ES2287109T3 - Procedimiento y dispositivo para la combustion de combustible solido. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para convertir mediante incineración la energía que consta en el residuo sólido en otro portador de energía, donde la incineradora comprende una cámara de combustión principal y al menos una cámara de combustión adicional en que la cámara de combustión principal incinera el residuo sólido mientras que al menos una cámara de combustión adicional finaliza el proceso de combustión mediante la combustión de los gases de combustión que salen de la cámara de combustión principal, caracterizado por el hecho de - que los flujos de oxígeno en la cámara de combustión principal y en al menos una cámara de combustión adicional son controlados estrictamente por separado para regular el flujo de aire fresco en cada cámara de combustión en al menos una zona regulada por separado y asegurando que las cámaras enteras de combustión se gasean rigurosamente de la atmósfera que las rodean para eliminar la penetración de aire falso en las cámaras, - que las temperaturas en la cámara de combustión principal y en al menos una cámara de combustión adicional son estrictamente controladas, para la regulación del flujo de oxígeno, mediante la adición de una cantidad regulada de gas de escape reciclado con el aire fresco que se conduce en cada una de las cámaras en cada una de la al menos unas zonas reguladas por separado, - que los gases que dejan la zona de combustión en la cámara de combustión principal se conduzcan a través de al menos una parte del contenido de residuo sólido de la cámara de combustión principal antes de que los gases salgan de la cámara de combustión principal, y - que los gases de escape y los gases de combustión sin quemar procedentes de la zona de combustión se filtren antes de entrar los gases en la al menos una cámara de combustión adicional mediante su envío a contra corriente a través de al menos una parte del residuo sólido sin quemar en el interior de la cámara de combustión principal.
Description
Procedimiento y dispositivo para la combustión
de combustible sólido.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un dispositivo para transformar la energía mediante
la combustión de un combustible sólido, especialmente la
incineración de combustibles bioorgánicos y de residuos sólidos
urbanos para producir energía térmica y que funciona con muy bajos
niveles de NO_{X}, CO y cenizas volantes.
La forma industrializada de vivir produce
cantidades enormes de residuos urbanos sólidos y otras formas de
residuo sólido tales como, por ejemplo, neumáticos de goma,
materiales de la construcción, etc. Las inmensas cantidades de
estos residuos sólidos se han convertido en muchas zonas altamente
pobladas en un problema de contaminación muy importante debido a su
volumen que ha consumido partes muy importantes de la capacidad de
sedimentación disponible en la zona. Además, existen a menudo
fuertes restricciones en los lugares de deposición ya que la parte
más importante de este residuo es sólo lentamente biodegradable y a
menudo contiene sustancias tóxicas.
Una forma muy efectiva de reducir el volumen y
el peso de los residuos urbanos sólidos, y que además puede
destruir muchas sustancias sólidas, es quemarlo en incineradoras.
Esto puede reducir el volumen del residuo no compactado hasta el
90% dejando un residuo inerte de ceniza, vidrio, metal y otros
materiales sólidos denominados cenizas de fondo de horno que se
pueden depositar en un vertedero. Si el proceso de combustión se
controla con cuidado, la parte combustible del residuo se
transformará principalmente en CO_{2}, H_{2}O y calor.
Los residuos urbanos son una mezcla de muchos
materiales diferentes con una amplia variedad de propiedades de
combustión. Por lo tanto, en la práctica habrá siempre algún grado
de combustión incompleta implicado en las incineradoras de residuo
sólido que producen subproductos gaseosos tales como por ejemplo CO
y material de partículas finamente dividido denominado ceniza
volante. La ceniza volante incluye la carbonilla, el polvo y el
hollín. Además, también existen dificultades para controlar de una
forma cuidadosa la temperatura en la incineradora para que tenga
una temperatura lo suficientemente alta para conseguir un grado
aceptable de combustión del residuo, pero lo suficientemente baja
como para evitar la formación de NO_{X}.
Para evitar que estos compuestos alcancen la
atmósfera, las incineradoras modernas se deben equipar con extensos
dispositivos de control de emisiones que incluyen filtros con
manguera y bolsa de tela, lavadores de gas ácido, precipitadores
electrostáticos, etc.. Estos dispositivos de control de emisiones
introducen considerables costes adicionales al proceso, y como
resultado, las incineradoras de residuo con el estado de la técnica
del control de la emisión son normalmente ampliadas hasta
capacidades de distribución de 30 a 300 MW de energía térmica en
forma de agua caliente o vapor. Dichas enormes plantas requieren
cantidades muy grandes de residuos urbanos (o de otros
combustibles) y también incluyen a menudo conductos muy extensos
para distribuir la energía térmica a los numerosos clientes que se
extienden por una amplia zona. De este modo esta solución le
conviene solamente a ciudades muy importantes y a grandes zonas
fuertemente pobladas.
Para plantas más pequeñas, no ha sido posible
obtener actualmente el mismo grado de control de las emisiones
debido a la inversión y a los costes de funcionamiento de los
dispositivos de control de emisiones. Actualmente, ello ha dado como
resultado unos derechos de emisión más generosos para las plantas
de incineración de residuo más pequeñas que producen menos de 30 MW
de energía térmica y de este modo se puedan emplear en ciudades y
zonas de población más pequeñas.
Ello no es obviamente una solución
ecológicamente satisfactoria. El constante crecimiento de la
población y del consumo de energía de la sociedad moderna provoca
una presión de la contaminación cada vez mayor en el medio
ambiente. Uno de los problemas más inmediatos de la contaminación en
zonas densamente pobladas es la calidad del aire. Debido a la
extensa utilización del tráfico motorizado, la calefacción mediante
madera y combustibles fósiles, la industria, etc., el aire en las
zonas densamente pobladas está a menudo contaminado por zonas por
pequeñas partículas de restos cancerígenos parcialmente o totalmente
sin quemar de combustibles tales como el hollín, HAP; gases ácidos
tales como el NO_{X}, el SO_{2}; compuestos tóxicos tales como
el CO, la dioxina, el ozono, etc.. Uno recientemente se ha dado
cuenta de que este tipo de contaminación del aire tiene un impacto
más grande en la salud humana de lo que se asumió con anterioridad,
y que conduce a muchas enfermedades comunes que incluyen el cáncer,
las enfermedades auto inmunitarias y las enfermedades
respiratorias. Las últimas valoraciones para la ciudad de Oslo, con
una población aproximada de 500.000, es que 400 personas morirán
cada año debido a las enfermedades que se pueden relacionar por la
mala calidad del aire, y la frecuencia de, por ejemplo, el asma es
significativamente más grande en zonas densamente pobladas que en
zonas apenas pobladas. Como consecuencia de este conocimiento, se
están aumentando las exigencias para disminuir los derechos de
emisión de los compuestos mencionados anteriormente.
De este modo existe la necesidad de
incineradoras de residuo que puedan funcionar con volúmenes de
residuo más pequeños producidos por comunidades y zonas de población
más pequeñas con el mismo nivel de control de emisiones que las
incineradoras más grandes (> 30 MW) con plena capacidad de
depuración, y sin incrementar el precio de la energía térmica. Las
dimensiones típicas de las plantas más pequeñas están en el rango
desde los 250 kW hasta los 5 MW.
La mayoría de las incineradoras emplean dos
cámaras de combustión, una cámara de combustión principal donde se
elimina la humedad y el residuo se enciende y se volatiliza, y una
segunda cámara de combustión donde se oxidan los gases sin quemar
que quedan y las partículas, eliminando los olores y reduciendo la
cantidad de cenizas volantes en el escape. Para suministrar
suficiente oxígeno para ambas cámaras de combustión principal y
secundaria, el aire se suministra y se mezcla con el desecho quemado
a través de aberturas bajo las parrillas y/o se deja entrar al área
desde arriba. Existen conocidas soluciones donde se mantiene la
corriente de aire mediante tiro natural en las chimeneas y mediante
ventiladores mecánicos de tiro forzado.
Es bien conocido que las condiciones de
temperatura en la zona de combustión es el primer factor para
gobernar el proceso de combustión. Es fundamental para obtener una
temperatura estable y uniforme en toda la zona de combustión en un
nivel bastante alto. Si la temperatura se vuelve demasiado baja, se
reducirá la combustión del residuo y aumentará el grado de
combustión incompleta que de nuevo aumenta los niveles de restos sin
quemar (CO, HAP, COV, hollín, dioxina, etc.) en los gases de escape,
mientras que una temperatura demasiado alta aumentará la cantidad de
NO_{X}. De este modo, la temperatura en la zona de combustión se
debería mantener a una temperatura uniforme y estable justo por
debajo de los 1200ºC.
A pesar de las numerosas pruebas extensivas para
conseguir un buen control del flujo de aire en las zonas de
combustión, el estado de la técnica de las incineradoras produce
todavía niveles lo suficientemente altos de ceniza volante y de los
otros contaminantes mencionados anteriormente por lo que el escape
se debe someter a un amplio depurado mediante diversos tipos de
dispositivos de control de emisiones para alcanzar niveles
medioambientalmente aceptables. Además, la mayor parte de las
incineradoras convencionales pueden también emplear caros
pretratamientos del com-
bustible residual para mejorar el combustible y de este modo reducir la formación de, por ejemplo, la ceniza volante.
bustible residual para mejorar el combustible y de este modo reducir la formación de, por ejemplo, la ceniza volante.
La Patente WO 96/24804 describe un proceso
mejorado de incineración de ciclo cerrado. La Patente GB 1 535 330
describe un procedimiento y un horno para combustible carbonoso
comburente.
El objeto principal de la presente invención es
suministrar una planta de conversión de energía para residuo sólido
que funciona bien por debajo de las reglamentaciones de emisiones,
válida para incineradoras más grandes de 30 MW con la única
utilización de dispositivos de control de emisiones moderados en la
salida de escape.
Es también un objetivo de la presente invención
suministrar una planta de conversión de energía para residuos
urbanos sólidos que funciona en un proceso continuo a pequeña
escala, en el rango desde los 250 kW hasta los 5 MW y que pueden
producir energía térmica en forma de agua caliente y/o vapor al
mismo nivel de precios que las grandes incineradoras por encima de
30 MW.
Un objetivo más de la presente invención para
suministrar una planta de conversión de energía para residuo sólido
que puede funcionar a pequeña escala en el rango desde los 250 kW
hasta los 5 MW y emplear toda clase de residuos urbanos sólidos,
residuo de goma, residuo de papel, etc., con contenidos de agua
hasta del 60%, y que puede funcionar con un pretratamiento del
combustible muy sencillo y barato.
Además, la presente invención tiene el fin de
suministrar un procedimiento mejorado para transformar mediante
incineración la energía contenida en el residuo sólido.
La Figura 1 muestra una realización preferida de
una planta incineradora según la presente invención, vista en
perspectiva desde arriba.
La Figura 2 muestra un diagrama esquemático de
la planta incineradora mostrada en la Figura 1.
La Figura 3 muestra un dibujo agrandado de la
cámara de combustión principal de la planta incineradora mostrada en
la Figura 1.
La Figura 3 muestra un dibujo agrandado de la
cámara de combustión principal.
La Figura 4 muestra una vista lateral agrandada
de la parte más baja de la cámara de combustión principal vista
desde la dirección A en la Figura 3.
La Figura 5 muestra una vista lateral agrandada
de la parte más baja de la cámara de combustión principal vista
desde la dirección B en la Figura 3.
La Figura 6 muestra una sección transversal
agrandada de la pared lateral inclinada marcada como la caja C en la
Figura 4. La sección transversal es vista desde la dirección A y
muestra una vista agrandada de las entradas para el aire y para el
gas de escape.
La Figura 7 es una vista lateral de la cámara de
combustión secundaria según una realización preferente de la
presente invención deseada para combustible con bajo valor
calorífico.
La Figura 8 es una vista despiezada que muestra
las partes internas de la cámara de combustión secundaria mostrada
en la Figura 7.
La Figura 9 muestra una vista lateral de una
segunda realización preferente de la cámara de combustión secundaria
deseada para combustible con alto valor calorífico.
Los objetivos de la presente invención se pueden
conseguir mediante una planta de conversión de energía según la
reivindicación 11 y el procedimiento definido en la reivindicación
1. Se describen realizaciones preferentes en las
subreivindicaciones. El objetivo de la presente invención se puede
conseguir mediante un convertidor de energía, por ejemplo, una
planta incineradora para combustibles sólidos que funciona según
los siguientes principios:
- 1)
- garantizando un buen control del flujo de oxígeno de la cámara de combustión mediante la regulación del flujo de aire fresco que se conduce a la cámara en al menos una zona separada y mediante el cerramiento de la cámara entera de combustión para eliminar la penetración de aire falso en la cámara.
- 2)
- garantizando un buen control de la temperatura en la cámara de combustión mediante la mezcla de una cantidad regulada de gas de escape reciclado con el aire fresco que se conduce en la cámara en cada una de al menos una zona separada, y
- 3)
- filtrando tanto el gas de escape reciclado como los gases de combustión limpios en el residuo sólido sin quemar en la primera cámara de combustión enviando el residuo sólido sin quemar y los gases en contra corriente antes de entrar los gases en la segunda cámara de combustión.
La velocidad de combustión y las condiciones de
temperatura en la cámara de combustión están en buena parte
controladas por el flujo de oxígeno en el interior de la cámara. Es
por lo tanto fundamental conseguir un control excelente de la
velocidad de inyección, o de la velocidad del flujo de aire o de
aire fresco que se conduce en la cámara de combustión por todos los
puntos de inyección. Es también una ventaja ser capaz de regular
los puntos de inyección independientemente uno de otro para
encontrar las fluctuaciones localizadas en el proceso de
combustión. Es igualmente fundamental evitar la penetración de aire
falso en la cámara ya que el aire falso origina una contribución
incontrolada al proceso de combustión, y normalmente conducirá a una
combustión menos completa y de este modo un aumento de
contaminantes en los gases de escape. La penetración de aire falso
es un problema corriente y serio en la técnica anterior. En la
presente invención el control con aire falso se soluciona mediante
el cerramiento de la cámara entera de combustión frente a la
atmósfera que la envuelve y lavando por arrastre el residuo sólido
en la parte superior de la cámara de combustión y en el fondo la
ceniza de la parte de abajo de la cámara de combustión.
En las incinerados convencionales se encuentra a
menudo que cuando es bajo el contenido de CO en el gas de escape,
es alto el contenido de NO_{X}, y viceversa, cuando es bajo el
contenido de NO_{X}, es alto el contenido de CO. Esto refleja las
dificultades encontradas en la regulación de las temperaturas de
las zonas de combustión en las incineradoras convencionales. Tal y
como se ha mencionado, las temperaturas de combustión demasiado
bajas conducen a un grado menor de la combustión completa y
contenidos de CO más grandes en los gases de escape, mientras que
las temperaturas de combustión demasiado altas conducen a la
producción de NO_{X}. De este modo cuando se controla la
temperatura mediante la regulación justa de la cantidad de oxígeno
(aire) que entra en la zona de combustión, se ha comprobado la
dificultad de obtener un control de temperatura adecuado y
simultáneo de tanto las áreas adyacentes a las entradas de oxígeno
como en la zona principal de combustión. Es decir, es difícil de
obtener tanto una temperatura suficientemente baja en el área
adyacente a las entradas de oxígeno para evitar la formación de
NO_{X} como una temperatura suficientemente alta (esto es, la
velocidad de combustión) en las áreas principales para evitar la
formación de CO. En la técnica anterior, la temperatura de las áreas
de entrada será en la práctica demasiado alta si la temperatura del
área principal es la adecuada, y si la temperatura de las áreas de
entrada es la adecuada, vuelve a bajar la temperatura del área
principal. Este problema se soluciona mediante la presente
invención por la adición de gas de escape inerte reciclado que
funciona parcialmente como un fluido de refrigeración y
parcialmente como un diluyente que reduce la concentración de
oxígeno en la cámara de combustión. De este modo vuelve a ser
posible mantener una velocidad de suministro de oxígeno
suficientemente alta para mantener una temperatura suficientemente
alta en el área principal sin sobrecalentar las zonas de entrada.
Esto proporciona otra ventaja ya que la adición del gas de escape
reciclado y del aire fresco en las zonas de combustión hace posible
mantener una velocidad de combustión completa rápida, esto es, una
gran capacidad de incineración sin peligro de sobrecalentamiento de
la zona de combustión.
Un problema corriente de las incineradoras es
que el flujo de aire en el interior de la cámara de combustión es a
menudo suficientemente rápido para arrastrar y transportar grandes
cantidades de materia de partícula tales como ceniza volante y
polvo. Esto conduce, tal y como se ha mencionado, a un contenido
inaceptablemente alto de ceniza volante y de polvo en el flujo de
gas en toda la planta incineradora y hace necesario instalar un
amplio equipamiento de depuración en la salida de escape. El
problema con la ceniza volante se reduce/elimina considerablemente
mediante el filtrado de la salida de humos y de los gases de
combustión sin quemar en la primera zona de combustión enviándolos
a contra corriente a través de al menos una porción del residuo
sólido sin quemar en el interior de la cámara de combustión
principal. Esto elimina una gran porción de la ceniza volante y de
otras partículas sólidas arrastradas en el gas que sale de la
primera cámara de combustión, y de este modo desde todas las cámaras
de combustión posteriores de la planta incineradora, y por lo tanto
se reducirá/eliminará mucho la necesidad de depurar los gases de
escape. Esto constituye una solución muy eficiente y barata del
problema con la ceniza volante y con los otros materiales de
partícula sólida en el escape de las incineradoras.
Otra ventaja es que desde que la mayoría de la
ceniza volante es retenida en la cámara principal, la planta puede
funcionar con menos estrictas exigencias para el pretratamiento del
residuo sólido. Las incineradoras de la técnica anterior han
encontrado a menudo el problema de la ceniza volante por los
esfuerzos para producir menos ceniza volante mediante el
pretratamiento y/o la mejora del residuo mediante, por ejemplo,
clasificación, tratamientos químicos, adicionando combustibles
hidrocarburos, peletización, etc.. Para las incineradoras según la
presente invención, todas estas medidas no se necesitan. De este
modo el tratamiento del residuo sólido se puede hacer muy sencillo
y de coste efectivo. Una forma preferida es empaquetar o empacar el
residuo en grandes trozos que se envuelven en una lámina de
plástico tal como una lámina de polietileno (PE). Esto da facilidad
de manejo y unos fardos inodoros que son fáciles de evacuar en la
cámara de combustión.
La presente invención se describirá ahora en más
detalle con referencia a los dibujos adjuntos que muestran una
realización preferida de la invención.
Tal y como se puede observar en las Figuras 1 y
2, la realización preferida de una planta incineradora según la
presente invención comprende una cámara de combustión principal 1,
una cámara de combustión secundaria 30 con un ciclón (no
representado), una caldera 40, un filtro 40, un sistema de conductos
para el reciclado y el transporte del gas de escape, un sistema de
conductos para el suministro de aire fresco, y el medio para el
transporte y la introducción de los fardos de residuo sólido
compactado 80.
El cuerpo principal de la cámara de combustión
principal 1 (ver las Figuras 1 a 3) tiene forma como de un eje
vertical con una sección transversal rectangular. El eje se da con
las dimensiones ligeramente aumentadas en la dirección hacia abajo
para evitar la interferencia del combustible. La parte superior del
eje constituye un ajustado e ignífugo conducto de evacuación de
aire 2 para la introducción del combustible en forma de fardos 80
de residuos urbanos sólidos, y se forma por la separación de una
sección 5 de la parte superior del eje mediante la introducción de
una trampilla 7. La sección 5 formará de este modo una cámara de
evacuación superior limitada por las paredes laterales, la
trampilla superior 6 y la trampilla inferior 7. La cámara de
evacuación 5 está equipada con una entrada 3 y una salida 4 para el
gas de escape reciclado. Además existe una trampilla lateral 8 que
actúa como una salida de seguridad en caso de generaciones de gases
o explosiones incontroladas violentas no planeadas en la cámara de
combustión. El gas de escape reciclado que entra en la entrada 3 se
lleva desde el conducto de escape 50 y se transporta por el conducto
51 (ver la Figura 2). El conducto 51 está equipado con una válvula
52. La salida 4 se conecta a un conducto de by-pass
54 que dirige el gas hacia una unión 66 donde se mezcla con gas de
escape reciclado y aire fresco para ser inyectado en la cámara de
combustión principal. El funcionamiento del conducto de evacuación
de combustible 5 se puede describir como sigue: Primero la
trampilla inferior 7 y las válvulas 52 y 53 están cerradas. Entonces
la trampilla superior 6 se abre y el fardo 80 de residuo sólido
envuelto en una lámina de PE se baja a través de la abertura de la
trampilla superior. El fardo tiene un área de sección transversal
ligeramente menor que el eje (tanto en la cámara de evacuación 5
como en la cámara de combustión 1). Después el fardo 80 se ha
colocado en la cámara de evacuación 5, la trampilla superior 6 se
cierra y las válvulas 82 y 53 se abren (se cierra entonces la
trampilla inferior 7). Entonces el gas de escape reciclado fluirá
en el espacio vacío en la cámara de evacuación y ventilará afuera
el aire fresco que entró en la cámara durante la introducción del
fardo de combustible 80. Finalmente, se abre la trampilla inferior
7 para permitir al fardo de combustible que se deslice hacia abajo
en la cámara de combustión 1 y se cierra la válvula de salida 53 de
forma que el gas de escape reciclado que entra a través de la
entrada 52 se dirige hacia abajo en la cámara de combustión. La
trampilla inferior 7 intentará continuamente cerrar la abertura,
pero está equipada con sensores de presión (no representados) que
detectarán de inmediato la presencia del fardo de residuo en la
abertura y que recuperará la trampilla inferior 7 hasta su posición
abierta. De este modo, una vez el fardo de residuo se haya deslizado
hasta un nivel justo por debajo de la trampilla inferior 7, la
trampilla inferior se cerrará y el proceso de evacuación se puede
repetir. De esta forma, el combustible se evacuará bien y con
cuidado en la cámara de combustión con muy poca alteración del
proceso de combustión ya que la cámara de combustión 1 está en
cualquier momento llena con un montón continuo de combustible, y
con prácticamente el 100% de control del aire falso. Esto reduce al
mínimo la probabilidad de explosiones incontroladas de gas. Sin
embargo, para descomponer las obstrucciones eventuales de residuo
sólido en la cámara de combustión principal, el proceso de
evacuación de combustible se puede retrasar hasta que una cantidad
específica del combustible sólido en la cámara de combustión
principal 1 se queme de forma que se forme un satisfactorio
espacio. Entonces el fardo siguiente caerá sobre puente/obstrucción
y lo romperá abierto. Esto es una solución muy práctica que se puede
llevar a cabo durante la operación completa de la planta dentro de
influencias tolerables del proceso de combustión.
La parte inferior de la cámara de combustión 1
se estrecha por la inclinación de las paredes laterales
longitudinales 9 hacia las demás paredes, dando de este modo a la
parte inferior de la cámara de combustión una forma de V truncada
(ver las Figuras 3 y 4). Un conducto de evacuación de ceniza
cilíndrico 10 longitudinal, horizontal y rotatorio se encuentra en
la parte inferior de la cámara de combustión 1 a una distancia por
encima de la línea de intersección formada por los planos de las
paredes laterales inclinadas 9.
Un miembro triangular longitudinal 12 se sujeta
a la pared lateral inclinada 9 en cada lado del conducto de
evacuación de ceniza cilíndrico 10. Los miembros triangulares 12 y
el conducto de evacuación de ceniza cilíndrico 10 constituirán de
este modo la parte inferior de la cámara de combustión 1 e impedirán
que la ceniza o cualquier otra materia sólida de caer o deslizarse
fuera de la cámara de combustión. Los restos incombustibles de
sólidos (ceniza de la parte de abajo) se acumularán por lo tanto en
el área por encima de de los miembros triangulares 12 y el conducto
de evacuación de ceniza 10. El conducto de evacuación de ceniza
cilíndrica 10 está equipada con un número de ranuras 11 (ver la
Figura 5) que se extienden a lo largo de su perímetro. Cuando el
conducto de evacuación de ceniza cilíndrico 10 se pone en rotación,
las ranuras 11 se llenarán con ceniza de la parte de abajo cuando se
orienta hacia la cámara de combustión y a partir de entonces se
vaciarán cuando se orienta boca abajo. De este modo la ceniza de la
parte de abajo se evacua hacia afuera y cae en una bandeja
longitudinal vibratoria 13 ubicada a una distancia paralela debajo
del cilindro de evacuación de ceniza 10. Para asegurar un absoluto
control del aire falso, el conducto de evacuación de ceniza 10 y la
bandeja vibratoria 13 se encapsulan con una envoltura 14 que son
sujetados de forma hermética a la parte inferior de las paredes
laterales de la cámara de combustión principal 1.
El conducto de evacuación de ceniza está
equipado con el controlador programado (no representado) que regula
automáticamente su rotación. Un termopar 15 se sujeta a la pared
lateral transversal a una distancia por encima del conducto de
evacuación de ceniza 10 (ver la Figura 4). El termopar mide sin
interrupción la temperatura de la ceniza de la parte de abajo que
se acumula en la parte inferior de la cámara de combustión 1 y
alimenta las temperaturas hacia el controlador programado del
conducto de evacuación de ceniza 10. El cilindro de evacuación de
ceniza 10 se dirige mediante un motor eléctrico (no representado)
que está equipado con sensores para controlar la rotación del
cilindro 10. Cuando la temperatura en la ceniza se enfría hasta los
200ºC, el controlador programado pondrá en marcha el motor y pondrá
el conducto de evacuación de ceniza 10 en rotación en una dirección
opcional. Desde que la vieja ceniza enfriada de la parte de abajo se
retira y se sustituye por ceniza más limpia, la temperatura de la
ceniza de la parte inferior aumentará mientras el conducto de
evacuación de ceniza esté rotando. El controlador programado parará
la rotación cuando la temperatura de la ceniza alcance los 300ºC. En
el caso de que el cilindro de evacuación de ceniza 10 se detenga,
por ejemplo, por los trozos de restos sólidos en la ceniza de la
parte de abajo que se meten entre el cilindro de evacuación 10 y el
miembro triangular 12, el controlador programado invertirá la
dirección de rotación del conducto de evacuación de ceniza 10.
Entonces el trozo seguirá a menudo la rotación del cilindro 10 hasta
que se encuentre con el otro miembro triangular 12 en la cara
opuesta del cilindro 10. Si los trozos consiguen meterse también en
este lado, el controlador programado invertirá la dirección de
rotación una vez más. Esta rotación alternativa del conducto de
evacuación de ceniza 10 continuará mientras sea necesario. La
mayoría de los casos de trozos en la ceniza de la parte de abajo
que son demasiado grandes para evacuar hacia afuera, son restos de
objetos metálicos más grandes en el residuo que se han vuelto
quebradizos y frágiles debido a las altas temperaturas en la zona
de combustión. De este modo el movimiento alternativo del conducto
de evacuación de ceniza 10 triturará más a menudo los trozos en
piezas más pequeñas que se evacuará hacia fuera de la cámara de
combustión. Esto es, por ejemplo, una forma efectiva de tratar con
los restos de alambre de acero cuando se queman neumáticos de
automóviles. En algunos casos los restos metálicos son tan sólidos
que resisten el movimiento de la trituración del cilindro de
evacuación de ceniza 10. Tales objetos se deben eliminar de la
cámara a intervalos regulares para evitar llenar la cámara de
combustión con material incombustible. El cilindro de evacuación de
ceniza 10 se monta por lo tanto recuperable de forma que se pueda
bajar manual o automáticamente mediante el controlador programado
para retirar estos objetos sólidos de manera rápida y eficiente sin
interruptor el funcionamiento normal de la cámara de combustión. El
medio para bajar (no representados) el cilindro de evacuación de
ceniza 10 es de tipo convencional que es conocido por los expertos
en la técnica y que no necesita descripción adicional. Se debería
observar que cuando el cilindro de evacuación de ceniza 10 se baja,
el control con aire falso todavía se mantiene desde que todos los
medios auxiliares para bajar y rotar el cilindro se ubican dentro
de la envoltura hermética 14. De este modo no habrá ninguna
penetración de aire falso mientras se cierra la envoltura 14. De
esta forma, el problema con el aire falso se ha eliminado
prácticamente con una planta de conversión de energía según la
presente invención, ya que tanto la entrada de combustible como la
salida de ceniza están cerradas herméticamente de la atmósfera que
las rodea.
El aire fresco y el gas de escape reciclado que
entra en la zona de combustión se introducen a través de una o más
entradas 16 ubicadas en las paredes laterales longitudinales
inclinadas 9 (ver las Figuras 4 a 6). En la realización preferida,
están ocupadas 8 hileras con 12 entradas 16 en cada pared lateral 9,
tal y como se observa en la Figura 5. El gas de escape se lleva
desde el conducto de escape 50 y se transporta por el conducto 55
que se divide en un ramal 56 para abastecer a la segunda cámara de
combustión 30 y un ramal 57 para abastecer a la cámara de
combustión principal 1 (ver la Figura 2). El aire fresco se
precalienta mediante un intercambiador de calor 71 que intercambia
el calor desde el gas de escape que sale de la caldera 40, y que se
transportó a través del conducto 60 que se divide en un ramal 61
para abastecer a la cámara de combustión secundaria 30 y un ramal
62 para abastecer a la cámara de combustión principal 1. El ramal 56
y el ramal 61 se unen en la unión 65 y el ramal 57 y el ramal 62 se
unen en la unión 66. Además, el ramal 56 está equipado con la
válvula 58, el ramal 57 con la válvula 59, el ramal 61 con la
válvula 63, y el ramal 62 con la válvula 64. Esta disposición hace
posible regular por separado la cantidad y la velocidad de aire
fresco y de gas de escape que se alimentan a ambas cámaras de
combustión 1 y 30 mediante la regulación/el control de las válvulas
58, 59, 63 y 64 por separado. Después del precalentamiento el aire
fresco y el gas de escape se mezclan en las uniones 65 y 66, se
envían mediante el conducto 69 a las entradas 31 de la cámara de
combustión secundaria 30 y mediante el conducto 70 a las salidas 16
de la cámara de combustión principal 1, respectivamente. El conducto
69 y el conducto 70 están equipados con los ventiladores 67 y 68
para presurizar la mezcla de gas antes de la introducción en las
cámaras de combustión. Tanto el ventilador 67 como el 68 están
equipados con el medio de regulación (no representado) para
regular/controlar la introducción de presión de la mezcla de gas, y
se pueden regular independientemente uno del otro. De esta forma la
proporción aire fresco/gas de escape se puede regular fácilmente a
cualquier proporción entre el 0 y el 100% de aire fresco, y la
cantidad de mezcla de gas que se introduce en ambas cámaras de
combustión 1 y 30 se puede regular fácilmente a cualquier cantidad
en el rango desde 0 hasta varios miles de Nm^{3}/h.
Se vuelve ahora a la cámara de combustión
principal 1. Tal y como se mencionó, desde la Figura 5 se puede ver
que las paredes laterales longitudinales inclinadas 9 están
equipadas con ocho hileras que contienen cada una doce salidas 16
en la realización preferida de la presente invención. Haciendo
referencia a las Figuras 4 a 6, cada salida 16 comprende un canal
anular 17 con un diámetro de 32 mm y una lanza coaxial 18 con un
diámetro interno de 3 mm. Esto da un área de sección transversal del
canal anular 17 que es aproximadamente 100 veces más grande que
para la lanza 18. De este modo la presión también cae con un factor
de 100. El área de sección transversal relativamente grande del
canal anular 17 da una corriente de entrada a baja presión con bajas
velocidades de flujo, mientras que la estrecha lanza 18 da una
corriente de gas muy presurizada con altas velocidades de flujo.
Además, todos los canales anulares 17 en cada hilera se conectan a
y se extienden en (a través de la pared lateral inclinada 9) una
sección hueca longitudinal 20 que pasa horizontalmente por la parte
exterior de la pared lateral longitudinal inclinada 9. Cada canal
anular está formado por un agujero circular en el revestimiento
resistente al fuego 21 y la lanza 18 que sobresale en el centro del
agujero. De este modo, cualquier gas que se alimente en una sección
hueca 20 pasará a través de los canales anulares 17 en una hilera.
Además, tenemos que están conectadas de dos en dos las hileras
(secciones huecas 20) en cada pared lateral 9 de forma que cada
doble hilera constituya una zona de regulación. Además, cada zona
de regulación está equipada con el medio de regulación (no
representado) para regular/controlar el flujo de gas y la presión
en ambas secciones huecas 20 de cada zona. Las lanzas 18 de cada
hilera se conectan a y se extienden de una sección hueca 19 ubicada
en la parte exterior de la sección hueca 20 de la misma manera que
para los canales anulares 17 (la lanza pasa a través de la sección
hueca 20). Las lanzas 18 se organizan también en cuatro zonas de
regulación que consisten en dos hileras vecinas en cada pared
lateral 9. Cada zona de regulación para las lanzas está equipada
también con el medio (no representado) para regular y controlar la
corriente de gas y la presión en el interior de las dos secciones
huecas 19 de cada zona. La proporción de gas que entra a la cámara
de combustión 1 a través del canal anular 17 y la lanza 18 se puede
regular a cualquier proporción entre el 0 y el 100% a través de la
lanza 18 para cada zona de regulación por separado. Esta
disposición da la oportunidad de regular libremente el flujo de gas
en la cámara de combustión principal en cuatro zonas independientes
(la regulación de la corriente de gas es simétrica por encima del
plano central vertical en la dirección A que se da en la Figura 3) a
cualquier velocidad de flujo y con cualquier proporción de la
mezcla de gas desde el 100% de aire fresco hasta el 100% de gas de
escape. Por ejemplo, cuando se pone en marcha la incineradora, uno
debería establecer una zona de combustión controlada y estable tan
pronto como fuera posible. Esto se puede conseguir utilizando una
mezcla de gas que conste de aire casi puro y que se lleve a través
de las lanzas 18 para conseguir una corriente de gas relativamente
violenta en el residuo sólido para conseguir un efecto máximo de
forja. En el inicio del proceso de combustión, la energía térmica
necesaria se distribuye mediante un quemador convencional de gasoil
o de gas 22 ubicado a una distancia por encima del termopar 15 en el
lateral de la pared lateral 23 (ver la Figura 4). El quemador se
conecta solamente en el inicio y se desconecta bajo el
funcionamiento normal de la planta. En una etapa posterior cuando
la zona de combustión casi se establece y las temperaturas han
alcanzado niveles relativamente altos, el efecto de forja se debería
reducir para prevenir recalentamientos localizados. Esto se puede
conseguir mediante la introducción del gas a través de los canales
anulares y mezclándolo con el gas de escape para reducir las
velocidades del flujo de gas y para diluir el contenido de oxígeno
en el gas. Estas características combinadas con la característica
del combustible evacuado dentro y de la ceniza fuera de la cámara
de combustión dan un control excelente con el flujo de oxígeno en la
zona entera de combustión y elimina prácticamente el problema del
aire falso. Además, la característica de mezclar el gas de escape
en el aire fresco da la oportunidad para hacer funcionar la planta
incineradora con altas capacidades de incineración y temperaturas de
la zona principal relativamente altas mientras se evitan
recalentamientos en cualquier parte de la zona de combustión. De
este modo es posible hacer funcionar la planta incineradora a altas
capacidades con niveles de emisión bajos tanto de CO como de
NO_{X}, en contraste con las incineradoras anteriores. Otra
ventaja de la presente invención es que la capacidad de la planta
incineradora se puede ajustar rápida y fácilmente con las
variaciones de la demanda de energía mediante la regulación de la
cantidad total de gas de escape y de aire fresco suministrados, y
mediante la regulación de las cantidades relativas de gas que se
introducen en la cámara de combustión 1 a través de cada zona de
regulación. De esta forma, se hace posible mantener las condiciones
óptimas de temperatura en la zona de combustión por el ajuste de la
producción de energía mediante la regulación del "tamaño" de
la zona de combustión.
La cámara de combustión principal está equipada
con al menos una, pero normalmente al menos dos salidas de gas. La
primera salida 24 se ubica a una distancia por encima del quemador
de gas 22 en la línea central vertical del lateral de la pared
lateral 23, y la segunda salida 25 se ubica en el mismo lateral de
la pared lateral 23 en una distancia relativamente grande por
encima de la primera salida 24 (ver las Figuras 3 ó 4). La primera
salida 24 tiene un diámetro relativamente grande para llevar afuera
los gases de combustión desde la cámara de combustión principal 1
con velocidades de flujo pequeñas. Las velocidades de flujo pequeñas
dan una valiosa contribución para la reducción de cenizas volantes
arrastradas en los gases de combustión. Además la ceniza volante se
filtrará también fuera del gas de combustión durante su desaparición
a través del residuo sólido que permanece entre la zona de
combustión y la salida 24. Estos efectos son suficientes para
reducir el contenido de ceniza volante en los gases de combustión
que salen de la cámara de combustión principal a niveles aceptables
cuando la planta se alimenta con residuo sólido de bajo valor
calorífico, a pesar de que la salida 24 se ubica en una posición
relativamente baja de la cámara de combustión lo que significa que
los gases de combustión se filtran a través de cantidades
relativamente pequeñas de residuo sólido. La salida de gas superior
25 se cierra cuando la salida inferior 24 se emplea durante la
incineración del residuo con bajo valor calorífico. La salida 24 se
conecta al conducto 26 que lleva los gases de combustión a la
entrada 31 de la cámara de combustión secundaria 30. En este caso la
temperatura de los gases de combustión que salen de la zona de
combustión principal se debería mantener en el intervalo entre los
700ºC y los 800ºC. Estas temperaturas se miden en la salida 24 y
alimentan al controlador programado (no representado) que desempeña
la regulación del flujo de gas en la cámara de combustión principal
1.
En el caso del residuo para quemar con alto
valor calorífico, habrá una producción de gas mucho más grande en
la cámara de combustión principal, que origina velocidades de flujo
mucho más grandes de los gases de combustión. Esto incrementa la
necesidad de la capacidad de filtración de la ceniza volante
arrastrada en los gases de combustión. En este caso, la salida 24
se cierra mediante la introducción de un regulador de tiro (no
representado) y la salida superior 25 se abre para forzar a los
gases de combustión a pasar hacia arriba a través de una parte
importante de la cámara de combustión principal 1, y de este modo
filtrar los gases de combustión en una proporción mucho más grande
del residuo sólido en la cámara. La salida 25 se conecta al
conducto 27 que dirige a los gases de combustión hacia el conducto
26. Sin embargo, debido a la filtración prolongada en una porción
muy grande de residuo sólido, los gases de combustión se someterán
a un grado de enfriamiento más grande por el residuo sólido. De este
modo puede ser necesario encender los gases de combustión que
fluyen en el conducto 27 antes de que entren en la cámara de
combustión secundaria 30. Esto se puede llevar a cabo mediante el
equipamiento del regulador de tiro que cierra la salida 24 con un
pequeño agujero. Entonces una lengüeta de llama sobresaldrá de la
cámara de combustión principal 1 en el conducto 26, y se encenderán
los gases de combustión cuando pasen por su camino a la entrada 31
de la cámara de combustión secundaria 30.
Tal y como se ha mencionado, los gases calientes
de combustión de la zona de combustión en la cámara de combustión
principal 1 pasarán a través del residuo sólido sin quemar en su
camino fuera de la cámara de combustión principal. Entonces los
gases de combustión despedirán calor hacia el residuo sólido y lo
precalentarán. El grado de precalentamiento variará desde muy alto
en el residuo que esté colindante a la zona de combustión hasta
mucho más bajo para el residuo más alejado en la cámara de
combustión. De este modo el proceso de incineración en la cámara de
combustión principal es una mezcla de combustión, pirolisis y
gasificación.
Las paredes interiores de la cámara de
combustión principal 1, con excepción del cilindro de evacuación de
ceniza 10, están cubiertas por aproximadamente 10 cm de un material
resistente al calor y al impacto. Se prefiere emplear un material
que se vende bajo el nombre de BorgCast 85 y que tiene una
composición del 82 al 84% de Al_{2}O_{3}, del 10 al 12% de
SiO_{2}, y del 1 al 2% de Fe_{2}O_{3}.
A pesar de que la presente invención se ha
descrito como un ejemplo de una realización preferida que contiene
una salida inferior 24 ubicada a la misma altura que las entradas
superiores 16, desde luego se puede realizar la presente invención
mediante incineradoras donde puedan existir salidas con otros
diámetros, a otras alturas, y con más de una salida en uso
simultáneamente. Se prevé que en el caso de combustibles con valor
calorífico muy alto, tales como, por ejemplo, los neumáticos de
automóvil, el flujo de gas en el interior de la planta se vuelva tan
alto que la cámara de combustión secundaria 30 no tenga la
capacidad necesaria para completar la combustión de los gases que
salen de la cámara de combustión principal. En este caso la planta
puede funcionar con dos cámaras de combustión secundarias sujetadas
horizontalmente lado con lado y que la cámara de combustión
principal tenga dos salidas 24 que estén también ubicadas lado con
lado, que estas salidas 24 se cierren con los reguladores de tiros
que contengan cada uno un pequeño agujero, y que el gas de
combustión se saque a través de la salida 25 que está ramificada a
una línea de suministro 26 por cada cámara de combustión secundaria
30.
En el caso de los combustibles para incinerar
con bajo valor calorífico, se prefiere emplear una cámara de
combustión secundaria 30 tal y como se describe en las Figuras 7 y
8. En esta realización, la cámara secundaria 30 se construye en una
pieza con el conducto 26 que conduce los gases de combustión desde
la salida 24 de la cámara de combustión principal 1. El interior
del conducto 26 está forrado con un material resistente al calor.
El forrado tiene un espesor de aproximadamente 10 cm y una
composición del 35 al 39% de Al_{2}O_{3}, del 35 al 39% de
SiO_{2}, y del 6 al 8% de Fe_{2}O_{3}. La entrada para los
gases de combustión en la cámara de combustión secundaria se
caracteriza por el reborde 33 en la Figura 7, mientras que el otro
lado del conducto 26 está equipado con el reborde 29 que tiene las
mismas dimensiones que el reborde 29A de la salida 24 en la cámara
de combustión principal (ver la Figura 3). De este modo el conducto
26 y la cámara de combustión secundaria se sujetan a la cámara de
combustión principal 1 mediante el atornillado del reborde 29 con el
reborde 29A.
La cámara de combustión secundaria está equipada
también con las entradas 31 para la mezcla de gas presurizada de
aire fresco y de gas de escape reciclado. La realización preferida
deseaba para los combustibles con bajo valor calorífico, que
contuviera cuatro entradas 31 (ver la Figura 7). Cada uno de estos
está equipado con el medio (no representado) para regular el flujo
de gas, la presión y la proporción aire fresco/gas de escape de la
misma forma que cada zona de regulación de las entradas de gas 16 de
la cámara de combustión principal 1. La cámara de combustión
secundaria 30 consta de un revestimiento de combustión cilíndrico 32
que se reduce o se estrecha hacia la entrada 33 para los gases de
combustión. De este modo la cámara de combustión se amplía para
ralentizar los gases de combustión y de este modo conseguir tiempos
de mezcla y de combustión más largos en la cámara. Dentro del
revestimiento de combustión 32, se ubica un cuerpo cilíndrico
perforado 34 (ver la Figura 8) que se adapta para ajustarse en el
revestimiento de combustión 32, pero con un diámetro un tanto más
pequeño que el diámetro interior del revestimiento de combustión 32.
El cuerpo cilíndrico está equipado con rebordes 35 que
aparentemente sobresalen que también se adapta para ajustarse en el
revestimiento de combustión 32 con exactamente el mismo diámetro
exterior que el diámetro interior del revestimiento 32. De este
modo los rebordes 35 formarán paredes separadoras que dividirán el
espacio anular limitado por el revestimiento de combustión 32 y el
cuerpo cilíndrico perforado 34 en los canales anulares. En este
caso existen tres rebordes separadores 35 que dividen el espacio
anular en cuatro cámaras, una para cada entrada de gas 31. De este
modo, el aire fresco presurizado y la mezcla de gas de escape que se
envía a través de la entrada 31 entrará en la cámara anular
limitada por los rebordes separadores 35, el revestimiento de
combustión 32 y el cuerpo cilíndrico perforado 34, y desde ahí
fluirá a través de los agujeros 36 en los tubos 37 que conduce el
gas a través del revestimiento 28 que cubre el interior cuerpo
cilíndrico 34 (el revestimiento no se incluye en el dibujo) donde
se mezclan con los gases de combustión calientes. De esta forma se
logra una mezcla uniforme y finamente dividida de los gases de
combustión y del oxígeno que contiene la mezcla de gas en las
cuatro zonas reguladas por separado. Esto da un control excelente de
las condiciones de combustión y temperatura en el interior de la
cámara de combustión secundaria. La temperatura en el interior de la
cámara se debería mantener a aproximadamente 1050ºC. Es importante
evitar temperaturas más altas para prevenir la formación de
NO_{X}.
Un ciclón de gas se sujeta al reborde 35 en la
salida de la cámara de combustión secundaria para suministrar un
mezclado turbulento de los gases de combustión y del oxígeno que
contienen los gases para facilitar y completar el proceso de
combustión. El ciclón también ayudará a reducir el contenido de
ceniza volante y de otras partículas sólidas arrastradas en el
flujo de gas. El ciclón es de tipo convencional, que es bien
conocido por una persona experta en la técnica, y que no necesita
descripción adicional.
En el caso de los combustibles para incinerar
con alto valor calorífico, se prefiere emplear una segunda
realización de la cámara de combustión secundaria tal y como se
describe en la Figura 9. En este caso los gases de combustión se
sacan de la cámara de combustión principal por la salida 25 y se
transportan por el conducto 27 hacia abajo por el conducto 26 en la
parte exterior de la salida 24 cerrada. La salida 24 se cierra
mediante un regulador de tiro 39 que está equipado con un pequeño
agujero en la parte inferior, del que sobresale una lengüeta de
llama 39A en el conducto 26. La cámara de combustión secundaria 30
se sujeta al conducto 26, y consta en este caso de un revestimiento
de combustión cilíndrico 32 que se estrecha hacia el conducto 26. En
este caso no existe el cuerpo cilíndrico, en cambio las entradas 31
constan de los cilindros perforados 31 que pasan a través del
interior del revestimiento de combustión 32. Desde la Figura 8
vemos que en la realización preferida existen cinco entradas 31, la
primera se ubica en el conducto 26 y suministra los gases de
combustión que entran del conducto 27 con el oxígeno que contiene
la mezcla de gases suministrados del conducto 69 antes de que la
mezcla de gases se encienda mediante la lengüeta de llama 39A.
Entonces los gases pasan a través de los cuatro cilindros de entrada
31 que están alineados en la parte superior uno de otro y recibe
los suministros adicionales del oxígeno que contiene la mezcla de
gases. Como con la primera realización preferida, esta realización
suministra también el medio (no representado) para separar la
regulación de la composición de la mezcla de gases y la presión
para cada entrada 31. Existe también en este caso adjunto un ciclón
de gas en la salida de la cámara de combustión, pero en este caso
las velocidades de la corriente de gas son lo suficientemente altas
como para dar un mezclado turbulento del gas de combustión y de la
mezcla de gases suministrada también en la cámara de combustión
secundaria. Las temperaturas en la zona de combustión deberían
mantenerse también en esta realización a aproximadamente 1050ºC.
La regulación de la zona de combustión
secundaria se lleva a cabo mediante el controlador programado (no
representado) que regula todas las zonas de entrada 31. El
controlador programado está continuamente alimentado con la
temperatura, el contenido de oxígeno y la cantidad total del gas que
sale del ciclón de gas, y emplea la información para regular la
temperatura del gas de escape hasta los 1050ºC y el contenido de
oxígeno del 6%.
Los gases de combustión se revolverán en los
gases de escape calientes durante la estancia en el ciclón de gas.
Desde el ciclón de gas los gases de escape se enviarán a una caldera
40 para transferir su energía térmica a otro medio térmico de
transporte (ver la Figura 2). A partir de entonces, los gases de
escape se transportan a un filtro de gas 43 para la reducción
adicional de las cenizas volantes y de otros contaminantes en el
gas de escape antes de que se descarguen como gases finales de
escape. Tanto la caldera 40 como el filtro de gas están equipados
con conductos de by-pass para el gas de escape para
proporcionar la oportunidad de desconectar la caldera y/o el filtro
durante él funcionamiento de las cámaras de combustión. El flujo de
gas a través de la planta se gobierna mediante los ventiladores
para presurizar las entradas de ambas cámaras de combustión y
mediante el ventilador 47 ubicado en el conducto de escape 50. El
último ventilador 47 asegura una buena corriente de aire a través
de la planta al proporcionar una ligera aspiración para hacer bajar
la presión del gas. Todos los componentes de este equipo auxiliar
son convencionales y bien conocidos por las personas expertas, y no
necesitan descripción adicional.
La realización preferida de la presente
invención será ahora ilustrada además proporcionando un ejemplo de
una incineradora de residuos urbanos corrientes que están
clasificados como de clase C en Noruega. El residuo se considera
como un combustible con bajo valor calorífico. De este modo, es la
primera realización preferida de la cámara de combustión secundaria
la que se emplea y que se sujeta a la salida de gas 24 de la cámara
de combustión principal. La salida de gas superior 25 está
cerrada.
Los residuos urbanos se compactan en grandes
fardos de aproximadamente 1 m^{3} de volumen y entonces se
envuelven en una lámina de PE que se evacuan en la parte superior de
la cámara de combustión principal a través del conducto de
evacuación 5 con tal frecuencia que la cámara de combustión
principal está en cualquier momento llena con el residuo sólido.
Esto es un pretratamiento del residuo de eficaz coste y muy simple
comparado con los pretratamientos que se requieren para las
incineradoras convencionales. Cuando el proceso de incineración se
ha establecido con una zona de combustión estable, la mezcla de gas
que se conduce por la cámara de combustión principal se introducirá
a través de los canales anulares 17 de las entradas 16, y el
contenido de oxígeno en la mezcla de gases se mantendrá hasta
aproximadamente el 10%. Esta concentración dará lugar a un déficit
de oxígeno en la zona de combustión. La temperatura en los gases de
combustión que salen de la cámara de combustión principal se
mantiene en rango entre 700 y 800ºC y la presión de gas dentro de la
cámara de combustión principal se mantiene a aproximadamente 80 Pa
por debajo de la presión atmosférica de alrededor. El contenido de
oxígeno en la mezcla de gas que se lleva a la cámara de combustión
secundaria 30, a través de las entradas 31, se regula de forma que
el flujo de gas total sea de aproximadamente 2.600 Nm^{3}/MWh, que
tenga una temperatura de aproximadamente 1050ºC y un contenido de
oxígeno de aproximadamente el 6%. La presión dentro de la cámara de
combustión secundaria se mantiene en aproximadamente 30 Pa por
debajo de la presión de la cámara de combustión principal. Para
asegurar que las emisiones de dioxina y furano se mantengan en
niveles extremadamente bajos, existe una posibilidad de añadir un
adsorbente al gas de escape inmediatamente después de que salga de
la caldera 40 y de que entre en el filtro 43. Estas características
no se representan en las figuras o no se analizan en el debate
previo, ya que el procedimiento y el medio para llevar a cabo esto
son también convencionales y bien conocidos por una persona
experta. Un adsorbente preferido es una mezcla del 80% de cal y del
20% de carbón activo, y se suministra en una cantidad de
aproximadamente 3,5 kg por tonelada de combustible.
Con los parámetros anteriores, la planta
incineradora fue probada por la compañía noruega de clasificación y
verificación, Det Norske Veritas. La producción de energía fue de
aproximadamente 2,2 MW. El contenido de ceniza volante y de otros
contaminantes en el gas de escape que sale de la planta se midió y
se presenta en la Tabla 1 junto con los límites oficiales de
emisiones para cada componente. Los límites oficiales de emisiones
se dieron tanto para los límites válidos en este momento para la
existencia de las plantas incineradora como para los futuros
límites propuestos en un proyecto de la Unión Europea "Draft
Proposal for a Council Directive on the Incineration of Waste"
fechado el 1 de junio de 1999.
Desde la Tabla 1 se puede ver que la realización
preferida de la presente invención logra valores de emisión que
están muy holgadamente por debajo de la mayoría de los límites
oficiales válidos para las presentes incineradoras, mediante un
factor de al menos 10 por debajo de los límites. Incluso en la
mayoría de los futuros límites de la Unión Europea, que se
consideran que son muy estrictos, no representará ningún problema
con la posible excepción del NO_{X}, donde los valores estaban
justo por debajo del límite. Todos los otros parámetros están
también muy holgadamente por debajo de las futuras limitaciones.
La planta se ha modificado recientemente de
forma que también la concentración de NO_{X} en el gas de escape
que sale del ciclón de gas se mida junto con la concentración de
oxígeno, la temperatura y la velocidad de flujo, y se alimenta al
controlador programado que regula las entradas 31 de la cámara de
combustión secundaria 30. El controlador programado se dispone con
la libertad de variar la concentración de oxígeno dentro del rango
del 4 al 8%. Todos los otros parámetros se dejan sin alterar. Con
esta modificación, la prueba pasa a mostrar que las emisiones de
NO_{X} están normalmente alrededor de 100 mg/Nm^{3} v/11% de
O_{2}, pero ha alcanzado niveles por debajo de 50 mg/Nm^{3}
v/11% de O_{2}. Los otros contaminantes presentados en la Tabla 1
no fueron afectados por esta modificación.
Se debería también observar que si los gases de
escape se emiten sin el tratamiento con el adsorbente, los niveles
de emisión de dioxinas y de furanos estarán en el orden de 0,15 a
0,16 ng/Nm^{3} v/11% de O_{2}, que están bien por debajo de los
límites de emisión actuales. De este modo la presente invención se
puede emplear actualmente sin esta característica.
Para hacer la realización preferida de la
presente invención tal y como se ha descrito anteriormente la forma
adecuada para manejar el residuo tóxico o cualquier otra forma de
residuo especial donde la ceniza debería recibir un tratamiento
separado de la ceniza ordinaria de los residuos urbanos, se prevé
incluir una cámara de pirólisis ubicada en la corriente de gas de
escape que sale de la cámara de combustión secundaria 30. Ahí los
gases de escape tendrán una temperatura de 1000 a 1200ºC que es los
suficientemente alta como para descomponer la mayoría de los
compuestos orgánicos y muchos de los inorgánicos. La cámara de
pirólisis y el diseño del conducto de gas de escape 4 que contiene
la cámara de pirólisis es convencional y bien conocido por las
personas expertas y no necesita por lo tanto ninguna descripción
adicional.
Una cámara de pirólisis hecha aparte es posible
para separar el residuo especial de la corriente principal de
residuo y descomponerlo en la cámara de pirólisis, de forma que la
ceniza procedente del residuo especial se pueda separar de la
ceniza de la parte principal del residuo y de este modo evitar que
el volumen principal de ceniza se pueda tratar como un residuo
especial. Esto es beneficioso para los casos donde el residuo
especial es tóxico, para la incineración de animales domésticos u
otras aplicaciones donde la ceniza pueda tener un seguimiento,
etc..
Los vapores y los gases procedentes de la cámara
de pirólisis se pueden conducir posteriormente a la cámara de
combustión principal y de este modo entrar al flujo principal de los
gases de combustión.
Claims (18)
1. Procedimiento para convertir mediante
incineración la energía que consta en el residuo sólido en otro
portador de energía, donde la incineradora comprende una cámara de
combustión principal y al menos una cámara de combustión adicional
en que la cámara de combustión principal incinera el residuo sólido
mientras que al menos una cámara de combustión adicional finaliza el
proceso de combustión mediante la combustión de los gases de
combustión que salen de la cámara de combustión principal,
caracterizado por el hecho de
- -
- que los flujos de oxígeno en la cámara de combustión principal y en al menos una cámara de combustión adicional son controlados estrictamente por separado para regular el flujo de aire fresco en cada cámara de combustión en al menos una zona regulada por separado y asegurando que las cámaras enteras de combustión se gasean rigurosamente de la atmósfera que las rodean para eliminar la penetración de aire falso en las cámaras,
- -
- que las temperaturas en la cámara de combustión principal y en al menos una cámara de combustión adicional son estrictamente controladas, para la regulación del flujo de oxígeno, mediante la adición de una cantidad regulada de gas de escape reciclado con el aire fresco que se conduce en cada una de las cámaras en cada una de la al menos unas zonas reguladas por separado,
- -
- que los gases que dejan la zona de combustión en la cámara de combustión principal se conduzcan a través de al menos una parte del contenido de residuo sólido de la cámara de combustión principal antes de que los gases salgan de la cámara de combustión principal, y
- -
- que los gases de escape y los gases de combustión sin quemar procedentes de la zona de combustión se filtren antes de entrar los gases en la al menos una cámara de combustión adicional mediante su envío a contra corriente a través de al menos una parte del residuo sólido sin quemar en el interior de la cámara de combustión principal.
2. Procedimiento según la Reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que ahí se
emplea una cámara de combustión principal 1 y secundaria 30, y que
la regulación de la cantidad de oxígeno y el grado de adición con el
gas de escape reciclado se lleva a cabo en al menos dos entradas
independientes 16 ó 31, o en al menos dos grupos de entradas
independientes 16 ó 31 de la cámara de combustión principal 1 y de
la cámara de combustión secundaria 30, respectivamente.
3. Procedimiento según la Reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que la
regulación de la cantidad de oxígeno y el grado de adición con el
gas de escape reciclado se lleva a cabo en cuatro grupos
independientes de entradas 16 ó 31 de la cámara de combustión
principal 1 y de la cámara de combustión secundaria 30,
respectivamente.
4. Procedimiento según las Reivindicaciones 1 a
3,
caracterizado por el hecho de que la
cámara de combustión principal se abastece con residuos sólidos
urbanos que se compacta y se envuelve en una lámina de plástico para
formar fardos inodoros.
5. Procedimiento según las Reivindicaciones 1 a
3,
caracterizado por el hecho de que la
cámara de combustión principal se abastece con residuos sólidos
urbanos sin procesar.
6. Procedimiento según las Reivindicaciones 2 a
5,
caracterizado por el hecho de que cuando
la zona estable de combustión en la cámara de combustión principal 1
se logra cuando se queman residuos con bajo valor calorífico,
- -
- que la adición y la cantidad del aire fresco y del aire de escape reciclado que se conduce a la cámara de combustión principal 1 se regule para conseguir una concentración promedio del 10% en volumen de oxígeno de los gases de entrada adicionados y una temperatura en el rango de 700 a 800ºC de los gases de combustión que salen de la cámara de combustión principal, y
- -
- que la adición y la cantidad del aire fresco y del aire de escape reciclado que se conduce a la cámara de combustión secundaria 30 se regule para conseguir un excedente promedio de oxígeno del 6% en volumen, una temperatura de 1050ºC, y un flujo de gas total de aproximadamente 2.600 Nm^{3}/MWh de los gases de escape que salen de la cámara de combustión secundaria.
7. Procedimiento según la Reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que la
concentración de NO_{X} en el gas de escape que sale de la cámara
de combustión secundaria 30 se controla, y que la adición y la
cantidad de aire fresco y de aire de escape reciclado que se
introduce en la cámara de combustión secundaria 30 se regula además
permitiendo el excedente promedio de oxígeno en los gases de escape
que salen de la cámara de combustión secundaria que varían en el
rango desde el 4 hasta el 8% en volumen mientras se mantienen la
temperatura y el flujo de gas total como en la Reivindicación 5 con
el fin de minimizar el contenido de NO_{X} en el gas de
escape.
8. Procedimiento según las Reivindicaciones 2 a
7,
caracterizado por el hecho de que la
cámara de combustión secundaria 30 está equipada con al menos un
ciclón de gas para mezclar de forma turbulenta los gases de
combustión con la mezcla de gas inyectada de gas de escape reciclado
y aire fresco y de este modo conseguir una combustión completa de
los gases de escape.
9. Procedimiento según las Reivindicaciones 4 a
7,
caracterizado por el hecho de que el
residuo sólido en forma de fardos 80 se evacua de forma hermética en
la cámara de combustión principal 1 mediante un conducto de
evacuación 5, y que la ceniza de la parte inferior se evacua fuera
de la cámara de combustión principal a través de un conducto de
evacuación 10 que se encapsula y se cierra mediante una envoltura
14.
10. Procedimiento según las Reivindicaciones 1 a
9,
caracterizado por el hecho de que los
vapores y los gases procedentes de la cámara de pirólisis se pueden
posteriormente conducir a la cámara de combustión principal y de
este modo entrar en el flujo principal de los gases de
combustión.
11. Dispositivo para convertir mediante
incineración la energía del residuo sólido en otro portador de
energía, donde el dispositivo comprende la cámara de combustión
conectada a por lo menos una cámara de combustión adicional, a por
lo menos un ciclón, a una unidad para transferir la energía térmica
de los gases de escape hacia otro portador de energía, a un filtro
de gas, a un sistema de transporte para suministrar y adicionar aire
fresco y gas de escape reciclado a las cámaras de combustión,
caracterizado por el hecho de
- -
- que la cámara de combustión principal se diseña como un eje vertical con una sección transversal rectangular y que se estrecha mediante la inclinación de la parte inferior de las paredes laterales longitudinales 9 unas con otras para dar a la parte inferior del eje una forma de V truncada, que la parte superior del eje constituye un conducto de evacuación hermético 5 para evacuar el combustible en forma de fardos 80 de residuo sólido compacto, que la forma de V truncada de las paredes laterales longitudinales 9 finaliza en el conducto de evacuación de ceniza 10 para eliminar la ceniza inferior, que el conducto de evacuación de ceniza 10 está aislado de la atmósfera de alrededor mediante una envoltura hermética 14 conectada al eje vertical, que cada una de las paredes laterales inclinadas 9 está equipada con al menos una entrada o unos grupos interconectados de entradas 16 para la introducción de la adición la mezcla de aire fresco y de gas de escape reciclado, y que al menos una pared lateral 23 del eje vertical está equipada con al menos una salida 24 ó 25 para los gases de combustión que se constituyen en la cámara de combustión principal,
- -
- que al menos una entrada o un grupo interconectado de entradas 16 está equipado con el medio para regular por separado el flujo de gas total y el grado de adición de aire fresco y de gas de escape reciclado en cada entrada o en cada grupo interconectado de entradas,
- -
- que al menos una salida 24 está conectada a una cámara de combustión adicional 30,
- -
- que al menos una cámara de combustión adicional 30 está equipada con al menos una entrada 31 para la inyección de la adición de la mezcla de aire fresco y de gas de escape reciclado, y
- -
- que cada una de al menos una entrada 31 está equipada con el medio para regular por separado el flujo de gas total y el grado de la adición de aire fresco y de gas de escape reciclado.
12. Dispositivo según la Reivindicación 11,
caracterizado por el hecho de que cuando
la incineración se abastece de residuo sólido con bajo valor
calorífico, se emplea una cámara de combustión adicional 30 que se
une directamente a una salida 24 de la cámara de combustión
principal, y que la cámara de combustión secundaria comprende un
revestimiento de combustión cilíndrico 32 y un cuerpo cilíndrico
perforado adaptado 34 que se introduce en el revestimiento 32, y que
está equipado con al menos un reborde que aparentemente sobresale de
forma que el cuerpo cilíndrico 34 y el revestimiento 32 formen un
canal anular que se conecte a las entradas 31.
\newpage
13. Dispositivo según la Reivindicación 11,
caracterizado por el hecho de que cuando
la incineración se abastece de residuo sólido con alto valor
calorífico, en que
- -
- se emplea una cámara de combustión adicional 30 que se conecta a la salida 24 a través de un conducto 26,
- -
- que la salida 24 se cierra mediante un regulador de tiro 39 que está equipado con un pequeño agujero de forma que la lengüeta de llama sobresalga en el conducto 26,
- -
- que los gases de combustión se conducen desde la cámara principal a través de la salida 25 en la parte superior de la cámara de combustión principal y en el conducto 26, y
- -
- que la cámara de combustión secundaria 30 comprende un revestimiento cilíndrico 32 que está equipado con al menos un cilindro perforado de funcionamiento transversal que constituye la entrada 31.
14. Dispositivo según la Reivindicación 12,
caracterizado por el hecho de que se
emplea más de una cámara de combustión secundaria que se conecta
cada una de ellas a una salida 24 mediante el conducto 26, y que
todos los conductos 26 están conectados a la salida 25.
15. Dispositivo según las Reivindicaciones 11 a
13,
caracterizado por el hecho de que el
conducto de evacuación de ceniza 10 tiene forma de un cilindro
longitudinal horizontal ubicado en - entre un miembro triangular
longitudinal 12 en la parte final inferior de cada una de las
paredes laterales inclinadas 9, y que el cilindro está equipado con
al menos una ranura 11 de forma que la ceniza inferior se evacua
cuando el cilindro 10 está dando vueltas.
16. Dispositivo según las Reivindicaciones 11 a
13,
caracterizado por el hecho de que cada
salida activa de la cámara de combustión principal está equipada con
el medio para medir la temperatura de los gases de combustión que
salen de la cámara de combustión principal, y que la salida de cada
una de al menos una cámara de combustión adicional está equipada con
el medio para medir el flujo de gas total, la temperatura, el
contenido de oxígeno, y el contenido de NO_{X} del gas de escape
que sale de al menos una cámara de combustión adicional.
17. Dispositivo según la Reivindicación 15,
caracterizado por el hecho de
- -
- que el medio para medir la temperatura del gas de combustión que sale de la cámara de combustión principal se conecte al medio para regular la adición y el flujo de gas del aire fresco y del gas de escape reciclado mezclados que se introducen a través de al menos una entrada 16, y
- -
- que el medio para medir la temperatura, el flujo de gas, el contenido de oxígeno y el contenido de NO_{X} en el gas de escape que sale de la cámara de combustión secundaria se conecte al medio para regular la adición y el flujo de gas del aire fresco y del gas de escape reciclado mezclados que se introduce a través de al menos una entrada 31.
18. Dispositivo según cualquiera de las
Reivindicaciones 11 a 17,
caracterizado por el hecho de que una
cámara de pirólisis para la descomposición del residuo especial se
ubica en el conducto 41 para conducir al gas de escape que sale de
la cámara de combustión secundaria 30 hasta la caldera 40.
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