto (9,17).
4. Caldera según una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que cada caña tubular (21) incluye un circuito de enfriamiento (27) por circulación de agua.
5. Caldera según una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que cada caña tubular (21) incluye un revestimiento por plasma de carburo de tungsteno o de carburo de cromo para resistir a la abrasión del flujo.
6. Caldera según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el reactivo es amoniaco gaseoso, o gotas de amoniaco en solución, o un precursor líquido del amoniaco como la urea en solución, empujado por el aire.
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