ES2259615T3 - Un procedimiento y dispositivo para medir, mediante fotoespectrometria, la concentracion de gases nocivos en los humos a traves de un equipo de produccion de calor. - Google Patents
Un procedimiento y dispositivo para medir, mediante fotoespectrometria, la concentracion de gases nocivos en los humos a traves de un equipo de produccion de calor.Info
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Abstract
Un procedimiento para medir, mediante espectrofotometría, la concentración de gases nocivos en los gases de combustión a través de un equipo de producción de calor del tipo que comprende un primer espacio (3) para la combustión de un carburante, un dispositivo (5) situado en un segundo espacio (4) localizado aguas abajo del espacio de combustión, comprendiendo dicho dispositivo (5) en el segundo espacio tubos a través de los que un medio, tal como agua, aire o vapor, puede pasar para calentarse por transferencia de calor desde los gases de combustión formados durante la combustión y una chimenea (2) localizada aguas debajo de dicho dispositivo de tubo (5) para dejar salir los gases de combustión desde el equipo, en el que en una región cercana a dicho dispositivo de tubo (5), al menos se envía un haz (11) de luz ultravioleta desde un emisor de luz (7¿) en un lado de dicho segundo espacio (4) a un receptor de luz (7¿¿) localizado en el lado opuesto de dicho segundo espacio (4), cuyo receptor de luz se conecta a un espectrómetro (13) que funciona con un ordenador (14), en cuyo espectrómetro se divide la luz espectralmente y en que el espectrómetro (13) se calibra para que registre la distribución de intensidad espectral de la luz dentro del intervalo de longitudes de onda de 200 a 310 nanómetros, para detectar fundamentalmente de manera continua in situ la concentración de metales gaseosos y/o cloruros metálicos en los gases de combustión durante el funcionamiento del equipo.
Description
Un procedimiento y dispositivo para medir,
mediante fotoespectrometría, la concentración de gases nocivos en
los humos a través de un equipo de producción de calor.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un dispositivo para medir, mediante
espectrofotometría, la concentración de gases nocivos en los gases
de combustión a través de un equipo de producción de calor del tipo
que comprende un primer espacio para la combustión de un carburante,
un dispositivo situado en un segundo espacio localizado aguas abajo
del espacio de combustión, comprendiendo dicho dispositivo en el
segundo espacio tubos a través de los que un medio, tal como agua,
aire o vapor, puede pasar para calentarse por transferencia de calor
desde los gases de combustión formados durante la combustión y una
chimenea localizada aguas abajo del dispositivo de tubo para dejar
salir los gases de combustión del equipo.
La producción simultánea de calor y vapor por
combustión de un denominado biocombustible, es decir, un carburante
sólido que consta de madera o biomasa, ha llegado a ser últimamente
cada vez más común, entre otras cosas debido a los hechos de que tal
producción tiene potencia eficaz, muestra resistencia a largo plazo,
puede basarse en materias primas domésticas y tiene una influencia
mínima en el medio ambiente. Sin embargo, ha resultado que la
combustión de biocombustible es un procedimiento que en algunos
aspectos es más complicado y difícil de manejar que la combustión
de otros carburantes sólidos, tal como carbón. Una complicación es
que las cenizas de un biocombustible tienen otra composición y otras
propiedades de fusión que, por ejemplo, la ceniza de carbón. Entre
otras cosas, esta diferencia supone problemas muy costosos por la
corrosión y deposición de ceniza en los tubos incluidos en los
equipos recalentadores existentes. Además, se ha observado una gran
corrosión por temperaturas muy altas en la mayor parte de los
equipos de potencia y calor combinados en Suecia tras algunos años
de funcionamiento con biocombustible 100%. Los problemas pueden
llegar a acentuarse particularmente cuando al carburante se le
añaden materiales tales como madera de demolición y desperdicios
clasificados de diferentes tipos. En la práctica, la corrosión
aparece por sí misma ya que los tubos normalmente de alta aleación,
y por lo tanto caros, recalentadores están cubiertos con capas
adherentes fuertes y sólidas o depósitos de ceniza, al mismo tiempo
que la superficie inferior del tubo aguas abajo está expuesta a
fusiones corrosivas que dan lugar a pérdida de metal.
Entre los expertos, reina la unanimidad de que
el cloro constituye el principal acelerador de la corrosión en el
contexto anteriormente mencionado. Una teoría convencional es que el
cloro se transporta en el depósito de ceniza sobre los tubos
recalentadores en forma de cloruro potásico en fase de gas (KCl), de
manera alternativa como aerosoles muy pequeños de cloruro potásico
que se han condensado justo aguas arriba del dispositivo
recalentador. A partir de aquí, tiene lugar una reacción con azufre
en la superficie del tubo en el depósito de ceniza, formándose de
este modo sulfato potásico y cloro libre, que en esta forma es muy
corrosivo. Si bien es cierto que esta teoría es plausible, en la
práctica existen grandes dificultades no sólo para verificar esta
teoría, sino también para tomar medidas para resolver el problema,
sobre todo debido a la falta de una técnica de medición adecuada.
Es cierto que en el documento SE 8.502.946-0, se
describe en términos generales cómo puede utilizarse la
espectrofotometría para determinar ciertos parámetros, por ejemplo,
la concentración, para sustancias gaseosas que aparece en tales
procedimientos de combustión que se llevan a cabo a altas
temperaturas, pero en este caso la técnica está enfocada
principalmente a la medición de llamas y el documento no contiene
ninguna instrucción sobre cómo se usaría la técnica, en la práctica,
para la medición en equipos del tipo presentado en el preámbulo.
De modo bastante general, en los equipos de
producción de calor tienen lugar, además de los problemas de
corrosión anteriormente mencionados, también otros problemas
similares que son causados por la presencia de cloruros de metal
gaseoso o metales en forma elemental. Por lo tanto, en los equipos
pueden incluirse también otras disposiciones que sean meramente
dispositivos recalentadores que comprendan series o paquetes de
tubos, a través de los que circule, por ejemplo, aire, para
calentarlo (en la práctica, tales disposiciones consisten
normalmente en precalentadores de aire o los denominados
economizadores). Cuando metales, tales como metales pesados en forma
de cinc y plomo en forma gaseosa, son transportados por los gases de
combustión y alcanzan las disposiciones, se depositan en las
superficies de los tubos, formando de este modo depósitos que no son
necesariamente corrosivos, pero que deterioran la transferencia de
calor desde los gases de combustión al medio que circula dentro de
los tubos.
El documento WO8.607.455, describe un aparato y
un procedimiento para medir los parámetros de gases presentes en los
procedimientos de combustión que comprende una luz en un lado de un
objeto, tal como una llama, para ser medida, un dispositivo de
recepción, un espectrómetro y medios de grabación. D1 expone en
general que el dispositivo puede usarse para determinar el espectro
a través de toda la región óptica desde IR a UV.
La presente invención tiene como objetivo
superar las deficiencias asociadas con la técnica de medición
conocida anteriormente y modo de determinación a eliminar o
contrarrestar los problemas de corrosión y depósito que surgen en
los dispositivos que incluyen tubos para la transferencia de calor,
por ejemplo, dispositivos recalentadores, economizadores o
precalentadores de aire que estén aguas abajo del espacio de
combustión en los equipos de combustión. Por lo tanto, un objeto
principal de la invención es crear un procedimiento así como un
dispositivo que en condiciones externas difíciles en el
funcionamiento práctico, se dirijan a determinar específicamente la
presencia y concentración de exactamente aquellas sustancias
gaseosas en los gases de combustión del proceso de combustión que
den lugar a grandes depósitos de corrosión o nocivos en los tubos
que se incluyen en dichos dispositivos. Otro objeto es proporcionar
un procedimiento, por medio del que pueda impedirse la creación de
muchos gases corrosivos o nocivos en los gases de combustión que
pasarán a través de los dispositivos de tubo.
Según la invención, al menos el principal objeto
se logra mediante las características dadas en las cláusulas de
caracterización de las reivindicaciones 1 y 5. Además, en las
reivindicaciones dependientes se definen formas de realización
ventajosas de la invención.
En los dibujos,
la figura 1 es una ilustración esquemática que
muestra la estructura general de un equipo combinado de calor y
potencia, en el que puede aplicarse la invención,
la figura 2 es una vista en detalle plana
aumentada que muestra un dispositivo que se incluye en una
disposición según la invención para enviar y recibir luz,
dispositivo que funciona con un espectrómetro,
la figura 3 es una ilustración esquemática de
dicho espectrómetro y un equipamiento para calibrar el espectrómetro
y
la figura 4 es una ilustración esquemática,
mostrada a escala reducida, de una forma de realización alternativa
de un equipo combinado de calor y potencia y una disposición según
la invención conectada al mismo.
En la figura 1, se muestra un equipo de
combustión que produce vapor que puede constar de una caldera de
vapor industrial con el propósito principal de producir vapor, por
ejemplo, para la producción de electricidad, pero que también puede
constar de un equipo de potencia y calor combinado del tipo que
produce no sólo vapor sino también calor. Como componentes
principales, el equipo comprende una caldera 1 y una chimenea 2. En
la caldera 1 se incluye un primer espacio 3 en forma de una cámara
de combustión, en la que se quema el carburante de entrada. En la
práctica, la caldera puede trabajar con la técnica de lecho
fluidificado convencional (denominada entre los expertos BFB =
"lecho fluidificado de burbujas"). En equipos de mayor tamaño,
la caldera puede tener una altura dentro del intervalo de 10 a 40
metros. En otro espacio 4 que sirve como un conducto de gas de
combustión, aguas abajo de la cámara de combustión 3, se
proporcionan uno o varios dispositivos recalentadores. En el ejemplo
según la figura 1, se muestran tres de dichos dispositivos
recalentadores 5. Cada uno de estos dispositivos comprende una serie
de tubos o circuito de tubos, a través de los que puede pasar el
vapor para sobrecalentarse por transferencia de calor desde los
gases de combustión que se crean durante la combustión y que pasan a
través del espacio 4. Entre los espacios 3 y 4 se extiende una pared
oblicua 6 incluida en un separador, cuyo propósito es recolectar
partículas sólidas que caen desde los gases de combustión y son
devueltas a la cámara de combustión. Después de que los gases de
combustión hayan pasado los dispositivos recalentadores 5, se
enfrían en uno o varios denominados economizadores 5' y pasan además
a través de un precalentador de aire 5'' para emitirse finalmente
por la chimenea 2 (normalmente después de que primero hayan
penetrado a través de uno o varios filtros, no mostrados).
En la figura 1, la referencia numérica 7 designa
un dispositivo que emite luz y recibe luz que está comprendido en la
disposición según la invención. Como puede verse más claramente en
la figura 1, este dispositivo 7 se sitúa en la proximidad inmediata
de un dispositivo recalentador 5, es decir el dispositivo
recalentador que primero se pone en contacto con los gases de
combustión que pasan.
Se hace ahora referencia a la figura 2, que
ilustra cómo el dispositivo 7 comprende una unidad que emite luz 7'
que está montada en una de las dos paredes opuestas 8 que delimitan
el conducto de gas de combustión 4 y una unidad que recibe luz 7''
situada en la pared opuesta. Como fuente de radiación en la unidad
de emisión 7' se usa de forma ventajosa una bombilla de xenón 9, que
tiene la capacidad de emitir luz ultravioleta con un amplio espectro
de longitud de onda dentro del intervalo de aproximadamente 200 nm -
3 \mum. De modo alternativo, puede también usarse una bombilla de
deuterio para el mismo propósito. La luz de la bombilla se colima,
por ejemplo, a través de una lente, pasando después a través de los
gases de combustión en el conducto 4 como un haz de luz 11 y aún más
lejos en la unidad de recepción 7'', donde la luz es enfocada en una
fibra óptica 12. Esta fibra óptica lleva la luz a un espectrómetro
designado 13 en su totalidad, en el que se analiza la intensidad de
la luz como una función de la longitud de onda de la luz. Un
ordenador 14 funciona con el espectrómetro. En el espectrómetro se
incluye una unidad que separa longitudes de onda 15, cuyo propósito
es separar las diferentes longitudes de onda de la luz entrante, de
modo que puede medirse la intensidad de diferentes longitudes de
onda con un detector no selectivo de longitud de onda 15'. En la
práctica, la unidad que separa longitudes de onda puede constar de
un monocromador o un espectrógrafo. El monocromador deja a su paso
sólo una estrecha banda de onda de la luz entrante y puede
utilizarse como un elemento que separa longitudes de onda, por
ejemplo, una rejilla, un prisma o un filtro de paso de banda óptica.
El espectrógrafo proyecta una banda continua de longitudes de onda
dentro de un intervalo dado de longitudes de onda en su plano focal
donde está montado el detector. Una rejilla, un prisma o un
denominado "interferómetro de Michaelson" pueden usarse como
elemento de separación de longitudes de onda en el
espectrógrafo.
Para el espectrógrafo se usa normalmente un
detector multicanal, por ejemplo, un detector por ordenación de
fotodiodos (PDA), o un detector de un canal ampliado, por ejemplo,
un fotomultiplicador, en combinación con una ranura delgada que se
mueve secuencialmente sobre la superficie del detector y está
montada de modo que coincide con el plano focal del espectrógrafo.
Desde un punto de vista práctico, esta ranura puede disponerse
radialmente en un disco rotatorio según la forma de realización
descrita en Platt y Perner, 1983 (Platt U. & Perner P.,
"Optical and laser remote sensing", eds. Killinger, DK y
Mooradian, A., "Springer ser". Optical Sci. 39, 97, 1983). La
ordenación de fotodiodos consiste en una fila de fotodiodos
(compárese con una cámara) que mide simultáneamente la distribución
de intensidad de la luz sobre la superficie de la ordenación,
leyéndose después este espectro electrónicamente tras un cierto
tiempo de exposición. Se usa normalmente un detector de luz de un
canal, en combinación con un monocromador, por ejemplo un
fotodiodo.
En la forma de realización según la figura 2, se
usa un espectrógrafo en combinación con una ordenación de
fotodiodos, lo que es una forma de realización ventajosa. La
invención puede también realizarse utilizando la técnica del
monocromador, pero en este caso se necesitarían al menos dos
monocromadores, que se ajustan a diferentes longitudes de onda para
hacer el sistema de medición específico para los componentes
gaseosos buscados, por ejemplo, cloruros de metal alcalino y que no
estén influenciados por la amortiguación de bandas anchas de la
luz.
La señal desde el fotodetector se lee por medio
de una tarjeta para medir de PC hecha especialmente y software para
PC-Windows, que está adaptado especialmente para el
propósito, que evalúa el espectro integrado.
La evaluación de los espectros de medición
registrados en el software del ordenador tiene lugar según los
principios propuestos en el artículo anteriormente mencionado de
Platt y Perner, 1983. Según los algoritmos dados en este artículo,
los datos cuantitativos se calculan para los componentes gaseosos
buscados a partir de la información del espectro por espectros
medidos en relación a espectros de referencia para diferentes
componentes gaseosos mediante análisis multivariable. Estos cálculos
pueden llevarse a cabo continuamente en el ordenador (tiempo de
cálculo < 2 s), lo que permite una presentación en línea de los
datos de medición, por ejemplo, en una pantalla 16 y actualización
de señales externas análogas en una tarjeta D/A en el ordenador.
Entre expertos, la técnica de medición
anteriormente descrita se denomina técnica DOAS (espectroscopia de
absorción óptica diferencial). Esta técnica se describe también, en
términos generales, en el documento SE 8.502.946-0
mencionado previamente.
La presente invención se basa en la idea de que
la técnica DOAS puede utilizarse específicamente para medir la
concentración de metales gaseosos y/o cloruros metálicos y en
particular cloruros de metal alcalino (tanto cloruro potásico como
cloruro sódico) en los gases de combustión. Más específicamente,
esto se realiza calibrando el espectrómetro 13 para el registro de
distribución de intensidad espectral de la luz dentro del intervalo
de longitudes de onda de 200 - 310 nm. Para este propósito, se usa
un equipo calibrador del tipo mostrado en la figura 3. Este equipo
comprende un horno 17, en el que puede situarse una cubeta de gas 18
con dos ventanas de cuarzo 19, cubeta a la cual el gas puede ser
conducido desde una fuente 20 mediante un conducto de suministro 21
y evacuado mediante un conducto de evacuación 22. Las unidades que
emiten luz y que reciben luz, respectivamente, 7', 7'', se sitúan en
ambos lados del horno, de modo que el haz de luz 11 pueda pasar a
través de la cubeta, de modo más preciso, por su ventana 19. El
horno está regulado a una cierta temperatura, preferentemente una
temperatura a la que se lleva a cabo poco después la medición de gas
en el espacio 4. El gas de una composición dada que contiene el
componente gaseoso, por ejemplo, cloruro potásico o cloruro sódico,
que se busca medir en el conducto de gas de combustión 4, se
dosifica desde la fuente de gas 20 mediante una válvula de control
23 que mantiene el flujo de gas constante y además a través de la
cubeta de gas 18. En el caso en que se mida cloruro potásico o
cloruro sódico, se sitúa una sal del compuesto respectivo en una
cuchara 24, que se introduce en el conducto de entrada 21 a la
cubeta. Ajustando la temperatura del horno, se obtienen diferentes
presiones de vapor sobre la sal y vapores de cloruro metálico
alcalino con una presión parcial dada saldrán a través de la cubeta
de medición. Cuando la concentración de gas del componente gaseoso
en cuestión (y otros posibles componentes gaseosos que tengan
absorción de luz en el intervalo de longitud de onda que debería
utilizarse para medir) se ha estabilizado, entonces el espectro de
absorción del componente se mide y almacena según el mismo principio
de medición regular en el conducto de gas de combustión 4. Aquí, se
obtiene un espectro de referencia que se usa como base para la
evaluación del espectro automática que tiene lugar después, cuando
se mide la concentración de gas desconocido en el conducto de gas de
combustión.
La estructura espectral de KCl y NaCl tiene tal
banda ancha (en el intervalo de 230 - 280 nm) y se localiza en una
longitud de onda tal que puede usarse un tipo de espectrómetro
sencillo y económico para llevar a cabo la medición. De modo más
preciso, puede usarse ventajosamente un moderno tipo de
miniespectrómetro económico que se base en el uso anteriormente
mencionado de una ordenación de diodos (detector semiconductor)
integrado en el banco de óptica.
Aunque es de considerable valor en sí, sólo
siendo capaz de detectar la concentración in situ de cloruros
de metal alcalino gaseosos en los humos, más específicamente
continuamente durante el funcionamiento del equipo, es
particularmente interesante utilizar datos registrados para
controlar el curso de la combustión del carburante. La figura 4
ilustra, esquemáticamente, un equipo en que se ha realizado esta
posibilidad. En este caso, se ejemplificó una forma de realización
alternativa de un equipo combinado de potencia y calor, en el que la
caldera 1 del equipo funciona con un separador de ciclón 25 que
está instalado entre el espacio de combustión 3 y el conducto de gas
de combustión 4 en el que se monta un número de dispositivos
recalentadores 5 (en este ejemplo, la chimenea del equipo se ha
omitido debido a razones técnicas y de espacio). En la práctica,
este tipo de caldera se denomina CFB (= "lecho fluidificado
circulante"). También se incluye en este equipo al menos un
economizador 5' y un precalentador de aire 5''. De modo similar a la
disposición para medir gas según las figuras 1 a 3, la disposición
según la figura 4 comprende una unidad de emisión de luz 7' y una
unidad de recepción de luz 7'' que mediante una fibra óptica 12 se
conectan a un espectrómetro 13 y un ordenador 14 que funciona con
él. Mediante un cable 26, se puede enviar una señal de salida desde
el ordenador a una unidad de control central designada 27, pudiendo
controlarse por medio de diferentes parámetros, que determinan el
curso de la combustión.
Junto al espacio de la caldera en el que tiene
lugar el fuego 3, se muestra un cañón de chimenea de alimentación de
carburante 28, al que puede llegar el carburante por medio de un
alimentador de carburante adecuado, que se indica esquemáticamente
en forma de una cinta transportadora 29. Sobre la cinta
transportadora se muestra un número de contenedores 30, 31, 32,
comprendiendo cada uno un medio de alimentación de carburante 33,
por ejemplo, en forma de un tornillo de alimentación. En los dos
primeros contenedores 30, 31, pueden guardarse dos tipos de
carburante diferentes, por ejemplo biocombustible y desperdicios que
pueden quemarse, respectivamente. En el tercer contenedor 32 se
almacena un material que reduce cloro, que, cuando se necesite,
pueda suministrarse al carburante o a la mezcla de carburantes de la
cámara de combustión. Además, el material en el contenedor 32
constituye un aditivo, cuyo propósito principal es reducir la
cantidad de cloruros de metal alcalino en los gases de combustión.
En la práctica, esta sustancia puede constar de azufre o un material
que contenga azufre, aunque también es posible usar minerales, tales
como caolinita. El funcionamiento de los tres dispositivos de
alimentación puede controlarse individualmente por medio de
dispositivos de control por separado 34 que están conectados a la
unidad de control central 27. Por medio de estos dispositivos de
control, los dispositivos de alimentación 33 pueden, por un lado,
activarse o inactivarse para iniciar o finalizar la entrada del
material en cuestión en la cinta transportadora 29 y, por otro
lado, controlar la velocidad de trabajo del dispositivo de
alimentación y, de ese modo, la cantidad del material respectivo que
entra en el transportador por unidad de tiempo.
El denominado registro de aire está también en
un grado de determinación alto para el curso del procedimiento de
combustión, cuyo registro se incluye de modo convencional en los
equipos de combustión del tipo en cuestión. En la práctica, tales
registros de aire pueden comprender diversas entradas de aire
consecutivas en la caldera. Sin embargo, en el ejemplo sólo se
muestran dos de tales entradas, concretamente una primera entrada 35
para aire principal a la parte inferior de la cámara de combustión y
una entrada 36 para aire secundario, que está situada aguas abajo
de la entrada de carburante 28. Un ventilador central 37 puede,
mediante conductos 38, 39, suministrar aire a las entradas 35, 36,
más precisamente mediante ventiladores 40, 41 en los conductos 38,
39. El funcionamiento de estos ventiladores 40, 41 puede controlarse
por medio de medios de control separados 42, 43, que por turnos se
controlan por la unidad de control central 27. Dependiendo de los
datos de medición en cuestión considerando la existencia y
concentración, respectivamente, de cloruros de metal alcalino en
los gases de combustión, puede además regularse el suministro de
aire al interior de la caldera, más precisamente para reducir la
cantidad de cloruros de metal alcalino en la región de las
disposiciones recalentadoras a la mayor extensión posible. En este
contexto, debería señalarse que la relación entre el ajuste de los
registros de aire y el contenido de cloruros de metal alcalino varía
de un equipo a otro, dependiendo del diseño y el principio de
combustión de la caldera.
Inicialmente, la presente invención se basa en
la idea de que los cloruros metálicos pueden analizarse por espectro
con luz ultravioleta a altas temperaturas. Situando las unidades de
emisión de luz y recepción de luz del dispositivo de medición
descrito en la proximidad inmediata del(de los)
dispositivo(s) recalentador(es) que se
somete(n) a corrosión y donde la temperatura de los gases de
combustión está dentro del intervalo de 600 a 1400ºC, la existencia
y concentración de cloruros metálicos alcalinos puede establecerse
in situ, específicamente en ese lugar, donde es crítica la
existencia de cloruros, concretamente inmediatamente antes de que
alcancen las superficies de los tubos del recalentador y reaccionen
con azufre bajo la formación de sulfato metálico alcalino y cloro
libre. Esto sería de considerable importancia hasta cierto punto si
las muestras de gas se tomaran por análisis extractivo, o si
tuvieran lugar las mediciones aguas abajo de los dispositivos
recalentadores, donde la temperatura del gas de combustión es
inferior, teniendo entonces los cloruros muy reactivos el tiempo
para condensarse y/o reaccionar con otros compuestos y, de ese modo,
sería posible medirlos de un modo apropiado. Además, la medición
podría perder su importancia por completo si los cloruros se
hubieran condensado. Debería destacarse también que tampoco es
conveniente medir el contenido de cloruro antes en el procedimiento,
es decir, en la cámara de combustión, en la que reaccionan los
cloruros a su manera hacia el dispositivo recalentador. Además, es
de gran importancia que la medición de la concentración de cloruro
metálico alcalino en los gases de combustión del equipo tenga lugar
fundamentalmente de manera continua. Es cierto que es posible hacer
intermitentemente mediciones individuales, hasta cierto punto en que
se limite el tiempo entre ocasiones de medición recurrentes
permitidos. Sin embargo, haciendo estos límites cortos, por ejemplo
dentro del intervalo de 10 a 60 segundos, se asegura una medición
continua fundamentalmente de la existencia y concentración de los
cloruros que inician la corrosión. Por otra parte, utilizando los
datos de medición obtenidos de forma continua en relación a la
concentración de cloruro en los gases de combustión, según la forma
de realización preferente de la invención, para controlar el
procedimiento de combustión, se obtiene un medio efectivo durante el
funcionamiento práctico para contrarrestar los ataques de corrosión
en los tubos recalentadores. Controlando los diferentes parámetros
que determinan el curso de la combustión y las cantidades de cloruro
metálico alcalino desarrolladas en los gases puede llevarse a cabo
de diferentes maneras. Un modo efectivo es, como se describe
anteriormente junto con la figura 4, añadir un reactivo reductor de
cloro, por ejemplo, en forma de azufre o un material que contenga
azufre.
Mediante suministro moderado, si bien es cierto
que de cantidades eficaces de azufre al carburante, se consigue
durante el procedimiento de combustión una reacción entre el azufre
y los cloruros metálicos alcalinos, formándose , de ese modo, entre
otras cosas, ácido clorhídrico, lo que supone que no se desarrolla
cloro libre en la región de los dispositivos recalentadores. Al
menos, las cantidades de cloro se reducen en esta región a un mínimo
absoluto. Otro modo es alterando la composición de la mezcla de
carburante, por ejemplo, reduciendo el(los)
componente(s) que se producen para dar lugar a contenidos
altos de cloruros metálicos alcalinos. Junto con estas mediciones,
puede también ajustarse el registro de aire para minimizar la
cantidad de cloruros reactivos en la región de los tubos
recalentadores.
La disposición según la invención puede
utilizarse también para medir la existencia y concentración de
dióxido de azufre (SO_{2}) dentro del intervalo de longitudes de
onda dado (200 a 310 nanómetros), más específicamente para evitar o
contrarrestar la sobredosificación de aditivos de azufre o
carburantes que contengan azufre, respectivamente, o de manera
alternativa, contrarrestar la toma de otras mediciones vigentes que
pueden aumentar el contenido de SO_{2} en el conducto de gas de
combustión a valores aguas arriba de los límites estipulados.
Debería mencionarse también que la invención puede usarse para medir
la concentración de otros cloruros metálicos gaseosos como cloruros
potásico y sódico, por ejemplo cloruros de metales pesados, tales
como cinc y cloruro de plomo, respectivamente, teniendo estos
también una absorción de luz característica dentro del intervalo de
longitudes de onda de 200 a 310 nanómetros. Dentro del ámbito de la
invención, es también posible medir la concentración de metales
gaseosos en forma elemental, por ejemplo, cinc elemental. Se prevé
que formas existentes diferentes de cinc y plomo están presentes
especialmente de manera frecuente en la combustión de carburantes
relacionados con desperdicios. Los cloruros de cinc y plomo pueden
formar depósitos de cenizas de un punto de fusión relativamente
bajo, por ejemplo, 300ºC, en el dispositivo del tubo de
transferencia de calor; esto aumenta la corrosión así como el
crecimiento del depósito. En particular, pueden formar depósitos en
los tubos que forman parte de un economizador. Instalando un
dispositivo de medición según la invención en la proximidad de este
tipo de dispositivos que contienen el tubo, la concentración de
estas sustancias puede medirse de modo apropiado, pudiéndose
utilizar después los resultados de la medición para hacer mediciones
para reducir la cantidad de sustancias nocivas, por ejemplo,
alterando la composición del carburante.
En este contexto, puede mencionarse también que
expertos en el campo en cuestión avalan la teoría de que una posible
existencia de dioxinas en los humos es dependiente de la cantidad de
cloruros metálicos alcalinos. Por lo tanto, dentro del ámbito de la
invención, es posible utilizar la disposición de medición descrita
para medir, concretamente estableciendo la concentración de cloruros
metálicos alcalinos, indirectamente la existencia y concentración de
dioxinas que son peligrosas para el medio ambiente.
Debería mencionarse también que la invención
puede aplicarse independientemente de si el equipo de producción de
calor comprende dispositivos recalentadores o no. Además, la
invención puede, como se esbozó anteriormente, utilizarse
exclusivamente para mediciones junto con un economizador o un
precalentador de aire.
Aunque la invención se ha ilustrado en los
dibujos junto con dos tipos convencionales de equipos combinados de
potencia y calor, es decir, equipos con calderas de lecho
fluidificado de los tipos BFB y CFB, respectivamente, es también
aplicable en otros tipos de equipos de combustión, por ejemplo, de
modo que se usa la técnica de combustión en parrilla o quemadores
para quemar carburantes pulverizados.
Claims (6)
1. Un procedimiento para medir, mediante
espectrofotometría, la concentración de gases nocivos en los gases
de combustión a través de un equipo de producción de calor del tipo
que comprende un primer espacio (3) para la combustión de un
carburante, un dispositivo (5) situado en un segundo espacio (4)
localizado aguas abajo del espacio de combustión, comprendiendo
dicho dispositivo (5) en el segundo espacio tubos a través de los
que un medio, tal como agua, aire o vapor, puede pasar para
calentarse por transferencia de calor desde los gases de combustión
formados durante la combustión y una chimenea (2) localizada aguas
debajo de dicho dispositivo de tubo (5) para dejar salir los gases
de combustión desde el equipo, en el que en una región cercana a
dicho dispositivo de tubo (5), al menos se envía un haz (11) de luz
ultravioleta desde un emisor de luz (7') en un lado de dicho
segundo espacio (4) a un receptor de luz (7'') localizado en el lado
opuesto de dicho segundo espacio (4), cuyo receptor de luz se
conecta a un espectrómetro (13) que funciona con un ordenador (14),
en cuyo espectrómetro se divide la luz espectralmente y en que el
espectrómetro (13) se calibra para que registre la distribución de
intensidad espectral de la luz dentro del intervalo de longitudes de
onda de 200 a 310 nanómetros, para detectar fundamentalmente de
manera continua in situ la concentración de metales gaseosos
y/o cloruros metálicos en los gases de combustión durante el
funcionamiento del equipo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los datos registrados en relación con la
concentración de metales y/o cloruros metálicos en los gases de
combustión se utilizan para controlar el curso de la combustión del
carburante, más específicamente mediante una señal externa desde el
ordenador (14) a una unidad de control (27) conectada a uno o varios
dispositivos incluidos en el equipo para alimentar de carburante y/o
suministrar aire a diferentes registros de aire.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la unidad de control (27), cuando se
requiere, se acerca para controlar un dispositivo de alimentación
(33) para introducir un material que reduce cloruro metálico en el
espacio de combustión.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el material que contiene azufre se
introduce en el carburante para reducir la cantidad de cloruros de
metal alcalino en la región de dicho dispositivo de tubo.
5. Un dispositivo para medir, mediante
espectrofotometría, la concentración de gases nocivos en los gases
de combustión a través de un equipo de producción de calor del tipo
que comprende un primer espacio (3) para la combustión de un
carburante, un dispositivo (5) situado en un segundo espacio (4)
localizado aguas abajo del espacio de combustión, comprendiendo
dicho dispositivo (5) en el segundo espacio tubos a través de los
que un medio, tal como agua, aire o vapor, puede pasar para
calentarse por transferencia de calor desde los gases de combustión
formados durante la combustión y una chimenea (2) localizada aguas
debajo de dicho dispositivo de tubo (5) para dejar salir los gases
de combustión desde el equipo, en el que en una región cercana a
dicho dispositivo de tubo (5), a un lado de dicho segundo espacio
(4) se proporciona un emisor de luz (7') con el propósito de emitir
al menos un haz (11) de luz ultravioleta a un receptor de luz (7'')
localizado en el lado opuesto de dicho segundo espacio, receptor de
luz que se conecta a un espectrómetro (13) que funciona con un
ordenador (14), en cuyo espectrómetro se divide espectralmente la
luz recibida y el espectrómetro (13) se calibra para que registre la
distribución de intensidad espectral de la luz dentro del intervalo
de longitudes de onda de 200 a 310 nanómetros, para detectar
fundamentalmente de manera continua in situ la concentración
de metales gaseosos y/o cloruros metálicos en los gases de
combustión durante el funcionamiento del equipo.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque el espectrómetro (13) consta de un
espectrómetro en miniatura basado en una ordenación de diodos.
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