ES2357831T3 - COMBUSTION SYSTEM FOR VAPOR GENERATION AND PROCEDURE FOR EMISSION CONTROL THAT USES OXYGEN ENRICHMENT. - Google Patents

COMBUSTION SYSTEM FOR VAPOR GENERATION AND PROCEDURE FOR EMISSION CONTROL THAT USES OXYGEN ENRICHMENT. Download PDF

Info

Publication number
ES2357831T3
ES2357831T3 ES03739618T ES03739618T ES2357831T3 ES 2357831 T3 ES2357831 T3 ES 2357831T3 ES 03739618 T ES03739618 T ES 03739618T ES 03739618 T ES03739618 T ES 03739618T ES 2357831 T3 ES2357831 T3 ES 2357831T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
combustion
gas
stream
oxygen
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES03739618T
Other languages
Spanish (es)
Inventor
Ovidiu Marin
Scott Macadam
Erwin Penformis
Fabienne Chatel-Pelage
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Application granted granted Critical
Publication of ES2357831T3 publication Critical patent/ES2357831T3/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Un procedimiento de combustión para generación de vapor, que comprende: proporcionar una corriente (42) de gas enriquecido con oxígeno con un contenido en oxígeno de 21 a 100%; crear una corriente oxidante (46) que contiene la corriente de gas enriquecida con oxígeno (42); combustión de un combustible en la corriente de oxidante (42) en una cámara (10) de combustión que genera vapor y que genera gas (22) de combustión que presenta un caudal másico de gas de combustión que es menor que un caudal másico del gas de combustión generado por la cámara (10) de combustión cuando opera con el mismo caudal másico de combustible y con aire que la corriente oxidante; y reducción de la cantidad de al menos una materia particulada, SOx, NOx y mercurio en el gas (22) de combustión con un sistema (20) de control de contaminantes de gas de combustión, en el que la etapa de crear una corriente oxidante (46) comprende la liberación de un gas (80) de dilución en el gas enriquecido con oxígeno (42) formando la corriente oxidante (46), y el gas de dilución comprende gas de combustión húmedo o seco recirculado.A combustion process for steam generation, comprising: providing a stream (42) of oxygen-enriched gas with an oxygen content of 21 to 100%; create an oxidizing stream (46) containing the oxygen enriched gas stream (42); combustion of a fuel in the oxidant stream (42) in a combustion chamber (10) that generates steam and that generates combustion gas (22) having a mass flow of combustion gas that is less than a mass flow of gas of combustion generated by the combustion chamber (10) when operating with the same mass flow of fuel and with air as the oxidizing current; and reduction of the amount of at least one particulate matter, SOx, NOx and mercury in the combustion gas (22) with a combustion gas contaminant control system (20), in which the stage of creating an oxidizing stream (46) comprises the release of a dilution gas (80) in the oxygen enriched gas (42) forming the oxidizing stream (46), and the dilution gas comprises recirculated wet or dry combustion gas.

Description

Campo de la invención Field of the Invention

La invención se refiere a un procedimiento para control de emisiones mejorado de un sistema de combustión para generación de vapor que usa una combinación de un procedimiento de combustión mejorado y sistemas de tratamiento de gas de combustión. 5 The invention relates to a method for improved emission control of a combustion system for steam generation using a combination of an improved combustion process and combustion gas treatment systems. 5

Descripción de la técnica relacionada Description of the related technique

Los sistemas de combustión industrial son la fuente principal de emisiones dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y mercurio (Hg), así como también de dióxido de carbono (CO2). Ya sea por el Protocolo de Kyoto o por iniciativas recientes por parte del gobierno de Estados Unidos, estas plantas de combustión industrial tendrán que cumplir ahora con regulaciones cada vez más exigentes relacionadas con estos contaminantes. 10 Industrial combustion systems are the main source of sulfur dioxide (SO2), nitrogen oxides (NOx) and mercury (Hg) emissions, as well as carbon dioxide (CO2). Whether by the Kyoto Protocol or by recent initiatives by the United States government, these industrial combustion plants will now have to comply with increasingly demanding regulations related to these pollutants. 10

La combustión de combustibles fósiles en calderas de centrales eléctricas, calderas industriales, hornos, secaderos, etc. da lugar a la formación de niveles significativos de contaminantes. La combustión de carbón, por ejemplo, conduce a la generación, entre otros, de SOx, NOx, Hg y materia particulada. Todas estas sustancias han demostrado ir en detrimento de la salud humana. The combustion of fossil fuels in boilers of power plants, industrial boilers, furnaces, dryers, etc. It results in the formation of significant levels of contaminants. The combustion of coal, for example, leads to the generation, among others, of SOx, NOx, Hg and particulate matter. All these substances have been shown to be detrimental to human health.

El procedimiento típico de reducción de emisiones de partículas, Hg, NOx y SO2 de calderas de generación de vapor 15 usadas en centrales eléctricas es con el uso de equipos de tratamiento de gas de combustión, que incluyen precipitadores electrostáticos (ESP), filtros de mangas, sistemas catalíticos o lavadores por vía húmeda y seca. Estos dispositivos son grandes y muy caros de adquirir y de operar, aumentan de forma significativa los gastos de inversión de la instalación y aumentan los costes de operación. De forma típica requieren grandes cantidades de espacio en el lugar de la planta y aumentan el coste de la electricidad producida en una central eléctrica hasta el cincuenta por ciento. 20 The typical procedure for reducing particulate, Hg, NOx and SO2 emissions from steam generation boilers 15 used in power plants is with the use of combustion gas treatment equipment, including electrostatic precipitators (ESP), bag filters , catalytic systems or wet and dry scrubbers. These devices are large and very expensive to acquire and operate, significantly increase the investment costs of the installation and increase operating costs. Typically, they require large amounts of space at the plant site and increase the cost of electricity produced at a power plant up to fifty percent. twenty

En hornos de fabricación de vidrio se ha usado combustión enriquecida con oxígeno principalmente por dos razones: aumenta la eficiencia del proceso y reduce la generación de NOx. Por ejemplo, la eficiencia de la fabricación de vidrio se ve aumentada proporcionando aproximadamente 20–25% de ahorro de combustible con oxi–combustión en comparación con la combustión con aire. In glassmaking furnaces, oxygen-enriched combustion has been used mainly for two reasons: it increases the efficiency of the process and reduces the generation of NOx. For example, glass manufacturing efficiency is increased by providing approximately 20-25% fuel savings with oxy-combustion compared to air combustion.

Sin embargo el uso de combustión enriquecida con oxígeno en hornos de vidrio no afecta al volumen de gas de 25 combustión que se trata, debido a que el gas de combustión a alta temperatura que sale del horno se diluye en aire para reducir su temperatura antes del tratamiento del gas de combustión para eliminar emisiones dañinas. Por tanto, el coste de tratamiento del gas de combustión, en base al volumen de gas de combustión que se va a tratar, se mantiene sustancialmente constante cuando se cambia de combustión con aire a combustión enriquecida con oxígeno en hornos de fabricación de vidrio. Finalmente se tiene que tener en cuenta el coste de la generación de oxígeno. Por tanto, las 30 emisiones de NOx y la eficiencia energética mejoradas resultantes de la combustión enriquecida con oxígeno en hornos de vidrio no siempre se traducen en ahorros de costes asociados en estos hornos. However, the use of oxygen-enriched combustion in glass furnaces does not affect the volume of combustion gas that is treated, because the high temperature combustion gas leaving the oven is diluted in air to reduce its temperature before flue gas treatment to eliminate harmful emissions. Therefore, the cost of combustion gas treatment, based on the volume of combustion gas to be treated, remains substantially constant when switching from combustion with combustion air enriched with oxygen in glass manufacturing furnaces. Finally, the cost of oxygen generation must be taken into account. Therefore, the improved NOx emissions and energy efficiency resulting from oxygen-rich combustion in glass furnaces do not always translate into associated cost savings in these furnaces.

Por el contrario en calderas para generación de vapor, tales como las usadas en instalaciones de generación de energía eléctrica, la cantidad de contaminación producida por la caldera es por lo general alta debido a que los combustibles usados y el coste de control de la contaminación es una parte muy significativa del coste de producción de 35 energía.  In contrast in boilers for steam generation, such as those used in power generation facilities, the amount of pollution produced by the boiler is usually high because the fuels used and the cost of pollution control is a very significant part of the cost of producing 35 energy.

Un modo de reducir los costes de tratamiento de gas de combustión para sistemas de combustión para generación de energía es combinar las diversas técnicas de reducción de contaminantes en una única operación, conocida como control multi–contaminante. En Alix y col. (patentes de Estados Unidos números 6.132.692; 6.117.403; y 5.871.703) y McLarnon y col. (McLarnon, C.R., Jones, M.D., “Electro–Catalytic Oxidation Process for Multi–Pollutant Control at 40 FirstEnergy’s R.E. Burger Generating Station”, presentado en Electric Power 2000, Cincinnati, OH, 5 de Abril de 2000), se propone un procedimiento para la reducción de emisiones de NOx, SO2, Hg y partículas en un único sistema que usa un reactor de barrera de descarga basado en plasma para oxidar NOx, SO2, y Hg en HNO3, H2SO4 y HgO respectivamente. En este reactor una descarga de pulsos entre dos electrodos separados por un dieléctrico produce especies radicalarias tales como OH, O y H a temperaturas relativamente bajas 65 a 148,9º C (150 a 300 F). Estos 45 radicales transforman rápidamente SOx, NOx y Hg en óxidos superiores. Los ácidos, HgO, y las partículas se eliminan subsiguientemente en un precipitador electrostático por vía húmeda. Sin embargo debido a la importante cantidad de gas que se va a tratar el consumo de energía del reactor puede ser elevado, de hasta aproximadamente 5% de la central energética. Este procedimiento se describe sólo para aplicaciones de combustión con combustión de aire, y no se hace referencia a sistemas enriquecidos con oxígeno. 50 One way to reduce the costs of combustion gas treatment for combustion systems for power generation is to combine the various pollutant reduction techniques in a single operation, known as multi-pollutant control. In Alix et al. (U.S. Patent Nos. 6,132,692; 6,117,403; and 5,871,703) and McLarnon et al. (McLarnon, CR, Jones, MD, “Electro – Catalytic Oxidation Process for Multi – Pollutant Control at 40 FirstEnergy's RE Burger Generating Station”, presented at Electric Power 2000, Cincinnati, OH, April 5, 2000), a procedure is proposed for the reduction of NOx, SO2, Hg and particulate emissions in a single system that uses a plasma-based discharge barrier reactor to oxidize NOx, SO2, and Hg in HNO3, H2SO4 and HgO respectively. In this reactor a pulse discharge between two electrodes separated by a dielectric produces radical species such as OH, O and H at relatively low temperatures 65 to 148.9 ° C (150 to 300 F). These 45 radicals quickly transform SOx, NOx and Hg into higher oxides. Acids, HgO, and particles are subsequently removed in a wet electrostatic precipitator. However, due to the significant amount of gas to be treated, the reactor's energy consumption can be high, up to about 5% of the power plant. This procedure is described only for combustion applications with air combustion, and no reference is made to oxygen enriched systems. fifty

El documento US–A–5.590.519 describe un sistema de combustión para generación de vapor que comprende un sistema de liberación de gas de dilución (gas de combustión recirculado) en la cámara de combustión. Document US-A-5,590,519 describes a combustion system for steam generation comprising a dilution gas release system (recirculated combustion gas) in the combustion chamber.

Sería deseable proporcionar un procedimiento de control de emisiones mejorado en calderas que producen energía y/o vapor mediante el uso de combustión enriquecida con oxígeno. It would be desirable to provide an improved emission control procedure in boilers that produce energy and / or steam through the use of oxygen-enriched combustion.

55 55

Sumario de la invención Summary of the invention

La presente invención se refiere a un procedimiento de combustión con una corriente de gas enriquecida con oxígeno y un sistema de control de contaminantes para conseguir emisiones mejoradas a un coste reducido. The present invention relates to a combustion process with a gas stream enriched with oxygen and a pollutant control system to achieve improved emissions at a reduced cost.

De acuerdo con una realización de la presente invención un procedimiento de combustión para generación de vapor incluye proporcionar una corriente de gas enriquecida con oxígeno con un contenido en oxígeno de 21% a 100%, lo que 5 genera un vapor oxidante que contiene la corriente de gas enriquecida con oxígeno, combustión de un combustible en el vapor oxidante en una cámara de combustión para generación de vapor y generación del gas de combustión que presenta un caudal másico de gas de combustión que es menor que un caudal másico de gas de combustión generado por la cámara de combustión cuando opera con el mismo caudal másico de combustible y con aire que la corriente oxidante y reducción de la cantidad de al menos uno entre materia particulada, SOx, NOx y mercurio en el gas de 10 combustión con un sistema de control de contaminación del gas de combustión. According to an embodiment of the present invention, a combustion process for steam generation includes providing a stream of oxygen-enriched gas with an oxygen content of 21% to 100%, which generates an oxidizing vapor containing the stream of oxygen enriched gas, combustion of a fuel in the oxidizing steam in a combustion chamber for steam generation and generation of the combustion gas having a mass flow of combustion gas that is less than a mass flow of combustion gas generated by the combustion chamber when operating with the same mass flow of fuel and with air as the oxidizing current and reducing the amount of at least one between particulate matter, SOx, NOx and mercury in the combustion gas with a control system of combustion gas contamination.

Breve descripción de las figuras Brief description of the figures

La invención se describirá ahora con mayor detalle con referencia a las realizaciones preferidas ilustradas en los dibujos que acompañan, en los que elementos análogos se señalan con números de referencia análogos, y en los que: The invention will now be described in greater detail with reference to the preferred embodiments illustrated in the accompanying drawings, in which analogous elements are indicated by analogous reference numbers, and in which:

La figura 1 es un diagrama esquemático de una realización de un sistema de combustión para generación de vapor 15 capaz de implementar un procedimiento de acuerdo con la invención. Figure 1 is a schematic diagram of an embodiment of a combustion system for steam generation 15 capable of implementing a method according to the invention.

La figura 2 es un diagrama esquemático de una realización del sistema de liberación oxidante de la figura 1 con un sistema de liberación de gas de dilución. Figure 2 is a schematic diagram of an embodiment of the oxidant release system of Figure 1 with a dilution gas release system.

La figura 3 es un diagrama esquemático de otra realización de un sistema de combustión para generación de vapor con un sistema de liberación de gas de dilución que usa gas de combustión reciclado. 20 Figure 3 is a schematic diagram of another embodiment of a combustion system for steam generation with a dilution gas release system using recycled combustion gas. twenty

La figura 4 es un diagrama esquemático de una realización adicional del sistema de generación de vapor enriquecido con oxígeno de la figura 1. Figure 4 is a schematic diagram of a further embodiment of the oxygen enriched steam generation system of Figure 1.

La figura 5 es un diagrama esquemático de una realización del sistema de tratamiento de gas de combustión de la figura 1. Figure 5 is a schematic diagram of an embodiment of the combustion gas treatment system of Figure 1.

La figura 6 es un diagrama esquemático de otra realización del sistema de tratamiento de gas de combustión de la 25 figura 1. Figure 6 is a schematic diagram of another embodiment of the flue gas treatment system of Figure 1.

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

La invención se refiere a un procedimiento de combustión para generación de vapor para control de emisiones que usa enriquecimiento de oxígeno. El procedimiento de sustitución de al menos una parte del aire de combustión por un sistema de combustión para generación de vapor con un oxidante resultante de un gas enriquecido con oxígeno diluido 30 o no con gas de combustión recirculado, aire, N2, CO2 o vapor de acuerdo con la presente invención reduce el volumen y caudal másico del gas de combustión que abandona la cámara de combustión o planta cuando tiene lugar la combustión, creando así condiciones favorables para un control más eficiente y menos costoso de contaminantes del gas de combustión. Una ventaja significativa de la adición de una corriente de gas enriquecida con oxígeno es que la reducción en el volumen de gas de combustión permitirá la implementación de equipos de control de contaminantes 35 mucho menores, ya que el tamaño de todas estas unidades se basa principalmente en el caudal volumétrico o másico del gas de combustión que se va a tratar. The invention relates to a combustion process for steam generation for emission control using oxygen enrichment. The procedure of replacing at least a part of the combustion air with a combustion system for steam generation with an oxidant resulting from a gas enriched with oxygen diluted 30 or not with recirculated combustion gas, air, N2, CO2 or steam According to the present invention, it reduces the volume and mass flow rate of the combustion gas leaving the combustion chamber or plant when combustion takes place, thus creating favorable conditions for a more efficient and less expensive control of combustion gas contaminants. A significant advantage of the addition of a gas stream enriched with oxygen is that the reduction in the volume of combustion gas will allow the implementation of much smaller contaminant control equipment, since the size of all these units is mainly based on the volumetric or mass flow rate of the combustion gas to be treated.

Para cumplir con las normas de control de emisiones crecientemente restrictivas, las calderas de combustión de carbón pulverizado y otros sistemas de combustión para generación de vapor se requiere que estén ahora equipados con una variedad de sistemas de tratamiento de gas de combustión. Para una central eléctrica estos dispositivos representan 40 aumentos de coste significativos, tanto en términos de gasto de inversión como de costes de operación. En una central eléctrica de combustión de carbón típica, el equipo de control de emisiones podría consistir en un filtro de mangas y/o un ESP (precipitador electrostático) para eliminación de partículas, un desulfurizador de gas de combustión (FGD) para control de SOx, un sistema SCR (reducción catalítica selectiva) para control efectivo de NOx, y un sistema de reducción de mercurio. Un beneficio principal de la adición de una corriente de gas enriquecida con oxígeno es el hecho de que el 45 caudal másico de salida del gas de combustión se ve reducido de forma significativa y en consecuencia el volumen de gas de combustión se ve reducido de forma significativa en comparación con un volumen de gas de combustión generado por la cámara de combustión cuando funciona con el mismo caudal másico de combustible, la misma relación de oxígeno a combustible (o el mismo caudal másico de oxígeno) y con aire como la corriente oxidante. To comply with increasingly restrictive emission control standards, pulverized coal combustion boilers and other combustion systems for steam generation are now required to be equipped with a variety of combustion gas treatment systems. For a power plant these devices represent 40 significant cost increases, both in terms of investment spending and operating costs. In a typical coal-fired power plant, the emission control equipment could consist of a bag filter and / or an ESP (electrostatic precipitator) for particle removal, a flue gas desulfurizer (FGD) for SOx control , a SCR system (selective catalytic reduction) for effective NOx control, and a mercury reduction system. A main benefit of the addition of an oxygen enriched gas stream is the fact that the mass flow rate of combustion gas is significantly reduced and consequently the volume of combustion gas is significantly reduced compared to a volume of combustion gas generated by the combustion chamber when it operates with the same mass flow of fuel, the same ratio of oxygen to fuel (or the same mass flow of oxygen) and with air as the oxidizing current.

Debido a que el tamaño y costes de los sistemas de control de emisiones citados anteriormente dependen del caudal 50 másico o volumen del gas de combustión, la adición de una corriente de gas enriquecida con oxígeno puede conducir a ahorros de costes significativos. El uso de un gas enriquecido con oxígeno presenta también capacidades de captura de CO2 inherentes en cuando a que produce, cuando contiene altos niveles de oxígeno y muy bajo contenido de nitrógeno, un gas de combustión rico en CO2, que se puede acondicionar, comprimir y en última instancia liberar fácilmente en un Because the size and costs of the emission control systems mentioned above depend on the mass flow rate or volume of the flue gas, the addition of a gas stream enriched with oxygen can lead to significant cost savings. The use of an oxygen-enriched gas also presents CO2 capture capabilities inherent in when it produces, when it contains high levels of oxygen and very low nitrogen content, a CO2-rich combustion gas, which can be conditioned, compressed and ultimately easily release in a

lugar de secuestro. La captura de CO2 se proporciona como un valor añadido cuando se compara con la operación de combustión con aire tradicional. kidnapping place. CO2 capture is provided as an added value when compared to the combustion operation with traditional air.

Las realizaciones descritas a continuación ofrecen el potencial de reducir emisiones de SOx, NOx, mercurio y materia particulada a niveles aceptables a un coste atractivo. Además cuando el secuestro de carbono comience a ser una necesidad será posible liberar gas de combustión rico en CO2 a un lugar de secuestro con un nivel relativamente bajo 5 de procesamiento adicional. The embodiments described below offer the potential to reduce emissions of SOx, NOx, mercury and particulate matter to acceptable levels at an attractive cost. Furthermore, when carbon sequestration becomes a necessity, it will be possible to release CO2-rich combustion gas to a sequestration site with a relatively low level of additional processing.

La figura 1 ilustra una realización de un sistema de combustión para generación de vapor que incluye una cámara 10 de combustión y un sistema de control de contaminantes post–tratamiento de gas de combustión 20 diseñado para operación con enriquecimiento de oxígeno. Los términos “enriquecimiento de oxígeno” y “combustión enriquecida con oxígeno” se refieren a combustión con una corriente oxidante siendo al menos parte de la misma una corriente de gas 10 enriquecido con oxígeno. El término “gas enriquecido con oxígeno” se refiere a una corriente de gas que contiene de 21% a 100% de oxígeno. Figure 1 illustrates an embodiment of a combustion system for steam generation that includes a combustion chamber 10 and a post-treatment combustion gas contaminant control system 20 designed for oxygen enrichment operation. The terms "oxygen enrichment" and "oxygen-enriched combustion" refer to combustion with an oxidizing current, at least part of it being a gas stream 10 enriched with oxygen. The term "oxygen enriched gas" refers to a gas stream containing from 21% to 100% oxygen.

En la realización de la figura 1 a la cámara 10 de combustión se alimenta una corriente 32 de combustible de un sistema 30 de liberación de combustible y una corriente oxidante 46 de un sistema 44 de liberación oxidante. El sistema 44 de liberación oxidante recibe una corriente 42 de gas enriquecido con oxígeno de un sistema 40 de generación de gas 15 enriquecido con oxígeno. La corriente 42 de gas enriquecido con oxígeno presenta un contenido en oxígeno de 21% a 100%. De acuerdo con una realización, el contenido en oxígeno de la corriente de gas enriquecido con oxígeno es aproximadamente 90% o más, preferiblemente aproximadamente 95% o más. El combustible se quema en la cámara 10 de combustión calentando agua de un aprovisionamiento de agua 50 y genera vapor 52. El vapor 52 se puede alimentar a un generador eléctrico 54 para la generación de energía eléctrica. 20 In the embodiment of Figure 1, a fuel stream 32 of a fuel release system 30 and an oxidizing stream 46 of an oxidant release system 44 are fed to the combustion chamber 10. The oxidant release system 44 receives a stream 42 of oxygen-enriched gas from an oxygen-enriched gas generating system 40. The stream 42 of oxygen-enriched gas has an oxygen content of 21% to 100%. According to one embodiment, the oxygen content of the oxygen enriched gas stream is about 90% or more, preferably about 95% or more. The fuel is burned in the combustion chamber 10 by heating water from a water supply 50 and generates steam 52. The steam 52 can be fed to an electric generator 54 for the generation of electrical energy. twenty

En la figura 1 la corriente 22 de gas de combustión que sale de la cámara 10 de combustión presenta un volumen de gas de combustión que es menor que un volumen de gas de combustión generado por la caldera cuando funciona con aire como la corriente oxidante. El sistema 20 de control de contaminante del gas de combustión que recibe la corriente 22 de combustión de la cámara 10 de combustión reduce al menos uno entre materia particulada, SOx, NOx y mercurio en el gas de combustión para cumplir las normas de emisión. Debido a la reducción en el volumen de gas de 25 combustión, el sistema 20 de control de contaminante es de un coste inferior debido al menor tamaño alcanzando similar o mejor control de la contaminación cuando se compara con un sistema de control de la contaminación necesario para el funcionamiento de combustión con aire tradicional. El gas 24 de combustión que sale del sistema 20 de control de contaminantes puede alimentarse al bloque 60 y/o un sistema de acondicionamiento y secuestro de CO2 70. In Figure 1, the combustion gas stream 22 leaving the combustion chamber 10 has a volume of combustion gas that is smaller than a volume of combustion gas generated by the boiler when operating with air such as the oxidizing stream. The flue gas pollutant control system 20 receiving the combustion stream 22 of the combustion chamber 10 reduces at least one of particulate matter, SOx, NOx and mercury in the flue gas to meet the emission standards. Due to the reduction in the volume of combustion gas, the pollutant control system 20 is of a lower cost due to the smaller size reaching similar or better pollution control when compared to a pollution control system necessary for the combustion operation with traditional air. The combustion gas 24 leaving the contaminant control system 20 can be fed to block 60 and / or a CO2 conditioning and sequestration system 70.

Las figuras 2 y 3 ilustran realizaciones de la invención en las que el sistema de combustión incluye un sistema de 30 liberación de oxidante que incluye un sistema 48 de liberación de gas de dilución, para suministrar la corriente oxidante 46 a la cámara 10 de combustión. Figures 2 and 3 illustrate embodiments of the invention in which the combustion system includes an oxidant release system 30 that includes a dilution gas release system 48, for supplying the oxidant stream 46 to the combustion chamber 10.

El sistema 48 de liberación de gas de dilución libera una cantidad controlada de gas de dilución, tal como aire, H2O, CO2, N2 o gas de combustión. La corriente 49 de gas de dilución se combina con la corriente 42 de gas enriquecido con oxígeno formando la corriente oxidante 46. La corriente oxidante 46 se puede liberar en la cámara 10 de combustión en 35 una o más corrientes. Cuando la corriente oxidante 46 se libera en más de una corriente la pluralidad de corrientes pueden ser la misma o diferente siendo la corriente oxidante descrita la media de todas las corrientes oxidantes como si las corrientes oxidantes se mezclaran conjuntamente en una única corriente. The dilution gas release system 48 releases a controlled amount of dilution gas, such as air, H2O, CO2, N2 or combustion gas. The dilution gas stream 49 is combined with the oxygen enriched gas stream 42 forming the oxidizing stream 46. The oxidizing stream 46 can be released into the combustion chamber 10 in one or more streams. When the oxidizing stream 46 is released in more than one stream the plurality of streams may be the same or different, the described oxidant stream being the average of all oxidizing streams as if the oxidizing streams are mixed together in a single stream.

Como se muestra en la figura 3 el sistema de liberación del gas de dilución puede incluir una corriente de gas de combustión 80 reciclada o recirculada que se incorpora a la corriente 42 de gas enriquecido con oxígeno bien sola o 40 bien en combinación con otros gases de dilución. El sistema 48 de liberación de gas de dilución controla la liberación del gas de dilución para conseguir una corriente oxidante 46 en la forma de aire sintético con un contenido en oxígeno optimizado para la aplicación de combustión particular. Cuando el gas de dilución usado es gas de combustión recirculado, el caudal másico de oxidante inyectado en la cámara de combustión puede ser equivalente al caudal másico de oxidante de un caso de combustión con aire, pero el caudal másico final que se trata en los sistemas de 45 control de la contaminación es realmente inferior debido a la recirculación que elimina una parte del gas de combustión. Considerando que si el gas de dilución usado es aire, N2, CO2, o vapor, la cantidad de este gas de dilución debería ser tal que el caudal másico oxidante global es menor que el caudal másico de aire requerido en un caso de combustión con aire. As shown in Figure 3, the dilution gas release system may include a stream of recycled or recirculated combustion gas 80 that is incorporated into the stream 42 of oxygen-enriched gas either alone or in combination with other gases of dilution. The dilution gas release system 48 controls the release of the dilution gas to achieve an oxidizing stream 46 in the form of synthetic air with an oxygen content optimized for the particular combustion application. When the dilution gas used is recirculated combustion gas, the mass flow rate of oxidant injected into the combustion chamber may be equivalent to the mass flow rate of oxidant in a case of combustion with air, but the final mass flow rate treated in the systems Pollution control is really inferior due to the recirculation that eliminates a part of the flue gas. Whereas if the dilution gas used is air, N2, CO2, or steam, the amount of this dilution gas should be such that the overall oxidizing mass flow rate is less than the mass air flow rate required in a case of combustion with air .

La cámara 10 de combustión puede incluir cualquier sistema de combustión para generación de vapor industrial donde 50 se pueda llevar a cabo la combustión enriquecida con oxígeno tal como, pero sin limitarse a estos, centrales de generación eléctrica o centrales de generación de vapor en general, calderas de combustión de carbón, calderas de combustión de gas, y calderas industriales. Estas cámaras de combustión para generación de vapor no usan en general enriquecimiento de oxígeno debido al coste de implementación de los sistemas de oxígeno enriquecido en tanto no se encuentren asociados fuertes limitaciones financieras con algunas emisiones de contaminantes. 55 The combustion chamber 10 can include any combustion system for industrial steam generation where oxygen-enriched combustion can be carried out such as, but not limited to, power generation plants or steam generation plants in general, coal combustion boilers, gas combustion boilers, and industrial boilers. These combustion chambers for steam generation do not generally use oxygen enrichment due to the cost of implementing enriched oxygen systems as long as strong financial constraints are not associated with some pollutant emissions. 55

La invención es útil para cámaras 10 de combustión que usan combustibles gaseosos, líquidos y sólidos, incluyendo gas natural, gases residuales de procesos industriales, otros combustibles gaseosos, aceite, residuos pesados líquidos, otros combustibles líquidos, carbón, coque, coque de quemador, residuos pesados sólidos, y otros combustibles sólidos. The invention is useful for combustion chambers 10 using gaseous, liquid and solid fuels, including natural gas, industrial process waste gases, other gaseous fuels, oil, liquid heavy waste, other liquid fuels, coal, coke, burner coke, heavy solid waste, and other solid fuels.

Los combustibles sólidos se muelen normalmente, tal como carbón pulverizado, y se transportan como la corriente 32 de combustible a la cámara 10 de combustión con un gas transportador que puede incluir aire, gas de combustión, oxidante, u otro gas. Los combustibles líquidos se pueden atomizar en vapor antes de entrar en la cámara 10 de combustión. Solid fuels are normally ground, such as pulverized coal, and transported as the fuel stream 32 to the combustion chamber 10 with a transport gas that may include air, combustion gas, oxidant, or other gas. Liquid fuels can be atomized in steam before entering combustion chamber 10.

En la realización de la figura 4 se separa en primer lugar una corriente 90 de aire en la unidad 40 de separación de aire 5 tal como, pero sin limitarse a estas, unidades criogénicas, de membrana o un sistema PSA o VSA de adsorción para producir una corriente de oxígeno de alta pureza, produciéndose nitrógeno como un subproducto. De acuerdo con un ejemplo la corriente 42 de oxígeno presenta una pureza de aproximadamente 90% o más, preferiblemente 95% o más y la corriente de nitrógeno 94 presenta una pureza de aproximadamente 90% o más, preferiblemente 98% o más. Se puede producir también una corriente de argon que puede incluir una mezcla de argon y oxígeno que requiere un 10 dispositivo de separación adicional para producir una corriente de argon sustancialmente pura. In the embodiment of Fig. 4, a stream 90 of air is first separated in the air separation unit 40 such as, but not limited to, cryogenic, membrane units or a PSA or VSA adsorption system to produce a stream of high purity oxygen, producing nitrogen as a byproduct. According to one example, the oxygen stream 42 has a purity of about 90% or more, preferably 95% or more, and the nitrogen stream 94 has a purity of about 90% or more, preferably 98% or more. An argon stream can also be produced that can include a mixture of argon and oxygen that requires an additional separation device to produce a substantially pure argon stream.

La corriente 42 de oxígeno sustancialmente puro o gas enriquecido con oxígeno de la unidad 40 de separación de aire se puede inyectar en la cámara 10 de combustión directamente o, la corriente enriquecida con oxígeno 42 se puede mezclar con uno o más gases de dilución con el sistema 48 de liberación de gas de dilución. El sistema de generación de gas enriquecido con oxígeno puede incluir de forma alternativa un tanque de oxígeno líquido o conductos de 15 liberación de oxígeno líquido. The stream 42 of substantially pure oxygen or oxygen enriched gas from the air separation unit 40 may be injected directly into the combustion chamber 10 or, the stream enriched with oxygen 42 may be mixed with one or more dilution gases with the 48 dilution gas release system. The oxygen enriched gas generation system may alternatively include a liquid oxygen tank or liquid oxygen release ducts.

La corriente 22 de gas de combustión resultante del proceso de combustión se envía a una serie de unidades de control de contaminante que constituyen el sistema de control de contaminantes post–tratamiento 20 del gas de combustión. El sistema 20 de control de contaminantes permite la eliminación de una parte o toda la cantidad de uno o más entre materia particulada, SOx, NOx, y mercurio (siendo cada una de estas especies opcional, en función del proceso) antes 20 del uso subsiguiente (tal como sistemas de recuperación de calor) o eliminación en el bloque 60. The combustion gas stream 22 resulting from the combustion process is sent to a series of contaminant control units that constitute the post-treatment contaminant control system 20 of the combustion gas. The contaminant control system 20 allows the elimination of part or all of the amount of one or more between particulate matter, SOx, NOx, and mercury (each of these species being optional, depending on the process) before the subsequent use (such as heat recovery systems) or removal in block 60.

De acuerdo con un ejemplo, mostrado en la figura 5, el sistema 20 de control de contaminantesa incluye un sitio 70 de sistema de eliminación de materia particulada 100, un sistema 102 de eliminación de SOx, un sistema 104 de eliminación de mercurio, y un sistema 106 de eliminación de NOx. According to an example, shown in Figure 5, the contaminant control system 20 includes a site 70 of particulate matter removal system 100, a SOx removal system 102, a mercury removal system 104, and a NOx removal system 106.

Además, como se muestra en las figuras, la invención puede incluir también un sitio 70 de secuestro y 25 acondicionamiento o reutilización de CO2 opcional (reutilización a través de recuperación de aceite adicional, metano en lecho de carbón, etc.) El gas 24 de combustión limpio rico en CO2 resultante de este proceso se libera al sitio 70 de secuestro proporcionando el valor añadido de captura de CO2. Si la corriente de gas de combustión se va a secuestrar o a reutilizar, el tratamiento de gas de combustión requerido se podría reducir hasta el nivel de acondicionamiento de CO2 y requerimientos de conductos (contenido máximo permitido para gases ácidos que resultan de NOx, SOx etc.). 30 In addition, as shown in the figures, the invention may also include a site 70 for sequestration and conditioning or reuse of optional CO2 (reuse through recovery of additional oil, methane in coal bed, etc.). Clean CO2-rich combustion resulting from this process is released to the sequestration site 70 providing the added value of CO2 capture. If the combustion gas stream is to be sequestered or reused, the required combustion gas treatment could be reduced to the level of CO2 conditioning and duct requirements (maximum allowable content for acid gases resulting from NOx, SOx etc. ). 30

Los sistemas de la presente invención se pueden implementar mediante reconversión de los sistemas de combustión existentes o en nuevos sistemas. Un interés principal de esta invención es que en cualquier configuración (reconversión o nuevo diseño), la eliminación parcial de nitrógeno en la corriente de oxidante 46 reducirá el volumen de gas de combustión y por tanto, el caudal másico, en un factor de dos hasta un factor de cuatro en comparación con el caso de corriente de aire, lo que ofrece ventajas significativas. Una ventaja de la eliminación del lastre de nitrógeno en la 35 corriente de oxidante 46, sin compensar toda la cantidad eliminada con una dilución adicional, es el aumento de la temperatura de llama adiabática. Este fenómeno es la principal característica de la combustión enriquecida con oxígeno y se puede explotar para aumentar la eficiencia de diversos sistemas de combustión. The systems of the present invention can be implemented by converting existing combustion systems or into new systems. A major interest of this invention is that in any configuration (reconversion or new design), the partial removal of nitrogen in the oxidant stream 46 will reduce the volume of combustion gas and therefore, the mass flow rate, by a factor of two to a factor of four compared to the case of air flow, which offers significant advantages. An advantage of the removal of the nitrogen ballast in the oxidant stream 46, without compensating the entire amount eliminated with an additional dilution, is the increase in the adiabatic flame temperature. This phenomenon is the main characteristic of oxygen-enriched combustion and can be exploited to increase the efficiency of various combustion systems.

Una ventaja de la adición de la corriente de gas enriquecido con oxígeno al sistema de combustión, además de esta primera ventaja, es que la reducción en volumen de gas de combustión (mediante la eliminación de nitrógeno) permitirá 40 la implementación de un sistema 20 de control de contaminantes mucho más pequeño, debido a que el tamaño de las unidades de tratamiento de gas de combustión se basa principalmente en el caudal volumétrico o másico del gas de combustión que se va a tratar. Además en aplicaciones de combustión con oxígeno tal como en el contexto de la invención, la ausencia de nitrógeno diluyente conducirá a niveles concentrados de contaminantes en el gas de combustión. Las elevadas concentraciones de contaminante mejorarán su absorción en los diferentes sistemas de 45 control de contaminantes, mejorando la eficiencia de eliminación para todas las especies. An advantage of the addition of the oxygen enriched gas stream to the combustion system, in addition to this first advantage, is that the reduction in volume of combustion gas (by removing nitrogen) will allow the implementation of a system 20 of Pollutant control much smaller, because the size of the combustion gas treatment units is mainly based on the volumetric or mass flow rate of the combustion gas to be treated. In addition in oxygen combustion applications such as in the context of the invention, the absence of diluent nitrogen will lead to concentrated levels of contaminants in the flue gas. The high concentrations of pollutant will improve its absorption in the different pollutant control systems, improving the elimination efficiency for all species.

Un ejemplo de una reducción de coste conseguida con el enriquecimiento con oxígeno es el ejemplo de los lavadores de desulfurización de gas (FGD), este tipo de unidades ofrecen excelentes eficiencias de eliminación de SO2 y son procesos flexibles, pero son relativamente exigentes en inversión y costosos de operar. Un modo de reducir los costes de FGD, manteniendo aún al menos la misma eficiencia de eliminación de SO2, es reducir el volumen de gas 50 combustible que necesita ser tratado. Esto es exactamente lo que se consigue con el enriquecimiento de oxígeno. Asumiendo que el coste del lavador sigue un aumento exponencial de 0,6, se puede demostrar que cuando el enriquecimiento en oxígeno alcanza el 100%, se pueden conseguir reducciones de gastos de inversión del 50 a 60%. Una reducción principal en el caudal másico de gas de combustión dará lugar por tanto a ahorros de FGD significativos para los operadores de la planta. 55 An example of a cost reduction achieved with oxygen enrichment is the example of gas desulfurization washers (FGD), this type of units offer excellent SO2 removal efficiencies and are flexible processes, but are relatively demanding in investment and expensive to operate One way to reduce FGD costs, while still maintaining at least the same SO2 removal efficiency, is to reduce the volume of combustible gas that needs to be treated. This is exactly what is achieved with oxygen enrichment. Assuming that the cost of the scrubber follows an exponential increase of 0.6, it can be shown that when the oxygen enrichment reaches 100%, reductions in investment expenses from 50 to 60% can be achieved. A major reduction in the mass flow of combustion gas will therefore result in significant FGD savings for plant operators. 55

Otra ventaja del enriquecimiento de oxígeno es el hecho de que la eliminación de nitrógeno de las corrientes de oxidante, junto con la recirculación de una parte de los NOx cuando se recircula el gas de combustión, reducirá de forma significativa la formación de NOx o destruirá algo de los NOx previamente formados. Una estrategia de reducción de NOx Another advantage of oxygen enrichment is the fact that the removal of nitrogen from the oxidant streams, together with the recirculation of a part of the NOx when the combustion gas is recirculated, will significantly reduce the formation of NOx or destroy something of the previously formed NOx. A NOx reduction strategy

que combina el enriquecimiento de oxígeno con, por ejemplo, un quemador de NOx inferiores y/o una técnica de combustión efectiva y/o un esquema de recirculación de gas de combustión, reducirá las tasas de formación de NOx sustancialmente. De hecho, estas técnicas podrían incluso reemplazar los procesos de eliminación de NOx convencionales tales como reducción catalítica selectiva (SCR). which combines oxygen enrichment with, for example, a lower NOx burner and / or an effective combustion technique and / or a combustion gas recirculation scheme, will reduce NOx formation rates substantially. In fact, these techniques could even replace conventional NOx removal processes such as selective catalytic reduction (SCR).

De forma alternativa si el nivel de emisiones de NOx se mantiene por encima de los niveles permitidos, el volumen 5 reducido del gas de combustión permitirá al menos el uso de unidades 106 de deNOx de tamaño sustancialmente reducido. Considerando gastos de inversión de SCR que alcanza aproximadamente los 80 dólares/kW, el ahorro en gastos de inversión será muy significativo. Alternatively, if the level of NOx emissions is maintained above the permitted levels, the reduced volume 5 of the flue gas will allow at least the use of deNOx units 106 of substantially reduced size. Considering SCR investment expenses that reach approximately 80 dollars / kW, the savings in investment expenses will be very significant.

Así mismo el enriquecimiento de oxígeno ofrecerá importantes ventajas en términos de captura de CO2. El continuo aumento en concentraciones de CO2 atmosférico puede impulsar nuevas medidas para aminorar las emisiones de CO2 10 de centrales eléctricas de combustión de combustibles fósiles. La combustión de combustibles fósiles se considera que es una contribución principal en el aumento de concentraciones de CO2 y se espera que las regulaciones de CO2 potenciales se dirijan eventualmente a procedimientos de combustión industrial que usen estos tipos de combustible. Likewise, oxygen enrichment will offer important advantages in terms of CO2 capture. The continuous increase in atmospheric CO2 concentrations can drive new measures to reduce CO2 emissions from fossil fuel combustion power plants. The combustion of fossil fuels is considered to be a major contribution to the increase in CO2 concentrations and potential CO2 regulations are expected to eventually address industrial combustion procedures using these types of fuel.

Las técnicas actuales para la captura, transporte y eliminación de CO2 requieren consumo intensivo de energía y son caras. La mayor parte de los costes se asocian con el proceso de separación de CO2 más que con el transporte y 15 secuestro. La técnica más ampliamente aceptada para eliminar CO2 del gas de combustión implica el uso de absorbentes tales como monoetanolamina (MEA) u otros reactivos químicos. La regeneración del absorbente es extremadamente intensiva en consumo de energía y conduce a la degradación del reactivo provocando problemas de corrosión. La eliminación del CO2 del gas de combustión o una corriente de gas enriquecida con oxígeno podría facilitarse en gran medida si el aire de combustión se reemplaza con oxígeno, tal como se propone en la presente 20 invención, eliminado los efectos de dilución del componente nitrógeno y la necesidad de lavado del gas de combustión. Para casos de elevado enriquecimiento de oxígeno, el gas de combustión limpio contendrá altos niveles de CO2, que puede ser licuado, comprimido, y en su caso comercializado como un producto o liberarse a un punto de secuestro tal como en la recuperación mejorada de petróleo (EOR). En estos casos el sistema de tratamiento de gas de combustión 20 también sirve como un sistema de purificación de CO2. 25 Current techniques for CO2 capture, transport and disposal require intensive energy consumption and are expensive. Most of the costs are associated with the CO2 separation process rather than with transport and sequestration. The most widely accepted technique for removing CO2 from combustion gas involves the use of absorbents such as monoethanolamine (MEA) or other chemical reagents. The regeneration of the absorbent is extremely intensive in energy consumption and leads to degradation of the reagent causing corrosion problems. The removal of CO2 from the combustion gas or a stream of oxygen-enriched gas could be greatly facilitated if the combustion air is replaced with oxygen, as proposed in the present invention, eliminating the effects of dilution of the nitrogen component and the need to wash flue gas. For cases of high oxygen enrichment, the clean combustion gas will contain high levels of CO2, which can be liquefied, compressed, and if necessary marketed as a product or released to a sequestration point such as in improved oil recovery ( EOR). In these cases the combustion gas treatment system 20 also serves as a CO2 purification system. 25

Una valoración económica del concepto de enriquecimiento con oxígeno puede mostrar también la viabilidad del sistema y procedimiento de combustión mejorada con oxidante descrito anteriormente. Por supuesto, los diferentes costes y su reparto variarán de una aplicación industrial a otra pero se puede llevar a cabo no obstante una evaluación global. El caso base en un ejemplo sería un procedimiento con corriente de aire convencional con una unidad FGD, una unidad de deNOx, sistemas de eliminación de mercurio y materia particulada (tal como precipitadores electrostáticos, 30 filtros de mangas, lavadores, SCR, etc.). Se considera también el escenario de captura de CO2. En el caso de captura de CO2, la planta basal incluye un sistema lavador basado en MEA. Esto no se requerirá para el caso de oxi–combustión ya que produce de forma inherente un efluente rico en CO2. An economic assessment of the oxygen enrichment concept may also show the viability of the improved combustion system and process with oxidant described above. Of course, the different costs and their distribution will vary from one industrial application to another, but a global evaluation can be carried out nonetheless. The base case in one example would be a conventional air flow procedure with an FGD unit, a deNOx unit, mercury and particulate matter removal systems (such as electrostatic precipitators, 30 bag filters, washers, SCR, etc.) . The CO2 capture scenario is also considered. In the case of CO2 capture, the basal plant includes a washing system based on MEA. This will not be required in the case of oxy-combustion as it inherently produces an effluent rich in CO2.

El gasto de inversión del sistema de combustión enriquecido con oxígeno se reduce en al menos aproximadamente 40%. Esta estimación es conservadora y considera el hecho de que algunos de los componentes no se verán afectados 35 por los menores volúmenes de gas de combustión. Igualmente en lo que respecta a control de emisiones de SOx, mercurio y materia particulada, se reducen los costes de equipamiento relacionados en un conservador aproximadamente el 33%. Debido a las muy bajas tasas de formación de NOx esperadas para una nueva planta con combustión enriquecida con oxígeno, la unidad SCR se retira del proceso. The investment expense of the oxygen-enriched combustion system is reduced by at least about 40%. This estimate is conservative and considers the fact that some of the components will not be affected by the lower volumes of flue gas. Likewise, with regard to the control of emissions of SOx, mercury and particulate matter, related equipment costs are reduced by a conservator by approximately 33%. Due to the very low NOx formation rates expected for a new oxygen-enriched combustion plant, the SCR unit is removed from the process.

Estas estimaciones indican que los gastos de inversión de la unidad de separación de aire (ASU) u otro sistema de 40 generación de gas 40 serán más que compensadas por la reducción de coste relacionada con la reducción de tamaño del sistema de combustión y sistema 20 de control de contaminantes y la retirada de la unidad SCR. En el escenario de captura de CO2, el sistema enriquecido con oxígeno presenta una ventaja de coste incluso más clara frente al basal. These estimates indicate that the investment costs of the air separation unit (ASU) or other 40 gas generation system 40 will be more than offset by the cost reduction related to the reduction of combustion system size and system 20 Contaminant control and removal of the SCR unit. In the CO2 capture scenario, the oxygen-enriched system has an even clearer cost advantage over the baseline.

Sobre todo esto, la unidad 40 de separación de aire de la figura 4 es un sistema multi–producto, que genera una corriente de nitrógeno sustancialmente puro 94 además de la corriente 42 de oxígeno. En una aplicación dada el ASU 45 se optimizará para producir oxígeno, nitrógeno, y posiblemente argon en las purezas y presiones deseadas. En un caso particular el ASU puede optimizarse para producir oxígeno gaseoso a baja presión para el procedimiento de combustión, y una corriente de nitrógeno de alto valor. De este modo, los ingresos del nitrógeno como producto pueden compensar los costes de producción del oxígeno. Este análisis sugiere que la técnica cuando se aplica a una nueva planta comercial a escala real es económicamente viable. 50 Above all this, the air separation unit 40 of Figure 4 is a multi-product system, which generates a substantially pure nitrogen stream 94 in addition to the oxygen stream 42. In a given application, ASU 45 will be optimized to produce oxygen, nitrogen, and possibly argon at the desired purities and pressures. In a particular case, the ASU can be optimized to produce low pressure gaseous oxygen for the combustion process, and a high value nitrogen stream. In this way, the income of nitrogen as a product can compensate for the production costs of oxygen. This analysis suggests that the technique when applied to a new commercial plant at real scale is economically viable. fifty

Por tanto este sistema de combustión para generación de vapor conlleva un nuevo enfoque para el control multi–contaminante en procesos de combustión industrial ya que permite una eliminación más eficiente y con coste más efectivo de SOx, NOx, mercurio y materia particulada, consiguiéndose esta elevada eficiencia con la implementación de combustión enriquecida con oxígeno en el sistema de combustión y la reducción drástica resultante de la cantidad de gas de combustión que se trata. 55 Therefore, this combustion system for steam generation involves a new approach for multi-pollutant control in industrial combustion processes since it allows a more efficient and more cost effective removal of SOx, NOx, mercury and particulate matter, achieving this high efficiency with the implementation of oxygen-enriched combustion in the combustion system and the drastic reduction resulting from the amount of combustion gas being treated. 55

De forma adicional, cuando el secuestro de carbón llegue a ser una realidad el procedimiento descrito permite la liberación del gas de combustión rico en CO2 24 en un punto de secuestro con un nivel relativamente bajo de procesamiento, ofreciendo así otra ventaja de coste enorme frente a los sistemas de combustión con aire actuales. Additionally, when carbon sequestration becomes a reality, the described procedure allows the release of CO2-rich combustion gas 24 at a sequestration point with a relatively low level of processing, thus offering another enormous cost advantage over the current air combustion systems.

El procedimiento integrado propuesto conducirá de este modo a una nueva generación de procesos de combustión, caracterizados no sólo por emisiones bajas/nulas sino también por alta eficiencia y reducido gasto de inversión, que mejorará de forma drástica su competitividad en un mundo industrial cada vez más regulado en términos de emisiones. The proposed integrated procedure will thus lead to a new generation of combustion processes, characterized not only by low / zero emissions but also by high efficiency and reduced investment expenditure, which will dramatically improve your competitiveness in an increasingly industrial world regulated in terms of emissions.

La figura 6 ilustra una realización alternativa de un sistema de control de contaminantes por post–tratamiento de gas combustible 20b que incluye un dispositivo 112 de tratamiento de gas de combustión basado en plasma. La corriente 22 5 de gas de combustión en la figura 6 se alimenta a un sistema 20b de control de contaminante que incluye un sistema 110 de eliminación de partículas y un dispositivo 112 basado en plasma tal como un reactor de descarga de barrera. El fin de este dispositivo 112 es generar especies radicalarias que oxiden los contaminantes a temperaturas relativamente bajas. De ahí que NO se oxide a NO2 y HNO3, SO2 a SO3 y H2SO4, y Hg a HgO. Estos óxidos superiores y partículas se eliminan subsiguientemente en un recipiente de absorción, ESP por vía húmeda, etc. Con uso de oxidantes 10 enriquecidos con oxígeno el volumen del gas de combustión que se alimenta al sistema de tratamiento de gas de combustión es reducido, con lo que se llega a usar equipo más compacto, y se reduce el consumo de energía del dispositivo. También la inyección de un oxidante enriquecido con oxígeno aguas arriba del dispositivo 112 basado en plasma podría mejorar la formación de las especies oxidantes radicalarias. Este sistema ofrece la ventaja de reducir el coste del tratamiento del gas de combustión, y en casos de alto enriquecimiento con oxígeno, produce una corriente de 15 CO2 limpia concentrada, que se puede comercializar o liberar en un lugar de secuestro. Figure 6 illustrates an alternative embodiment of a contaminant control system by post-treatment of combustible gas 20b including a plasma-based combustion gas treatment device 112. The flue gas stream 22 5 in Figure 6 is fed to a contaminant control system 20b that includes a particle removal system 110 and a plasma-based device 112 such as a barrier discharge reactor. The purpose of this device 112 is to generate radical species that oxidize contaminants at relatively low temperatures. Hence it does NOT oxidize to NO2 and HNO3, SO2 to SO3 and H2SO4, and Hg to HgO. These higher oxides and particles are subsequently removed in an absorption vessel, ESP wet, etc. With the use of oxidizers 10 enriched with oxygen, the volume of the combustion gas that is fed to the combustion gas treatment system is reduced, whereby more compact equipment is used, and the energy consumption of the device is reduced. Also the injection of an oxygen-enriched oxidant upstream of the plasma-based device 112 could improve the formation of radical oxidant species. This system offers the advantage of reducing the cost of combustion gas treatment, and in cases of high oxygen enrichment, it produces a stream of concentrated clean CO2, which can be marketed or released at a sequestration site.

La realización de la figura 6 incluye un sistema 110 de eliminación de partículas, tal como un ESP o filtros de mangas. El dispositivo 112 de tratamiento de gas de combustión basado en plasma puede ser cualquiera de los sistemas conocidos, tal como uno de los descritos en las patentes de Estados Unidos nº 6.132.692; 6.117.403; y 5.871.703, que se usa para eliminar la mayor parte de los contaminantes que quedan. En la primera etapa de este sistema un reactor 20 de descarga de barrera o dispositivo similar genera especies radicales (OH, O, etc.) capaces de oxidar contaminantes a temperaturas relativamente bajas. De ahí que el NO se oxide a NO2 y HNO3, SO2 a SO3 y H2SO4, y Hg a HgO. La adición de un oxidante enriquecido con oxígeno a la corriente de entrada aumentaría la concentración de oxígeno y potencialmente aumentaría la tasa de formación de especies radicales. Las especies oxidadas y partículas que quedan se eliminan luego del gas de combustión en un recipiente de absorción y precipitador electrostático por vía húmeda. La 25 eliminación de SO2 y NO2 puede mejorarse con la adición de un reactivo tal como amoniaco. Se recuperan subproductos que se puede comercializar tales como ácido sulfúrico, ácido nítrico, nitrato de amonio o sulfato de amonio. Este sistema es también capaz de eliminar especies metálicas tales como Ni, As, Cu, Pb, Zn etc. (McLarnon y col.). Esta característica será beneficiosa para sistemas de combustión que queman combustibles que contienen metales, por ejemplo, coque de petróleo con sus altos contenidos de vanadio y níquel. 30 The embodiment of Figure 6 includes a particle removal system 110, such as an ESP or bag filters. The plasma-based combustion gas treatment device 112 may be any of the known systems, such as one of those described in US Pat. Nos. 6,132,692; 6,117,403; and 5,871,703, which is used to remove most of the remaining contaminants. In the first stage of this system a barrier discharge reactor 20 or similar device generates radical species (OH, O, etc.) capable of oxidizing contaminants at relatively low temperatures. Hence, NO is oxidized to NO2 and HNO3, SO2 to SO3 and H2SO4, and Hg to HgO. The addition of an oxygen-enriched oxidant to the inlet stream would increase the oxygen concentration and potentially increase the rate of radical species formation. The oxidized species and particles that remain are then removed from the combustion gas in an absorption container and electrostatic precipitator by wet route. The removal of SO2 and NO2 can be improved with the addition of a reagent such as ammonia. By-products that can be sold such as sulfuric acid, nitric acid, ammonium nitrate or ammonium sulfate are recovered. This system is also capable of eliminating metallic species such as Ni, As, Cu, Pb, Zn etc. (McLarnon et al.). This feature will be beneficial for combustion systems that burn fuels that contain metals, for example, petroleum coke with its high vanadium and nickel contents. 30

El caudal másico del gas de combustión reducido se traslada a electrodos más pequeños y/o más cortos en el sistema de descarga de barrera 112, un recipiente de absorción más pequeño, y ESP por vía húmeda más pequeño. La zona del electrodo reducido también reducirá el consumo de energía del plasma de descarga. El enriquecimiento de oxígeno por la adición de una corriente de oxígeno o enriquecida con oxígeno 114 a la corriente que entra en el reactor de descarga de barrera 112 podría también mejorar la formación de la especie oxidante, reduciendo potencialmente el 35 tamaño y el consumo de energía requeridos por el dispositivo. The mass flow of the reduced combustion gas is transferred to smaller and / or shorter electrodes in the barrier discharge system 112, a smaller absorption vessel, and ESP by smaller wet route. The reduced electrode zone will also reduce the energy consumption of the discharge plasma. Oxygen enrichment by the addition of an oxygen or oxygen enriched stream 114 to the current entering the barrier discharge reactor 112 could also improve the formation of the oxidizing species, potentially reducing the size and energy consumption required by the device.

Por lo tanto este sistema proporciona un proceso de control multi–contaminante de bajo coste, y en casos de enriquecimiento de oxígeno alto, produce una corriente de CO2 concentrada limpia, que se puede comercializar o liberar en un lugar de secuestro. Therefore this system provides a low-cost multi-contaminant control process, and in cases of high oxygen enrichment, it produces a clean concentrated CO2 stream, which can be marketed or released at a sequestration site.

Otra realización de la invención se refiere a un procedimiento de reconversión o re–energetización de un sistema de 40 combustión para generación de vapor, de combustión con aire comercial, para reducir el coste global de control de emisiones. El procedimiento incluye las etapas de añadir un sistema de generación de gas enriquecido con oxígeno al sistema de combustión para generación de vapor para liberar una corriente enriquecida con oxígeno con 21% a 100% de oxígeno, liberación de la corriente enriquecida con oxígeno a un sistema de liberación de oxidante para producir una corriente oxidante para la cámara de combustión del sistema de combustión, y conseguir un caudal másico reducido del 45 gas de combustión que sale de la cámara de combustión debido al enriquecimiento del oxidante con la corriente de gas enriquecida con oxígeno. El sistema de control de contaminantes del gas de combustión es modificado para que resulte ventajoso con la reducción del volumen de gas de combustión y los menores niveles de emisión del sistema para generación de vapor enriquecido con oxígeno mediante: a) reemplazo de al menos un dispositivo en el sistema de control de contaminantes del gas de combustión del sistema de combustión con un dispositivo de control de 50 contaminantes de un tamaño inferior que consigue similar o mejor control de la contaminación para dispositivos de control de contaminantes de salida cuando el contaminante aún se tiene que eliminar para cumplir la misma normativa, b) para nuevos dispositivos de control requeridos debido a las regulaciones más exigentes, adición de al menos un dispositivo en el sistema de control de contaminantes del gas de combustión con un menor tamaño que el tamaño necesario para tratar el gas de combustión generado por este sistema de combustión cuando se opera con aire, y/o c) 55 retirada del dispositivo dedicado a la reducción de NOx cuando el sistema de combustión enriquecido con oxígeno alcanza niveles muy bajos de NOx y el dispositivo no se requiere debido a la reducción de emisión alcanzada. Another embodiment of the invention relates to a process of reconversion or re-energization of a combustion system for steam generation, combustion with commercial air, to reduce the overall cost of emission control. The process includes the steps of adding an oxygen enriched gas generation system to the combustion system for steam generation to release an oxygen enriched stream with 21% to 100% oxygen, release of the oxygen enriched stream to a system of oxidant release to produce an oxidizing current for the combustion chamber of the combustion system, and to achieve a reduced mass flow rate of the combustion gas leaving the combustion chamber due to the enrichment of the oxidant with the oxygen enriched gas stream . The combustion gas contaminant control system is modified to be advantageous with the reduction of the volume of combustion gas and the lower emission levels of the system for the generation of oxygen-enriched steam by: a) replacement of at least one device in the combustion gas pollutant control system of the combustion system with a control device of 50 pollutants of a smaller size that achieves similar or better pollution control for control devices for exit pollutants when the pollutant still has to eliminate to comply with the same regulations, b) for new control devices required due to the most demanding regulations, adding at least one device in the flue gas pollutant control system with a smaller size than the size needed to treat the combustion gas generated by this combustion system when operating with ai re, and / or c) removal of the device dedicated to NOx reduction when the oxygen-enriched combustion system reaches very low levels of NOx and the device is not required due to the emission reduction achieved.

EJEMPLO EXAMPLE

Las tablas 1, 2 y 3 siguientes comparan los costes de tres calderas de carbón pulverizado de combustión con oxígeno con los costes de calderas de combustión con aire convencionales, en un intervalo de tamaños de planta. De forma 60 Tables 1, 2 and 3 below compare the costs of three boilers of pulverized coal combustion with oxygen with the costs of combustion boilers with conventional air, in a range of plant sizes. 60 form

específica se ha examinado el impacto de la oxi–combustión completa en los costes de tratamiento del gas de combustión de las calderas de carbón, con la suposición de que la oxi–combustión da lugar a la reducción en volúmenes de gas de combustión, y en consecuencia una reducción en los costes de control de emisiones. Para una comparación representativa las reducciones de coste se comparan con los gastos de costes de inversión y de operación de una unidad de separación de aire (ASU) que proporciona el oxígeno. Las tablas ilustran que el coste del ASU se compensa 5 con ahorros post–tratamiento de modo que el coste de la planta completa se reduce con esta invención, e incluso se reduciría más si los ejemplos se compararan con la planta de corriente de aire con sistema de eliminación de CO2. In particular, the impact of complete oxy-combustion on the costs of treatment of combustion gas in coal boilers has been examined, with the assumption that oxy-combustion results in the reduction in volumes of flue gas, and in consequently a reduction in emission control costs. For a representative comparison, cost reductions are compared with the costs of investment and operating costs of an air separation unit (ASU) that provides oxygen. The tables illustrate that the cost of the ASU is compensated 5 with post-treatment savings so that the cost of the entire plant is reduced with this invention, and would even be reduced more if the examples were compared with the air stream plant with system CO2 removal.

Los costes de inversión, de operación y totales se calculan para plantas de corriente de aire y oxígeno, para cuatro tamaños de planta: 30, 100, 200 y 500 MWe de potencia de salida. Más que la determinación de costes para las centrales eléctricas completas, sólo se incluyen en el análisis aquellos elementos de las centrales que difieren entre 10 combustión con aire y con oxígeno. Estos elementos incluyen los siguientes:   Investment, operating and total costs are calculated for air and oxygen power plants, for four plant sizes: 30, 100, 200 and 500 MWe of output power. More than the determination of costs for complete power plants, only those elements of the power plants that differ between combustion with air and oxygen are included in the analysis. These elements include the following:

a) equipo de tratamiento de gas de combustión: FGD por vía húmeda para SOx, SCR para NOx, inyección de carbono activado para mercurio, y ESP para control de partículas; a) combustion gas treatment equipment: wet FGD for SOx, SCR for NOx, activated carbon injection for mercury, and ESP for particle control;

b) unidad de separación de aire (para casos de combustión con O2); b) air separation unit (for cases of combustion with O2);

c) caldera (unidad existente para casos de combustión con aire y O2 reconvertido, nueva unidad para nuevos casos 15 de combustión con O2). c) boiler (existing unit for cases of combustion with air and reconverted O2, new unit for new cases of combustion with O2).

Cada uno de los tres casos descritos a continuación incluye una caldera de corriente de aire convencional con FGD, SCR, ESP y control de Hg. Se consideraron tres escenarios de combustión con O2 (gas enriquecido con oxígeno = O2 casi puro): Each of the three cases described below includes a conventional air stream boiler with FGD, SCR, ESP and Hg control. Three combustion scenarios with O2 (oxygen enriched gas = almost pure O2) were considered:

Caso 1: la caldera es un sistema de corriente de O2 reconvertida con recirculación de gas de combustión (FGR). Se 20 usan sistemas de FGD, SCR, ESP y de Hg.  Case 1: The boiler is a reconverted O2 current system with flue gas recirculation (FGR). FGD, SCR, ESP and Hg systems are used.

Caso 2: la caldera es de sistema de corriente de O2 reconvertida con recirculación de gas de combustión (FGR). Se usan sistemas FGD, ESP y de Hg. No se requiere SCR debido a que las reducciones de NOx resultan de oxi–combustión. Case 2: the boiler is a reconverted O2 current system with flue gas recirculation (FGR). FGD, ESP and Hg systems are used. SCR is not required because NOx reductions result from oxy-combustion.

Caso 3: La caldera es nueva unidad de corriente de O2 completa compacta sin FGR o cualquier otro gas de dilución. Se 25 usan sistemas FGD, ESP y Hg. No se usa SCR debido a que las reducciones de NOx resultan de la oxi–combustión. Case 3: The boiler is a new compact complete O2 current unit without FGR or any other dilution gas. FGD, ESP and Hg systems are used. SCR is not used because NOx reductions result from oxy-combustion.

TABLA 1 – Costes de inversión (millones de dólares) de sistemas de combustión con aire frente a sistema de combustión con oxígeno en tres casos TABLE 1 - Investment costs (millions of dollars) of air combustion systems versus oxygen combustion system in three cases

TAMAÑO DE LA PLANTA (MWe)  PLANT SIZE (MWe)
500 200 100 30  500 200 100 30

Oxidante  Oxidizer
Aire O2 Aire O2 Aire O2 Aire O2  Air O2 Air O2 Air O2 Air O2

Costes de unidad post–tratamiento  Post-treatment unit costs
FGD $ 129,60 $ 83,30 $ 78,50 $ 55,10 $ 59,50 $ 41,70 $ 36,70 $ 25,80  FGD $ 129.60 $ 83.30 $ 78.50 $ 55.10 $ 59.50 $ 41.70 $ 36.70 $ 25.80

SCR $ 30,70 $ 11,40 $ 16,90 $ 6,30 $ 10,80 $ 4,00 $ 4,90 $ 1,80  SCR $ 30.70 $ 11.40 $ 16.90 $ 6.30 $ 10.80 $ 4.00 $ 4.90 $ 1.80

Hg (inyección de carbono) $ 0,75 $ 0,21 $ 0,36 $ 0,10 $ 0,21 $ 0,06 $ 0,08 $ 0,02  Hg (carbon injection) $ 0.75 $ 0.21 $ 0.36 $ 0.10 $ 0.21 $ 0.06 $ 0.08 $ 0.02

ESP $ 25,00 $ 8,90 $ 13,60 $ 4,80 $ 8,60 $ 3,10 $ 3,90 $ 1,40  ESP $ 25.00 $ 8.90 $ 13.60 $ 4.80 $ 8.60 $ 3.10 $ 3.90 $ 1.40

Costes de post–tratamiento totales  Total post-treatment costs
$ 186,05 % 104,31 $ 109,36 $ 66,30 $ 79,11 $ 48,86 $ 45,58 $ 29,02  $ 186.05% 104.31 $ 109.36 $ 66.30 $ 79.11 $ 48.86 $ 45.58 $ 29.02

Costes de post–tratamiento vs caso base  Post-treatment costs vs. base case
–44% –39% –38% –36%     –44% –39% –38% –36%

Coste de generación de gas enriquecido con oxígeno (ASU)  Generation cost of oxygen enriched gas (ASU)
$ 89,80 $ 35,90 $ 22,10 $ 9,50     $ 89.80 $ 35.90 $ 22.10 $ 9.50

Caso 1 Case 1

Sistema de combustión para generación de vapor (caldera)  Combustion system for steam generation (boiler)
$ 210,00 $ 210,00 $ 84,00 $ 84,00 $ 42,00 $ 42,00 $ 12,60 $ 12,60  $ 210.00 $ 210.00 $ 84.00 $ 84.00 $ 42.00 $ 42.00 $ 12.60 $ 12.60

Coste de inversión de la planta  Plant investment cost
$ 396,05 $ 404,11 $ 193,36 $ 186,20 $ 121,11 $ 112,96 $ 58,18 % 51,12  $ 396.05 $ 404.11 $ 193.36 $ 186.20 $ 121.11 $ 112.96 $ 58.18% 51.12

Coste de inversión de planta vs caso base  Plant investment cost vs base case
2% –4% –7% –12%     2% –4% –7% –12%

Caso 2 Case 2

Sistema de combustión para generación de vapor (caldera)  Combustion system for steam generation (boiler)
$ 210,00 $ 210,00 $ 84,00 $ 84,00 $ 42,00 $ 42,00 $ 12,60 $ 12,60  $ 210.00 $ 210.00 $ 84.00 $ 84.00 $ 42.00 $ 42.00 $ 12.60 $ 12.60

Coste de inversión de la planta  Plant investment cost
$ 396,05 $ 392,71 $ 193,36 $ 179,90 $ 121,11 $ 108,96 $ 58,18 % 49,32  $ 396.05 $ 392.71 $ 193.36 $ 179.90 $ 121.11 $ 108.96 $ 58.18% 49.32

Coste de inversión de planta vs caso base  Plant investment cost vs base case
–1% –7% –10% –15%     –1% –7% –10% –15%

Caso 3 5 Case 3 5

Sistema de combustión para generación de vapor (caldera)  Combustion system for steam generation (boiler)
$ 210,00 $ 126,00 $ 84,00 $ 50,40 $ 42,00 $ 25,20 $ 12,60 $ 7,60  $ 210.00 $ 126.00 $ 84.00 $ 50.40 $ 42.00 $ 25.20 $ 12.60 $ 7.60

Coste de inversión de la planta  Plant investment cost
$ 396,05 $ 308,71 $ 193,36 $ 146,30 $ 121,11 $ 92,16 $ 58,18 % 44,32  $ 396.05 $ 308.71 $ 193.36 $ 146.30 $ 121.11 $ 92.16 $ 58.18% 44.32

Coste de inversión de planta vs caso base  Plant investment cost vs base case
–22% –24% –24% –24%     –22% –24% –24% –24%

TABLA 2 – Costes de operación (millones de dólares/año) de los tres casos de la tabla 1 TABLE 2 - Operating costs (millions of dollars / year) of the three cases in table 1

TAMAÑO DE LA PLANTA (MWe)  PLANT SIZE (MWe)
500 200 100 30  500 200 100 30

Oxidante  Oxidizer
Aire O2 Aire O2 Aire O2 Aire O2  Air O2 Air O2 Air O2 Air O2

Post–tratamiento  Post-treatment
FGD $ 8,70 $ 6,80 $ 4,30 $ 3,40 $ 2,60 $ 2,10 $ 1,30 $ 1,10  FGD $ 8.70 $ 6.80 $ 4.30 $ 3.40 $ 2.60 $ 2.10 $ 1.30 $ 1.10

SCR $ 1,89 $ 1,46 $ 0,86 $ 0,63 $ 0,48 $ 0,33 $ 0,18 $ 0,12  SCR $ 1.89 $ 1.46 $ 0.86 $ 0.63 $ 0.48 $ 0.33 $ 0.18 $ 0.12

Hg (inyección de carbono) $ 1,61 $ 0,34 $ 0,64 $ 0,13 $ 0,32 $ 0,07 $ 0,10 $ 0,02  Hg (carbon injection) $ 1.61 $ 0.34 $ 0.64 $ 0.13 $ 0.32 $ 0.07 $ 0.10 $ 0.02

ESP $ 9,20 $ 3,20 $ 4,90 $ 1,70 $ 3,10 $ 1,10 $ 1,40 $ 0,50  ESP $ 9.20 $ 3.20 $ 4.90 $ 1.70 $ 3.10 $ 1.10 $ 1.40 $ 0.50

Costes de post–tratamiento totales  Total post-treatment costs
$ 21,40 % 11,80 $ 10,70 $ 5,86 $ 6,50 $ 3,60 $ 2,98 $ 1,74  $ 21.40% 11.80 $ 10.70 $ 5.86 $ 6.50 $ 3.60 $ 2.98 $ 1.74

Costes de post–tratamiento vs caso base  Post-treatment costs vs. base case
–45% –45% –45% –42%     –45% –45% –45% –42%

Generación de gas enriquecido con oxígeno (ASU)  Generation of oxygen enriched gas (ASU)
$ 15,60 $ 6,30 $ 3,10 $ 0,90     $ 15.60 $ 6.30 $ 3.10 $ 0.90

Caso 1 Case 1

Coste de operación de la planta  Plant operating cost
$ 21,40 $ 27,40 $ 10,70 $ 12,10 $ 6,50 $ 6,70 $ 2,90 $ 2,7  $ 21.40 $ 27.40 $ 10.70 $ 12.10 $ 6.50 $ 6.70 $ 2.90 $ 2.7

Coste de operación de planta vs caso base  Plant operating cost vs base case
28% 13% 3% –7%     28% 13% 3% –7%

Casos 2 y 3 Cases 2 and 3

Coste de operación de la planta  Plant operating cost
$ 21,40 $ 25,90 $ 10,70 $ 11,50 $ 6,50 $ 6,40 $ 2,90 $ 2,50  $ 21.40 $ 25.90 $ 10.70 $ 11.50 $ 6.50 $ 6.40 $ 2.90 $ 2.50

Coste de operación de planta vs caso base  Plant operating cost vs base case
21% 7% –2% –14%     21% 7% –2% –14%

TABLA 3 – Costes anuales totales (millones de dólares/año) de los tres casos de tablas 1 y 2 5 TABLE 3 - Total annual costs (millions of dollars / year) of the three cases of tables 1 and 2 5

TAMAÑO DE LA PLANTA (MWe)  PLANT SIZE (MWe)
500 200 100 30  500 200 100 30

Oxidante  Oxidizer
Aire O2 Aire O2 Aire O2 Aire O2  Air O2 Air O2 Air O2 Air O2

Post–tratamiento  Post-treatment
FGD $ 37,20 $ 25,30 $ 21,50 $ 15,50 $ 15,70 $ 11,30 $ 9,40 $ 6,80  FGD $ 37.20 $ 25.30 $ 21.50 $ 15.50 $ 15.70 $ 11.30 $ 9.40 $ 6.80

SCR $ 8,60 $ 4,00 $ 4,60 $ 2,00 $ 2,90 $ 1,20 $ 1,30 $ 0,50  SCR $ 8.60 $ 4.00 $ 4.60 $ 2.00 $ 2.90 $ 1.20 $ 1.30 $ 0.50

Hg (inyección de carbono) $ 1,80 $ 0,40 $ 0,70 $ 0,20 $ 0,40 $ 0,10 $ 0,10 $ 0,00  Hg (carbon injection) $ 1.80 $ 0.40 $ 0.70 $ 0.20 $ 0.40 $ 0.10 $ 0.10 $ 0.00

ESP $ 14,70 $ 5,10 $ 7,90 $ 2,80 $ 5,00 $ 1,70 $ 2,20 $ 0,80  ESP $ 14.70 $ 5.10 $ 7.90 $ 2.80 $ 5.00 $ 1.70 $ 2.20 $ 0.80

Coste de post–tratamiento totales  Total post-treatment cost
$ 62,30 $ 34,80 $ 34,70 $ 20,50 $ 24,00 $ 14,30 $ 13,00 $ 8,10  $ 62.30 $ 34.80 $ 34.70 $ 20.50 $ 24.00 $ 14.30 $ 13.00 $ 8.10

Coste de post–tratamiento vs caso base  Post-treatment cost vs. base case
–44% –41% –40% –38%     –44% –41% –40% –38%

Generación de gas enriquecido con oxígeno (ASU)  Generation of oxygen enriched gas (ASU)
$ 35,40 $ 14,20 $ 8,00 $ 3,00     $ 35.40 $ 14.20 $ 8.00 $ 3.00

Caso 1 Case 1

Sistema de combustión para generación de vapor (caldera)  Combustion system for steam generation (boiler)
$ 46,20 $ 46,20 $ 18,50 $ 18,50 $ 9,20 $ 9,20 $ 2,80 $ 2,80  $ 46.20 $ 46.20 $ 18.50 $ 18.50 $ 9.20 $ 9.20 $ 2.80 $ 2.80

Coste anual de la planta  Annual cost of the plant
$ 108,50 $ 116,40 $ 53,20 $ 53,20 $ 33,20 $ 31,50 $ 15,80 % 13,90  $ 108.50 $ 116.40 $ 53.20 $ 53.20 $ 33.20 $ 31.50 $ 15.80% 13.90

Coste anual de la planta vs caso base  Annual cost of the plant vs base case
7% 0% –5% –12%     7% 0% –5% –12%

Caso 2 Case 2

Sistema de combustión para generación de vapor (caldera)  Combustion system for steam generation (boiler)
$ 46,20 $ 46,20 $ 18,50 $ 18,50 $ 9,20 $ 9,20 $ 2,80 $ 2,80  $ 46.20 $ 46.20 $ 18.50 $ 18.50 $ 9.20 $ 9.20 $ 2.80 $ 2.80

Coste anual de la planta  Annual cost of the plant
$ 108,50 $ 112,40 $ 53,20 $ 51,20 $ 33,20 $ 30,30 $ 15,80 % 13,40  $ 108.50 $ 112.40 $ 53.20 $ 51.20 $ 33.20 $ 30.30 $ 15.80% 13.40

Coste anual de la planta vs caso base  Annual cost of the plant vs base case
4% –4% –9% –15%     4% –4% –9% –15%

Caso 3 Case 3

Sistema de combustión para generación de vapor (caldera)  Combustion system for steam generation (boiler)
$ 46,20 $ 27,70 $ 18,50 $ 11,10 $ 9,20 $ 5,50 $ 2,80 $ 1,70  $ 46.20 $ 27.70 $ 18.50 $ 11.10 $ 9.20 $ 5.50 $ 2.80 $ 1.70

Coste anual de la planta  Annual cost of the plant
$ 108,50 $ 93,90 $ 53,20 $ 43,80 $ 33,20 $ 26,60 $ 15,80 % 12,30  $ 108.50 $ 93.90 $ 53.20 $ 43.80 $ 33.20 $ 26.60 $ 15.80% 12.30

Coste anual de la planta vs caso base  Annual cost of the plant vs base case
–13% –18% –20% –22%     –13% –18% –20% –22%

Claims (18)

REIVINDICACIONES 1. Un procedimiento de combustión para generación de vapor, que comprende: 1. A combustion process for steam generation, comprising: proporcionar una corriente (42) de gas enriquecido con oxígeno con un contenido en oxígeno de 21 a 100%; providing a stream (42) of oxygen-enriched gas with an oxygen content of 21 to 100%; crear una corriente oxidante (46) que contiene la corriente de gas enriquecida con oxígeno (42); create an oxidizing stream (46) containing the oxygen enriched gas stream (42); combustión de un combustible en la corriente de oxidante (42) en una cámara (10) de combustión que genera 5 vapor y que genera gas (22) de combustión que presenta un caudal másico de gas de combustión que es menor que un caudal másico del gas de combustión generado por la cámara (10) de combustión cuando opera con el mismo caudal másico de combustible y con aire que la corriente oxidante; y combustion of a fuel in the oxidant stream (42) in a combustion chamber (10) that generates 5 steam and that generates combustion gas (22) having a mass flow of combustion gas that is less than a mass flow of combustion gas generated by the combustion chamber (10) when operating with the same mass flow of fuel and with air as the oxidizing current; Y reducción de la cantidad de al menos una materia particulada, SOx, NOx y mercurio en el gas (22) de combustión con un sistema (20) de control de contaminantes de gas de combustión, en el que la etapa de crear una corriente 10 oxidante (46) comprende la liberación de un gas (80) de dilución en el gas enriquecido con oxígeno (42) formando la corriente oxidante (46), y el gas de dilución comprende gas de combustión húmedo o seco recirculado. reduction of the amount of at least one particulate matter, SOx, NOx and mercury in the combustion gas (22) with a combustion gas contaminant control system (20), in which the stage of creating an oxidizing stream 10 (46) comprises the release of a dilution gas (80) in the oxygen enriched gas (42) forming the oxidizing stream (46), and the dilution gas comprises recirculated wet or dry combustion gas. 2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la corriente de gas enriquecida con oxígeno (42) presenta un contenido en oxígeno de aproximadamente el 90% o más. 15 2. The method of claim 1, wherein the oxygen enriched gas stream (42) has an oxygen content of about 90% or more. fifteen 3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la corriente oxidante (46) presenta un contenido en oxígeno de aproximadamente el 90% o más. 3. The method of claim 1, wherein the oxidizing stream (46) has an oxygen content of about 90% or more. 4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la corriente de gas enriquecida con oxígeno se genera con una unidad (40) de separación de aire configurada para separar aire en al menos una primera corriente (42) de oxígeno gaseoso que presenta una pureza de aproximadamente el 90% o más y una segunda corriente (94). 20 4. The method of claim 1, wherein the oxygen enriched gas stream is generated with an air separation unit (40) configured to separate air into at least a first stream (42) of gaseous oxygen having a purity of approximately 90% or more and a second current (94). twenty 5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que la segunda corriente (94) es nitrógeno que presenta una pureza de aproximadamente 90% o más. 5. The method of claim 4, wherein the second stream (94) is nitrogen having a purity of about 90% or more. 6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la corriente de gas enriquecida con oxígeno (42) es generada por una unidad (40) de separación de aire configurada para separar aire en al menos una primera corriente (42) de oxígeno gaseoso que presenta una pureza de aproximadamente 95% o más y una segunda corriente (94). 25 6. The method of claim 1, wherein the oxygen enriched gas stream (42) is generated by an air separation unit (40) configured to separate air into at least a first stream (42) of gaseous oxygen which has a purity of approximately 95% or more and a second current (94). 25 7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la segunda corriente (94) es nitrógeno que presenta una pureza entre aproximadamente 98% o más. 7. The method of claim 6, wherein the second stream (94) is nitrogen having a purity between about 98% or more. 8. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la generación de electricidad con vapor de la cámara (10) de combustión. 8. The method of claim 1, further comprising generating steam electricity from the combustion chamber (10). 9. El procedimiento de la reivindicación 1, en la que el combustible (32) comprende gas natural, gases residuales de 30 procesos industriales, u otros combustibles gaseosos. 9. The method of claim 1, wherein the fuel (32) comprises natural gas, waste gases from industrial processes, or other gaseous fuels. 10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el combustible (32) comprende carbón, coque, coque de quemador, residuos pesados sólidos u otros combustibles sólidos. 10. The method of claim 1, wherein the fuel (32) comprises coal, coke, burner coke, solid heavy waste or other solid fuels. 11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el combustible (32) comprende aceite, residuos pesados líquidos u otros combustibles líquidos. 35 11. The method of claim 1, wherein the fuel (32) comprises oil, heavy liquid waste or other liquid fuels. 35 12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema (20) de control de contaminante de gas de combustión incluye dispositivos separados (100, 102, 104, 106) para la reducción de materia particulada, SOx, NOx y mercurio. 12. The method of claim 1, wherein the flue gas pollutant control system (20) includes separate devices (100, 102, 104, 106) for the reduction of particulate matter, SOx, NOx and mercury. 13. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema (20) de control de contaminante del gas de combustión incluye un dispositivo combinado para la reducción de al menos dos entre materia particulada, SOx, NOx y mercurio. 13. The method of claim 1, wherein the flue gas contaminant control system (20) includes a combined device for the reduction of at least two between particulate matter, SOx, NOx and mercury. 14. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema (20) de control de contaminante del gas de combustión 40 incluye un dispositivo de tratamiento de gas de combustión basado en plasma (112) para la oxidación de al menos uno de NO, SO2 y Hg, en óxidos solubles en agua. 14. The method of claim 1, wherein the flue gas contaminant control system (20) includes a plasma-based flue gas treatment device (112) for the oxidation of at least one of NO , SO2 and Hg, in water soluble oxides. 15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que el dispositivo de tratamiento de gas de combustión basado en plasma (112) se mejora con inyección de oxígeno (114). 15. The method of claim 14, wherein the plasma-based flue gas treatment device (112) is improved by oxygen injection (114). 16. El procedimiento de la reivindicación 14, que comprende un recipiente de absorrtp753685enesB 45 16. The method of claim 14, comprising a container of absorrtp753685enesB45 ción y un precipitador electrostático que recibe los óxidos solubles en agua del dispositivo de tratamiento de gas de combustión basado en plasma (112) y reduce la cantidad de los óxidos solubles en agua. tion and an electrostatic precipitator that receives the water soluble oxides from the plasma-based flue gas treatment device (112) and reduces the amount of the water soluble oxides. 17. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el caudal másico de gas de combustión que sale de la cámara (10) 17. The method of claim 1, wherein the mass flow of combustion gas leaving the chamber (10) de combustión es al menos un factor de dos veces menor que el caudal másico de gas de combustión que sale de la cámara (10) de combustión cuando la cámara de combustión opera en las mismas condiciones excepto con aire como la corriente oxidante. of combustion is at least a factor of twice less than the mass flow of combustion gas leaving the combustion chamber (10) when the combustion chamber operates in the same conditions except with air as the oxidizing current. 18. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema de control de contaminantes del gas de combustión (20) incluye dispositivos que presentan capacidades de flujo de gas de combustión menores que la capacidad de gas de 5 combustión necesaria para tratar un gas de combustión generado por la cámara (10) de combustión cuando funciona con aire como la corriente oxidante. 18. The method of claim 1, wherein the flue gas pollutant control system (20) includes devices that have flue gas flow capacities less than the flue gas capacity needed to treat a gas of combustion generated by the combustion chamber (10) when operating with air as the oxidizing current.
ES03739618T 2002-02-15 2003-02-14 COMBUSTION SYSTEM FOR VAPOR GENERATION AND PROCEDURE FOR EMISSION CONTROL THAT USES OXYGEN ENRICHMENT. Expired - Lifetime ES2357831T3 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US366114 1989-06-14
US35741402P 2002-02-15 2002-02-15
US357414P 2002-02-15
US380808P 2002-05-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2357831T3 true ES2357831T3 (en) 2011-05-03

Family

ID=38116126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES03739618T Expired - Lifetime ES2357831T3 (en) 2002-02-15 2003-02-14 COMBUSTION SYSTEM FOR VAPOR GENERATION AND PROCEDURE FOR EMISSION CONTROL THAT USES OXYGEN ENRICHMENT.

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2357831T3 (en)
ZA (1) ZA200405825B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
ZA200405825B (en) 2006-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7320288B2 (en) Steam-generating combustion system and method for emission control using oxygen enhancement
EP2724767B1 (en) A method of treating a carbon dioxide rich flue gas and a flue gas treatment system
ES2586732T3 (en) Process to remove pollutants from gas streams
US20120098276A1 (en) Dry 3-way catalytic reduction of gas turbine nox
CN101925393A (en) System and method for treating discharge gas from coal-fired boiler
US8802043B2 (en) Method for controlling acidic compounds produced for oxy-combustion processes
CN109433006A (en) A kind of flue gas treating process process and its equipment configurations
CN102099097B (en) Emission-control equipment and exhaust treatment system
CN101703875A (en) Oxidizing method for removing gaseous elemental mercury in boiler fume
Nihalani et al. Emission control technologies for thermal power plants
EP2959961B1 (en) Exhaust gas treatment system and exhaust gas treatment method
ES2357831T3 (en) COMBUSTION SYSTEM FOR VAPOR GENERATION AND PROCEDURE FOR EMISSION CONTROL THAT USES OXYGEN ENRICHMENT.
CN109126431A (en) The device and method of liquid phase adsorption formula oxidation-reduction method denitrating flue gas
EP2724770A1 (en) Absorption unit for drying flue gas
CA2591010A1 (en) Process and device for feeding oxidizing agent into a combustion system
JPH0568850A (en) Method for simultaneously denitrating and desulfurizing exhaust gas of combustor
CN205032068U (en) Buggy oxygen boosting burning flue gas demercuration system
US5075085A (en) Desulfurizing method for exhaust gas from combustor
US20120129113A1 (en) System and method of managing energy utilized in a flue gas processing system
EP3130389A1 (en) Process and apparatus for removing acidic gases and/or acids with an upstream acid removal bed and a downstream desiccant dryer
KR20230092507A (en) Method for removing carbon dioxide in flue gas using a Membrane contactor
CN104971596A (en) Demercuration system and method for pulverized coal oxygen-enriched combustion smoke
CN204973506U (en) Burning waste gas treatment system
CN113082980A (en) Normal-temperature waste gas desulfurization and denitrification process control system and application method thereof
JPH04250814A (en) Preprocessing equipment for fuel