ES2555521T3

ES2555521T3 - Aparato de combustión

Info

Publication number: ES2555521T3
Application number: ES08156300.9T
Authority: ES
Inventors: Raghbir Panesar; Scott Hume; Stuart Cameron
Original assignee: Doosan Babcock Ltd
Current assignee: Altrad Babcock Ltd
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2016-01-04
Anticipated expiration: 2028-05-15
Also published as: DK1992876T3; PL1992876T3; US20080286707A1; EP1992876B1; US9651253B2; EP1992876A3; EP1992876A2

Abstract

Un aparato de combustión, que comprende: una cámara de combustión (15); al menos un quemador de carbón pulverizado (52) con turbulencia axial; un conducto de entrada de combustible primario (40) para suministrar combustible de carbón pulverizado a dicho al menos un quemador; un conducto de entrada secundario (50) para suministrar un gas de combustión a dicho al menos un quemador; medios (70, 71, 72, 73, 74, 76) de suministro de gas de combustión; una unidad (150) de separación de aire para suministrar oxígeno sustancialmente puro a los medios de suministro de gas de combustión; un conducto de recirculación de gas de combustión, conectado para circulación de fluido a, al menos, el conducto de entrada de combustible primario (40) y el conducto de entrada secundario (50); caracterizado por que los medios de suministro de gas de combustión están adaptados para suministrar de modo conmutable uno de aire y de una mezcla de oxígeno sustancialmente puro y un segundo gas que comprende gas de combustión, tanto al conducto de entrada de combustible primario como al conducto de entrada secundario.

Description

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DESCRIPCION

Aparato de combustion

La presente invencion se refiere a aparatos de combustion. En particular, pero no exclusivamente, la invencion se refiere a aparatos de combustion capaces de quemar aire y oxicombustible y utilizar recirculacion de gas de combustion.

Existe un deseo generalizado de reducir las causas del calentamiento global, y un nivel aumentado de dioxido de carbono en la atmosfera se considera que es el factor mas dominante. Una fuente de la emision de dioxido de carbono a la atmosfera es la combustion de combustibles fosiles en plantas electricas. Una respuesta a esto es buscar como capturar y almacenar el dioxido de carbono emitido durante la combustion.

Las tecnicas de captura de dioxido de carbono se clasifican a menudo en los tres grupos de captura de precombustion, captura de poscombustion y captura de combustion de oxicombustible. En esta ultima propuesta, se suministra oxfgeno puro o casi puro al sistema de combustion de la caldera (combustion de oxicombustible) y se vuelve a reciclar tambien al menos una parte del gas de combustion rico en dioxido de carbono a la caldera (recirculacion de gas de combustion). La combustion de oxicombustible produce un gas de combustion que consiste principalmente en dioxido de carbono y vapor de agua. El gas de combustion no se diluye con nitrogeno (como ocurre cuando se usa combustion de aire) y, asf, se puede capturar facilmente el dioxido de carbono. Los niveles reducidos de nitrogeno pueden reducir tambien la formacion de NOx (un termino utilizado para cubrir oxido nftrico, dioxido de nitrogeno y oxido nitroso). La propia recirculacion de gas de combustion es conocida tambien para reducir la formacion de NOx.

Es deseable que esta propuesta se pueda usar para instalar a posteriori en calderas existentes, asf como para nuevos disenos de plantas industriales. Ademas, para una caldera existente o nueva, es deseable a menudo que la caldera se pueda caldear de modo selectivo y conmutable usando aire o usando oxfgeno y gas de combustion reciclado. Por ejemplo, durante la puesta en marcha o la parada de la caldera, el caldeado con aire consigue un funcionamiento estable a baja carga. Despues de la puesta en marcha, puede haber una conmutacion a recirculacion de oxfgeno y gas de combustion para conseguir la captura de dioxido de carbono. Es deseable tambien que la caldera pueda funcionar en todo el intervalo de cargas, tanto en el modo de caldeado con aire como en el de oxicombustible.

No obstante, la combustion de un combustible fosil, tal como carbon pulverizado, en un gas rico en oxfgeno da como resultado una alta temperatura de llama, lo que puede producir una fusion de cenizas y puede aumentar realmente la formacion de NOx. De manera usual, en los aparatos de la tecnica anterior, se sigue suministrando aire a la entrada de combustible (corriente primaria) de la caldera. Si se suministran altos niveles de oxfgeno directamente a la entrada de combustible, puede haber tambien una combustion prematura cuando el combustible empieza a arder, lo que es antieconomico y peligroso. No obstante, la utilizacion usual de aire aumenta de nuevo los niveles de nitrogeno presentes, llevando a la formacion de NOx. Es deseable poder controlar la temperatura de llama al tiempo que se optimiza, o al menos se mantiene, el rendimiento de la caldera. Es deseable eliminar esta fuente de nitrogeno.

Por otro lado, existen varias desventajas asociadas con el suministro de oxfgeno directamente a la seccion del quemador de la caldera (la corriente secundaria). Por ejemplo, los quemadores de bajo NOx modernos utilizan tfpicamente combustion escalonada para minimizar la oxidacion de nitrogeno presente en el combustible, y un mayor suministro de oxfgeno a los quemadores puede ser contraproducente en relacion con esto. Ademas, el suministro de oxfgeno directamente a la seccion del quemador da como resultado caractensticas termicas particulares respecto al sistema global. Por lo tanto, es mas diffcil, o menos eficiente, conmutar entre caldeado con aire y caldeado usando un gas enriquecido con oxfgeno. Es deseable poder limitar el contenido de oxfgeno suministrado a los quemadores. Es deseable poder variar el contenido de oxfgeno suministrado a los quemadores por varias razones, tales como optimizar el comportamiento o permitir conmutar entre caldeado con aire y caldeado usando un gas enriquecido con oxfgeno.

Ademas, el combustible utilizado puede afectar significativamente al comportamiento de la caldera. Por ejemplo, cuando se usa carbon con muy baja proporcion de volatiles, es deseable optimizar el contenido de oxfgeno a fin de ayudar a la ignicion de la materia volatil. Por lo tanto, es deseable variar el contenido de oxfgeno de la corriente de combustible. El documento EP 1 327 823 describe un aparato de combustion segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Segun un primer aspecto de la presente invencion, se ha previsto un aparato de combustion segun la reivindicacion 1.

La expresion “gas rico en oxfgeno” esta destinada a cubrir una cantidad de gas con una proporcion de oxfgeno que es mayor que el 21% en volumen y que incluye oxfgeno puro.

Los medios de suministro de gas de combustion estan adaptados para suministrar oxfgeno sustancialmente puro.

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Los medios de suministro de gas de combustion estan adaptados para suministrar selectivamente una mezcla del gas rico en oxfgeno y un segundo gas al conducto de entrada secundario. Preferiblemente, el segundo gas no incluye aire. Preferiblemente, el segundo gas no incluye nitrogeno. La mezcla que circula dentro del conducto de entrada secundario puede tener cualquier proporcion de oxfgeno, y puede ser menor que el 21% en volumen.

Los medios de suministro de gas de combustion estan adaptados para suministrar de modo conmutable aire o el gas rico en oxfgeno, tanto al conducto de entrada de combustible primario como al conducto de entrada secundario.

Preferiblemente, los medios de suministro de gas de combustion incluyen medios de variacion para variar la proporcion de aire o de gas rico en oxfgeno, suministrada a uno o a ambos del conducto de entrada de combustible primario y del conducto de entrada secundario.

Preferiblemente, el aparato de combustion comprende una caldera para generar vapor de agua.

El combustible utilizado es carbon pulverizado. Preferiblemente, los medios de suministro de gas de combustion estan adaptados para suministrar aire o el gas rico en oxfgeno al conducto de entrada de combustible primario de manera que el aire o el gas rico en oxfgeno ayuda, al menos, a transportar el combustible a la camara de combustion. Preferiblemente, los medios de suministro de gas de combustion incluyen una o mas unidades de ventilador.

El conducto de entrada secundario suministra aire o gas rico en oxfgeno a uno o mas quemadores dispuestos en la camara de combustion.

El aparato de combustion puede incluir uno o mas conductos de entrada terciarios conectados para circulacion de fluido a los medios de suministro de gas de combustion, para suministrar aire o el gas rico en oxfgeno directamente al aparato de combustion y, por ejemplo, directamente a la camara de combustion o a otro componente del aparato de combustion. Por ejemplo, uno o mas conductos de entrada terciarios suministran aire o gas rico en oxfgeno a uno o mas quemadores dispuestos en la camara de combustion.

El aparato de combustion incluye un conducto de recirculacion de gas de combustion. El conducto de recirculacion de gas de combustion esta conectado para circulacion de fluido a, al menos, uno del conducto de entrada de combustible primario y del conducto de entrada secundario de manera que una mezcla de aire o el gas rico en oxfgeno y el gas de combustion se suministran a la camara de combustion. El conducto de recirculacion de gas de combustion esta conectado para circulacion de fluido, tanto al conducto de entrada de combustible primario como al conducto de entrada secundario.

Se describira a continuacion una realizacion de la presente invencion, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompanan, en los que:

la figura 1 es una vista esquematica simplificada de un aparato de combustion segun la invencion;

la figura 2 es una vista lateral en seccion de un quemador del aparato de combustion de la figura 1;

la figura 3 es una vista esquematica mas detallada de un aparato de combustion segun la invencion, en un modo de caldeado con aire; y

la figura 4 es una vista esquematica del aparato de combustion de la figura 3, en un modo de caldeado con oxicombustible.

La figura 1 muestra un aparato de combustion que incluye una caldera 10 caldeada con aire y oxicombustible para generar vapor de agua que se usa para accionar unas turbinas 20 a fin de producir corriente electrica desde un aparato de generacion 30.

La caldera 10 define una camara de combustion 15. La caldera tiene un conducto de entrada de combustible primario 40 para suministrar carbon desde un almacen de combustible 42 a traves de un molino de pulverizacion 44 hasta la caldera 10. La caldera 10 tiene tambien un conducto de entrada secundario 50 para suministrar un gas de combustion a varios quemadores 52 acoplados a la caldera 10.

El aparato de combustion incluye medios de suministro de gas de combustion que tienen un suministro de oxfgeno 70 y un suministro de aire 71. Los medios de suministro de gas de combustion son controlables para conmutar entre suministrar aire o un gas rico en oxfgeno en forma de oxfgeno puro. Unos conductos 72, 74 conectan para circulacion de fluido el suministro de oxfgeno 70 de los medios de suministro de gas de combustion, tanto al conducto de entrada de combustible primario 40 como al conducto de entrada secundario 50. Aunque estos conductos estan conectados para circulacion de fluido, pueden no estar conectados directa o ffsicamente. Por ejemplo, en el caso de la figura 1, el conducto 74 esta conectado directamente a un conducto que lleva hasta el molino 44, que esta conectado, a su vez, al conducto de entrada de combustible primario 40.

Los medios de suministro de gas de combustion incluyen tambien una valvula 73 que es controlable para variar la proporcion de oxfgeno que se suministra al conducto de entrada de combustible primario 40 y al conducto de

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entrada secundario 50. Por ejemplo, el 70% del gas de combustion disponible se puede suministrar al conducto de entrada de combustible primario 40 y el 30% al conducto de entrada secundario 50, o el 40% del gas de combustion disponible se puede suministrar al conducto de entrada de combustible primario 40 y el 60% al conducto de entrada secundario 50.

El aparato de combustion incluye tambien un sistema 60 de recirculacion del gas de combustion. El gas de combustion se extrae mediante un calentador 62 y un precipitador electrostatico (ESP) 64 que usa un ventilador 66. El ESP 64 elimina las cenizas del gas de combustion. El gas de combustion limpio pasa a continuacion a una unidad 68 de desulfuracion del gas de combustion (FGD) y, luego, a una unidad 84 de purificacion y compresion de dioxido de carbono.

Una gran proporcion del gas de combustion se vuelve a reciclar a traves del calentador 62, extrafdo por otro ventilador 80, mientras que el resto evita el calentador 62 para proporcionar una corriente de templado. Una proporcion del gas de combustion circula a continuacion al conducto de entrada secundario 50, mientras que el resto se hace pasar al conducto de entrada de combustible primario 40 a traves del molino 44. En el modo de caldeado con aire o en un modo de transicion (pero no el modo de oxicombustible), no se recicla una proporcion del gas de combustion hasta el 100%, sino que se emite a la atmosfera a traves de un apilamiento 82. La proporcion del gas de combustion que se recicla a traves del calentador 62 pasa a continuacion al conducto de entrada secundario 50.

El sistema 60 de recirculacion del gas de combustion esta, por lo tanto, conectado para circulacion de fluido al conducto de entrada secundario 50, de manera que se suministra gas de combustion a la caldera 10. El sistema 60 esta conectado tambien para circulacion de fluido al conducto de entrada de combustible primario 40.

Cuando los medios de suministro de gas de combustion se conmutan para suministrar oxfgeno, el oxfgeno se suministra al conducto de entrada de combustible primario 40 que esta conectado para circulacion de fluido a un conducto del sistema 60 de recirculacion del gas de combustion de manera que se suministra una mezcla de gas de combustion y oxfgeno al molino 44 usando un ventilador 76. Esta mezcla transporta el carbon pulverizado a la caldera 10. Los medios de suministro de gas de combustion suministran tambien oxfgeno al conducto de entrada secundario 50, de manera que una mezcla de oxfgeno y gas de combustion se suministra a la caldera 10. El suministro de oxfgeno, tanto al conducto de entrada de combustible primario 40 como al conducto de entrada secundario 50, ocurre aguas abajo del calentador 62.

En la figura 2 se muestra un quemador 52 adecuado que esta acoplado a una pared 12 de la caldera. Se puede conseguir todo el dimensionamiento termico del quemador caldeando con combustible pulverizado y aire y caldeando con combustible pulverizado y oxicombustible. Cada quemador 52 tiene cinco tabiques tubulares dispuestos coaxialmente que definen pasos anulares para uno, o una mezcla, de combustible, oxfgeno, gas de combustion y aire.

Cada quemador 52 tiene un tubo primario 90 que esta conectado para circulacion de fluido al conducto de entrada de combustible primario 40. Se suministra una mezcla de combustible, gas de combustion reciclado y oxfgeno a una placa en espiral 94 del tubo primario 90 a traves de una conexion tangencial 92 (o se suministra aire durante el caldeado con aire).

Cada quemador 52 tiene tambien un tubo secundario 100 que esta conectado para circulacion de fluido al conducto de entrada secundario 50. Se suministra una mezcla de gas de combustion reciclado y oxfgeno a unas aberturas 102 dispuestas en el tubo secundario 100 desde una caja de viento 104 que rodea el quemador 52 (o se suministra aire durante el caldeado con aire).

Cada quemador 52 incluye dos tubos terciarios 106, 108. Ademas, se preve un tubo testigo 110, que incluye una conexion radial 112. Estos tubos pueden estar conectados para circulacion de fluido a uno o a ambos de los medios de suministro de gas de combustion y al sistema 60 de recirculacion del gas de combustion.

En funcionamiento, la placa en espiral 94 proporciona una cantidad de movimiento axial y una circunferencial al combustible dentro del tubo primario 90. El flujo se descarga hasta mas alla de un labio 114, como un flujo energicamente turbulento que comienza la ignicion en el labio 114 que define una zona de combustion inicial. Dentro de esta zona prevalecen condiciones reductoras, de manera que existe una oxidacion minima del nitrogeno en el combustible. La cantidad de oxfgeno en el tubo testigo 110 esta limitada tambien para mantener estas condiciones.

El flujo desde los tubos secundarios 100 y terciarios 106, 108 forma una envolvente alrededor de la zona de combustion inicial de manera que la combustion del combustible se completa aguas abajo en condiciones oxidantes.

La figura 3 es una vista esquematica mas detallada de un aparato de combustion segun la invencion, que esta en un modo de caldeado con aire y a plena carga.

Un sistema usual 42 de manipulacion de carbon suministra carbon en bruto a lo largo de la Corriente 1, desde las carboneras hasta un equipo de molienda 44 en el que se pulveriza carbon, y se transporta con aire a lo largo de la Corriente 2, que es el conducto de entrada de combustible primario, a la camara de combustion de la caldera 10.

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Las corrientes de aire de combustion y de gas de combustion estan disenadas para un funcionamiento del tiro equilibrado. El sistema de aire de combustion incluye unos ventiladores de tiro forzado 80, unos ventiladores de aire primarios 132 y unos calentadores de gas-gas 62 para calentar el aire de combustion. Desde aguas abajo de los calentadores de gas-gas 62, el aire calentado se divide en aire primario y aire secundario. En este modo, el calentador es un calentador de gas-aire.

El aire primario se transporta a lo largo de la Corriente 22 hasta el equipo de molienda 44 para el secado de carbon y el transporte de combustible pulverizado a lo largo de la Corriente 2 (el conducto de entrada de combustible primario). Se usa aire primario fno (Corriente 26) para proporcionar la corriente de aire de templado a fin de controlar la temperatura de la salida del molino.

El aire secundario que se desplaza a lo largo de la Corriente 25 (el conducto de entrada secundario) se suministra a la camara de combustion de la caldera 10. El aire secundario se divide en aire de la caja de viento y aire sobrecaldeado (un sistema de combustion multietapa que incorpora aberturas de aire sobrecaldeado). El aire de la caja de viento se suministra directamente a los quemadores (no mostrados en la figura 3).

Como el diseno de plantas de calderas esta basado en un diseno de calderas de tiro equilibrado, se puede quemar la gama de carbones especificada en diseno por todo el intervalo completo de cargas de la caldera, sin restricciones operativas del caldeado con aire. El horno de tiro equilibrado esta disenado con un sistema de combustion apropiado para cumplir los lfmites de NOx primario en el propio horno y las especificaciones sobre el rendimiento de la combustion, segun sea apropiado. Para reducir los constituyentes contaminantes del gas de combustion por debajo de los lfmites de emision permisibles, la planta con zonas separadas de calderas emplea una planta apropiada de control de emisiones situada aguas abajo del gas de combustion. Esta planta industrial comprende una planta de DeNOx 120, un dispositivo 122 de eliminacion de partfculas y mercurio y una planta de DeSOx 68.

Los productos de combustion abandonan el horno y son enfriados por las superficies de calentamiento de la caldera aguas abajo. El gas de combustion que abandona el horno entra en el paso convectivo de la caldera, en el que el vapor de agua generado en las paredes del horno es sobrecalentado y recalentado adicionalmente para generacion de potencia. La unidad de caldera comprende un horno radiante y unas superficies de calentamiento radiantes y convectivas. Las paredes del horno/caldera comprenden superficies de membrana estanca a los gases para minimizar la admision de aire. Se preven disposiciones superficiales de calentamiento que evitan la formacion de escoria o el atasco inadmisible y la circulacion y la temperatura del vapor de agua inadmisibles. Se seleccionan velocidades de flujo apropiadas para asegurar tanto un enfriamiento adecuado del lado del agua/vapor de agua como ninguna erosion significativa potencial en el lado del gas de combustion.

Aguas abajo del paso convectivo de la caldera, que incorpora la planta de DeNOx 120, el gas de combustion que circula a lo largo de la Corriente 4 es enfriado en un calentador de gas-gas 62, como se usa para precalentar el aire de combustion fno entrante en la Corriente 16. El calentador de gas-gas 62, tal como uno de diseno de 3 corrientes/tres sectores, es adecuado para su uso tanto durante un funcionamiento con aire como con oxicombustible, y cualquier proporcion entre los mismos. Al gas de combustion que abandona el calentador de gas- gas 62 en la Corriente 5 se le quita el polvo mediante la planta 122 de eliminacion de partfculas en la que el gas desempolvado (Corriente 7) se alimenta al ventilador de tiro por induccion 66 aguas abajo y a la planta de DeSOx 68. La salida de la planta de DeSOx 68 (Corriente 12) discurre a continuacion al apilamiento de combustion a traves de la Corriente 13, o se puede hacer que discurra de manera alternativa directamente a una torre de enfriamiento, sin necesidad de recalentamiento.

La figura 4 es una vista esquematica detallada del aparato de combustion, en un modo de caldeado con oxicombustible y a plena carga.

El aparato de combustion se pone en marcha y se para de manera usual utilizando caldeado con aire mediante el paso al modo de funcionamiento con oxicombustible que se presenta en las condiciones de combustion mmimas apropiadas de carga estable. En esta condicion de carga, se cierra gradualmente la toma de aire D1 del ventilador de tiro forzado, mientras que el regulador de apilamiento D2 se estrangula para permitir que los gases de combustion sean reciclados hasta la planta de calderas 10. De modo simultaneo, se suministra oxfgeno sustancialmente puro desde una unidad 150 de separacion de aire/planta de oxfgeno y se introduce en la corriente primaria de recirculacion del gas de combustion a traves de un regulador D5 y en la corriente secundaria de recirculacion del gas de combustion a traves de un regulador D6.

Cuando se han alcanzado niveles de dioxido de carbono apropiados en el gas de combustion, se admite dicho gas de combustion en la planta 84 de purificacion y compresion de dioxido de carbono mediante el control de compensacion de flujos entre el regulador D3 y el regulador D4 de la parte reciclada del gas de combustion. Se usa un equipo de supervision del gas de combustion para proporcionar una indicacion al operario de la caldera de cuando la calidad del dioxido de carbono del gas de combustion cumple los requisitos para un suministro seguro de este gas de combustion de oxicombustible a la planta 84 de purificacion y compresion de dioxido de carbono.

Como antes, un sistema usual de manipulacion de carbon suministra carbon no lavado a lo largo de la Corriente 1 desde las carboneras hasta el equipo de molienda 44. El carbon es pulverizado y transportado con gas de

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combustion con oxicombustible a lo largo de la Corriente 2 (conducto de entrada de combustible primario) a la camara de combustion de la caldera 10.

El aire es separado antes del sistema de combustion de la caldera usando las unidades 150 de separacion de aire disponibles comercialmente, que separan el oxfgeno de la alimentacion de aire ambiente. Por lo tanto, no se usa nitrogeno durante la combustion de oxicombustible. No se suministra aire de combustion al sistema de calderas, aunque se puede presentar un cierto grado de admision de aire (Corriente 29) debido al diseno de plantas de calderas de tiro equilibrado. Un diseno mecanico apropiado puede minimizar esta admision de aire.

El oxfgeno desde la unidad 150 de separacion de aire es precalentado mediante un intercambiador de calor 154, usando unas fuentes disponibles apropiadas de calor. El oxfgeno precalentado en la Corriente 27 y la parte reciclada del gas de combustion primario en la Corriente 21 son mezclados en una maquina mezcladora 170 antes de entrar en la planta de molienda a traves de la Corriente 22. La concentracion de oxfgeno en la Corriente 22 mezclada resultante esta limitada al equivalente de aire. La corriente primaria de la parte reciclada del gas de combustion (Corriente 21) se suministra con las cenizas eliminadas, limpia, seca y precalentada, con el caudal volumetrico fijado para cumplir los requisitos de la planta de molienda y de la temperatura del producto.

La corriente secundaria de la parte reciclada del gas de combustion (Corriente 24) es mezclada en una maquina mezcladora 172 con oxfgeno precalentado en la Corriente 28 y se alimenta al sistema de combustion de la caldera a traves de la Corriente 25 (conducto de entrada secundario 50). El dioxido de carbono en la Corriente 25 reemplaza por nitrogeno atmosferico la parte del gas a granel inerte de arrastre proporcionada anteriormente. La corriente secundaria de la parte reciclada del gas de combustion esta con la cenizas eliminadas, limpia y precalentada. El gas de combustion secundario se suministra para conseguir el comportamiento del equipo de combustion a traves del suministro de una combustion de carbon estable y eficiente. El gas de combustion secundario controla tambien las temperaturas de combustion del horno comparables a la planta caldeada con aire de generacion de potencia y consigue el comportamiento termico de la caldera valorada.

El gas de combustion se hace recircular y se divide para proporcionar recirculacion del gas de combustion primario y recirculacion del gas de combustion secundario. La inyeccion de oxfgeno es aguas abajo de los calentadores de gas-gas 62 y los ventiladores del gas de combustion debido al riesgo de que incidan partfculas en las palas de ventilador. El sistema de inyeccion de oxfgeno esta disenado para favorecer la mezcla eficiente de oxfgeno y gas de combustion. La mezcla de oxfgeno primario es aguas arriba del equipo de molienda 44. La concentracion de oxfgeno en la corriente primaria de recirculacion del gas de combustion aguas arriba de la planta de molienda esta dispuesta para ser aproximadamente equivalente a la concentracion de oxfgeno en el aire.

El diseno de calderas de tiro equilibrado es capaz de quemar la gama de carbones especificada en diseno por todo el intervalo completo de cargas de la caldera, sin restricciones operativas del caldeado con oxicombustible. El horno esta disenado con un sistema de combustion apropiado que incorpora unos quemadores de combustible pulverizado con turbulencia axial de bajo NOx, adecuados tanto para quemar aire como oxicombustible, y cualquier proporcion entre los mismos, y un sistema de combustion multietapa (aberturas de combustion sobrecaldeada) en las paredes del horno para especificaciones sobre el rendimiento de la reduccion y combustion de NOx primario en el propio horno, segun sea apropiado. La planta de calderas esta disenada con un intervalo de control total adecuado para un funcionamiento a plena carga en modo de funcionamiento con aire u oxicombustible, y cualquier proporcion entre los mismos. La planta de calderas conserva la capacidad de caldeo a plena carga de aire con una planta apropiada de control de emisiones.

Los productos de combustion abandonan el horno radiante y son enfriados por las superficies aguas abajo de calentamiento de la caldera. El gas de combustion de oxicombustible que abandona el horno entra en el paso convectivo de la caldera, en el que vapor de agua supercntico generado en las paredes del horno es sobrecalentado y recalentado adicionalmente para generacion de potencia. Un economizador esta situado en el paso de gas convectivo.

La unidad de DeNOx 120 esta adaptada de tal manera que se puede evitar durante el funcionamiento con oxicombustible. El gas de combustion de oxicombustible en la Corriente 3 es enfriado adicionalmente en el calentador de gas-gas 62 (Corrientes 4 y 5) que se usa para precalentar el gas de combustion entrante de la parte reciclada de oxicombustible en las Corrientes 20 y 23. Al gas de combustion en la Corriente 5, que abandona el calentador de gas-gas 62, se le quita el polvo mediante la planta 122 de eliminacion de partfculas antes de ser enfriado en una unidad de recuperacion de calor 156 aguas abajo. El gas de combustion desempolvado y enfriado en la Corriente 7 se alimenta al ventilador de tiro por induccion 66 aguas abajo.

Aguas abajo del ventilador de tiro por induccion 66 (Corriente 8), el gas de combustion entra en la planta de DeSOx 68. La planta de DeSOx 68 se emplea para tratar todo el gas de combustion y proporcionar una parte reciclada limpia del gas de combustion de oxicombustible a fin de limitar los componentes gaseosos corrosivos en la corriente de la parte reciclada del gas de combustion de oxicombustible al equipo de molienda 44 y a la planta de calderas 10 hasta concentraciones no peores que las experimentadas durante el caldeado con aire.

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Aguas abajo de la planta de DeSOx 68, el gas de combustion de oxicombustible fno se divide en dos corrientes. Una corriente (Corriente 10) proporciona la corriente de alimentacion del gas de combustion de oxicombustible neto a la planta 84 de purificacion y compresion de dioxido de carbono. La corriente limpia restante del gas de combustion (Corriente 1l) se vuelve a reciclar al sistema de calderas a traves de un ventilador de tiro forzado 80 y de la Corriente 16. Despues de esta division, el gas de combustion en la Corriente 11 es recalentado, segun se requiera, mediante un calentador de gas-gas dentro de la planta de DeSOx 68. El gas de combustion en la Corriente 12 pasa a continuacion a traves del ventilador aguas abajo y una tubena de recirculacion del gas de combustion.

El gas de combustion en la Corriente 11 se divide para proporcionar una corriente primaria de la parte reciclada del gas de combustion (Corriente 17) y una corriente secundaria de la parte reciclada del gas de combustion (Corriente 23). El gas de combustion de oxicombustible fno en la Corriente 20 se usa tambien para proporcionar la corriente de gas de templado (Corriente 26) a fin de controlar la temperatura de la salida del molino y sellar dicho molino.

El contenido de humedad del gas de combustion de oxicombustible estara en un nivel mayor que con gas de combustion obtenido del caldeo con aire usual debido al efecto de la parte reciclada del gas de combustion. Ademas, el uso de un sistema de DeSOx depurador en humedo, si se considera apropiado, aumentara el contenido de humedad en el gas de combustion, y el gas de combustion de la parte reciclada estara saturado a la temperatura final a la que es enfriado dicho gas de combustion. Segun sea apropiado, una planta de eliminacion de humedad puede estar situada en toda la corriente del gas de combustion (Corriente 9) o en la corriente primaria de la parte reciclada del gas de combustion (Corriente 20) al calentador de gas-gas 62. La corriente seca del gas de combustion de oxicombustible (Corriente 20) es precalentada en el calentador de gas-gas 62 y se templa segun se requiera (Corriente 26), proporcionando la corriente primaria de la parte reciclada del gas de combustion (Corriente 21).

La corriente secundaria de la parte reciclada del gas de combustion de oxicombustible se suministra precalentada (Corriente 24) al sistema de combustion de la caldera desde el calentador de gas-gas 62. Tanto la corriente primaria de la parte reciclada del gas de combustion como la secundaria son precalentadas con el calor recuperado del gas de combustion de oxicombustible caliente que sale del sistema de calderas a lo largo de la Corriente 4.

Un sistema usual 160 de manipulacion de cenizas sirve las cenizas bastas de caldera ASC a traves de la Corriente 30, las cenizas volantes a traves de la Corriente 31 y las cenizas volantes ESP a traves de la Corriente 32. El comportamiento global de la planta de oxicombustible se optimiza mediante la integracion de procesos, incluyendo la recuperacion de clase baja desde la zona separada de calderas de oxicombustible (Corriente 35).

Los quemadores de aire/oxicombustible dobles estan disenados para funcionar hasta su dimensionamiento termico completo a fin de quemar aire al 100% o quemar oxicombustible al 100%, o cualquier proporcion entre los mismos. Los quemadores estan disenados para ser tan robustos y sencillos mecanicamente como sea posible, ofreciendo larga vida y largos penodos de funcionamiento continuo y simplificando espectacularmente los procedimientos de entrada en servicio y funcionamiento.

Cada quemador incluye una corriente primaria de combustion bien como aire primario o como parte reciclada del gas de combustion primario enriquecida con oxfgeno, proporcionado por los ventiladores de aire primario, que se combina con el combustible pulverizado en los molinos 44. La mezcla resultante se alimenta al quemador y se suministra al interior de la camara de combustion.

Se suministra oxfgeno adicional para finalizar la combustion, bien como aire de la caja de viento o bien como parte reciclada del gas de combustion enriquecida con oxfgeno a traves de una o mas corrientes. Cada quemador incorpora unos reguladores de dosificacion de las corrientes de combustion, que permiten que el flujo a los quemadores individuales este equilibrado dentro de la caja de viento y ajustan la distribucion a las corrientes de combustion dentro del quemador. Unas varillas de ajuste, conectadas a los reguladores de dosificacion de las corrientes de combustion, pasan a traves de la placa delantera del quemador permitiendo ajustar la posicion del regulador, externa al quemador.

Las corrientes pasan a traves de tubos concentricos en el quemador, admitiendo las corrientes de combustion en el horno en diferentes etapas del proceso de combustion, y controlando por ello la estequiometna y las temperaturas locales y la formacion de NOx, particularmente cuando se caldea con aire. Uno o mas reguladores en el quemador dosifican la cantidad de corrientes dentro de cada quemador. Unas varillas de ajuste, conectadas al regulador o reguladores de cuerpo cilmdrico, pasan a traves de la placa delantera del quemador, permitiendo ajustar la posicion del regulador de cuerpo cilmdrico durante el funcionamiento del quemador. Unos generadores de turbulencia independientes imparten la turbulencia necesaria a cada corriente. El ajuste de control del NOx se consigue variando la estequiometna del quemador al ajustar la proporcion del aire de combustion o de la parte reciclada del gas de combustion enriquecida con oxfgeno, entre el quemador y las cajas de viento de combustion sobrecaldeada.

El quemador tiene tambien un tubo testigo de aire a traves del que se inserta el equipo de encendido. Cada quemador esta ajustado, en el interior del tubo testigo, con un quemador de combustible ligero para el encendido, la estabilizacion del caldeo con carbon a baja carga y (opcionalmente) la realizacion de una carga parcial de la caldera. Durante el encendido, se requiere un pequeno flujo de aire hacia abajo de este tubo, para proporcionar oxfgeno de combustion. La parte reciclada del gas de combustion enriquecido con aire u oxfgeno se usa para mantener libre de

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formacion de cenizas el tubo testigo de aire durante el tiempo en servicio. Los elementos de ignicion por chispa apropiados comienzan directamente la ignicion de los quemadores de puesta en marcha.

Las aberturas de aire sobrecaldeado/combustion del sistema de combustion multietapa comprenden varias corrientes de combustion independientes, tales como una corriente interior que esta sin turbulencias y que suministra la corriente de combustion al centro de la camara de combustion, y una o mas corrientes exteriores que estan con turbulencias y estimulan la mezcla con los gases de combustion ascendentes mas proximos a las paredes del horno. El grado de turbulencia y la division entre las corrientes se controlan mediante unas sencillas varillas de ajuste y se fijan despues de entrar en servicio.

Durante el funcionamiento de la caldera, un equipo de supervision de la llama puede supervisar continuamente la condicion de la llama desde cada quemador, proporcionando una indicacion a distancia de las condiciones de la llama del quemador a una sala de control principal.

El aparato de combustion de la invencion proporciona la capacidad de caldeo a plena carga de aire con una planta apropiada de control de emisiones. El diseno con zonas separadas de calderas de tiro equilibrado incluye un intervalo de control total, adecuado para el funcionamiento usando aire, oxicombustible o proporciones de ambos. Los quemadores de combustible pulverizado de bajo NOx son adecuados para quemar aire u oxicombustible o una proporcion de ambos, y permiten tambien la combustion multietapa. Los calentadores de gas-gas 62 son adecuados tambien para su uso en un funcionamiento con aire y oxicombustible.

El aparato de combustion de la invencion cubre la misma gama de combustibles que la cubierta por la tecnologfa de caldeo con aire usual, particularmente con respecto al contenido de azufre y cloro en el carbon. A fin de asegurar que la planta de calderas de oxicombustible ya no es susceptible a la corrosion a altas temperaturas debido a concentraciones aumentadas de SO2 (y SO3) y HCl, el gas de combustion de oxicombustible se limpia antes de ser reciclado hasta la planta de molienda 44 y la caldera 10. La planta de DeSOx 68 proporciona la parte reciclada limpia del gas de combustion de oxicombustible, que asegura que los componentes gaseosos corrosivos dan como resultado concentraciones en la caldera 10 que no son peores que las experimentadas quemando aire.

Toda la corriente de la parte reciclada del gas de combustion se divide en las corrientes primaria y secundaria. La cantidad de corriente primaria se fija segun los requisitos de la planta de molienda 44. La cantidad de corriente secundaria se fija para proporcionar el equilibrio optimo entre los requisitos del equipo de combustion y el horno/caldera.

El aparato de combustion de la invencion es adecuado como una instalacion a posteriori para una planta existente de calderas caldeadas con carbon o para nuevos disenos de plantas de calderas caldeadas con carbon, subcnticas o supercnticas. El aparato permite el uso de un equipo habitual (directo o indirecto) de manipulacion y molienda de carbon y cenizas. El aparato se puede caldear de modo selectivo y conmutable usando aire o un gas enriquecido con oxfgeno.

Los calentadores de gas-gas son adecuados para su uso tanto en un funcionamiento con aire al 100% como en un funcionamiento con oxicombustible al 100%, y cualquier proporcion entre los mismos.

Ademas de la parte reciclada del gas de combustion primario, el remanente de oxfgeno requerido se suministra al horno radiante a traves de la corriente secundaria y de otras corrientes de gas del sistema de combustion multietapa. El aparato incluye la capacidad para permitir la medida independiente justa de las concentraciones de oxfgeno en cada corriente, segun sea apropiado. Se suministra oxfgeno directamente al equipo de combustion de la caldera, segun sea apropiado, distinto del proporcionado a las corrientes primaria y secundaria de gas de combustion de oxicombustible. Se suministra tambien oxfgeno, mezclado con gas de combustion reciclado, a los quemadores (a traves del conducto de entrada secundario) y, asf, dichos quemadores pueden utilizar combustion escalonada para minimizar la oxidacion del nitrogeno presente en el carbon.

Dado que el carbon se suministra a la caldera 10, que usa una mezcla de oxfgeno y gas de combustion, se reducen sustancialmente la fusion de cenizas y la formacion de NOx y monoxido de carbono. La reduccion de una combustion prematura del carbon aumenta el rendimiento del aparato de combustion.

Las caractensticas de combustion de la mezcla de oxfgeno y gas de combustion son similares, en algunos aspectos, a las del aire. Por lo tanto, es posible conmutar entre caldeado con aire y caldeado usando esta mezcla, sin modificar significativamente las caractensticas termicas respecto al aparato global de combustion.

El aparato de la invencion puede variar el contenido de oxfgeno durante la combustion, lo que permite un comportamiento optimo independientemente del combustible utilizado (tal como carbon bajo o rico en volatiles).

Se pueden realizar diversas modificaciones y mejoras sin salirse del alcance de la presente invencion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato de combustion, que comprende: una camara de combustion (15);

al menos un quemador de carbon pulverizado (52) con turbulencia axial;

un conducto de entrada de combustible primario (40) para suministrar combustible de carbon pulverizado a dicho al menos un quemador;

un conducto de entrada secundario (50) para suministrar un gas de combustion a dicho al menos un quemador; medios (70, 71, 72, 73, 74, 76) de suministro de gas de combustion;

una unidad (150) de separacion de aire para suministrar oxfgeno sustancialmente puro a los medios de suministro de gas de combustion;

un conducto de recirculacion de gas de combustion, conectado para circulacion de fluido a, al menos, el conducto de entrada de combustible primario (40) y el conducto de entrada secundario (50);

caracterizado por que los medios de suministro de gas de combustion estan adaptados para suministrar de modo conmutable uno de aire y de una mezcla de oxfgeno sustancialmente puro y un segundo gas que comprende gas de combustion, tanto al conducto de entrada de combustible primario como al conducto de entrada secundario.
2. El aparato de combustion segun la reivindicacion 1, en el que el segundo gas no incluye aire.
3. El aparato de combustion segun la reivindicacion 1 o 2, en el que el segundo gas no incluye nitrogeno.
4. El aparato de combustion segun cualquier reivindicacion anterior, en el que los medios de suministro de gas de combustion incluyen medios de variacion (73) para variar una proporcion de uno de aire y de gas rico en oxfgeno, suministrada a, al menos, uno del conducto de entrada de combustible primario (40) y del conducto de entrada secundario (50).
5. El aparato de combustion segun la reivindicacion 4, en el que los medios de variacion comprenden una valvula (73).
6. El aparato de combustion segun cualquier reivindicacion anterior, en el que el aparato de combustion comprende una caldera (10) para generar vapor de agua.
7. El aparato de combustion segun cualquier reivindicacion anterior, en el que los medios de suministro de gas de combustion estan adaptados para suministrar uno de aire y del gas rico en oxfgeno al conducto de entrada de combustible primario (40) de manera que uno de aire y del gas rico en oxfgeno ayuda, al menos, a transportar el combustible a la camara de combustion (15).
8. El aparato de combustion segun cualquier reivindicacion anterior, en el que el conducto de entrada secundario (50) suministra uno de aire y de gas rico en oxfgeno a, al menos, un quemador (52) dispuesto en la camara de combustion.
9. El aparato de combustion segun cualquier reivindicacion anterior, que incluye, al menos, un conducto de entrada terciario conectado para circulacion de fluido a los medios de suministro de gas de combustion, para suministrar uno de aire y del gas rico en oxfgeno directamente a, al menos, uno del aparato de combustion y de otro componente del aparato de combustion.