ES2587697T3 - Oxígeno para aumentar la capacidad de combustión de quemadores - Google Patents
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Abstract
Un método de modificar el funcionamiento de un quemador, que comprende (A) proveer un quemador a través del cual una corriente de aire mezclado con un combustible sólido carbonoso en partículas, y una o más corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible, pueden ser alimentadas y quemadas en una llama estable en dicho quemador, pero en el cual mantener dicha llama estable en dicho quemador cuando el aire aportado en dichas corrientes es la única fuente de oxígeno para dicha combustión requiere que el combustible satisfaga una o más condiciones en cuanto a que uno o más de (1) el caudal de masa del combustible a través de dicho quemador, (2) el ratio de combustible/aire de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a través de dicho quemador, (3) el contenido de materia combustible en el combustible, y (4) el valor de energía específico del combustible, debe ser al menos suficiente para que la llama se mantenga estable en dicho quemador, (B) insertar a través de dicho quemador una lanza cuyo extremo de salida sea posicionado para expulsar gas en la base de una llama en dicho quemador, (C) alimentar a través de dicho quemador una corriente de aire mezclado con combustible sólido en partículas que incumple al menos una de dichas condiciones y que por lo tanto no pueda ser quemada con llama estable en dicho quemador con aire como única fuente de oxígeno para la combustión, y alimentar a través de dicho quemador dichas una o más corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible, (D) alimentar un oxidante gaseoso que comprende más de 21% en volumen de oxígeno a través del extremo de salida de dicha lanza, y (E) quemar dicho combustible y aire alimentados en la etapa (C) con dicho oxidante alimentado en la etapa (D) en una llama estable en dicho quemador, siendo dicho oxidante alimentado a la base de dicha llama en un caudal de masa que mantiene la llama estable.
Description
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DESCRIPCION
Oxfgeno para aumentar la capacidad de combustion de quemadores Campo de la Invencion
La presente invencion se refiere a la combustion de combustible carbonoso en un dispositivo de combustion, tal como una caldera de servicio que quema carbon.
Antecedentes de la Invencion.
En EP-A-1.517.085 se divulga un metodo de combustion que reduce la cantidad emitida de NOx, que comprende:
(A) suministrar un dispositivo de combustion;
(B) alimentar aire primario y combustible en dicho dispositivo a traves de un quemador que comprende medios para alimentar aire secundario en el interior de dicho dispositivo de combustion y que opcionalmente comprende medios para alimentar aire terciario en el interior de dicho dispositivo de combustion;
(C) separar fuera del dispositivo de combustion el aire en una corriente rica en oxfgeno y una corriente rica en nitrogeno;
(D) quemar dicho combustible en una llama, mientras se alimenta al menos una parte de dicha corriente rica en oxfgeno a dicha llama; y
(E) alimentar al menos una parte de dicha corriente rica en nitrogeno al interior de dicho dispositivo de combustion.
Los sistemas de combustion estan usualmente disenados para quemar combustible que se caracteriza porque una o mas propiedades del combustible relevantes para la combustion del combustible se encuentran en un intervalo de valores. El sistema de combustion generalmente funciona con su maxima eficiencia cuando las caractensticas del combustible se encuentran dentro de los intervalos de valores para los cuales se ha disenado el sistema. Los intentos de quemar un combustible que posea una o mas caractensticas fuera del intervalo correspondiente a esa caractenstica pueden encontrarse con limitaciones del equipamiento que impidan al sistema alcanzar su capacidad de diseno o que pueden llevar a efectos secundarios negativos que den lugar a problemas funcionales, mayores emisiones y mayor mantenimiento. Las caractensticas que pueden verse afectadas por los intentos de quemar combustibles con una o mas caractensticas fuera de los intervalos para los que el sistema ha sido disenado incluyen la estabilidad del proceso de combustion, la pauta de liberacion de calor de la llama, la eficiencia de la combustion, las emisiones de NOx, y la capacidad del ventilador de aire y de gases de la combustion.
Un ejemplo de una caractenstica para el que se disena frecuentemente un sistema de combustion es el caudal de masa de combustible al interior de la camara de combustion del sistema. La mayona de los sistemas de combustion que queman combustible solido (por ejemplo, los sistemas que queman carbon en una caldera) usan pulverizadores de barrido de aire para secar y pulverizar el combustible, que es entonces llevado a la camara de combustion y quemado. Como el medio de transporte para el combustible pulverizado es aire, los pulverizadores y los conductos de combustible se disenan para obtener al menos una velocidad minima del aire que evite que se depositen partmulas de combustible en la corriente fluyente de aire de transporte. Esta condicion de diseno requiere entonces operar el pulverizador con al menos un mmimo de caudal de aire, incluso en condiciones de bajos caudales de masa de combustible. Por lo tanto, mantener ese caudal mmimo de aire diluye la mezcla de aire/combustible, en condiciones de bajos caudales de masa de combustible, hasta el punto que no se puede obtener una combustion estable y la llama del quemador se extingue gradualmente. Este es tfpicamente el caso con cargas inferiores al 30% de la capacidad de carga maxima del pulverizador. Los expertos consideran necesario utilizar un combustible auxiliar (como gas natural o aceite) para mantener la llama y la estabilidad de la combustion cuando el combustible se alimenta a regfmenes tan bajos.
Un metodo de combustion que permite mantener la combustion con llama estable, incluso con caudales de masa de combustible inferiores a los de diseno del sistema, sena por lo tanto util.
Otros ejemplos de caractensticas para las que se disena frecuentemente un sistema de combustion son el contenido de materia (ya sea solida, como cenizas y minerales, o lfquida, tfpicamente agua) inerte (es decir, no combustible) y el valor de energfa espedfico del combustible, es decir, la cantidad de energfa obtenible con la combustion de la materia combustible por unidad de masa de materia combustible. Los combustibles que contienen mas materia inerte que el intervalo de materia inerte para el que se ha disenado el sistema de combustion, y los combustibles que poseen un valor de energfa espedfico inferior al intervalo de valores de energfa espedficos para el que se diseno el sistema, cuando son alimentados al sistema de combustion, causan muchos de los problemas, tales como la incapacidad de mantener la combustion con una llama estable.
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Los combustibles que pueden llevar a esos problemas operacionales pueden tener, sin embargo, una ventaja economica sobre los combustibles que se adaptan a las especificaciones de diseno del sistema. Por lo tanto, un metodo de combustion que permite mantener la combustion con una llama estable, incluso con un combustible que posea una proporcion demasiado alta de materia inerte o un valor de energfa espedfico demasiado bajo para el sistema, podna ser por tanto ser util.
Breve compendio de la Invencion
Un aspecto de la presente invencion es un metodo para modificar la operacion de un quemador, que comprende:
(A) disponer de un quemador a traves del cual una corriente de aire mezclado con un combustible solido carbonoso en partfculas, y una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible, que puedan ser alimentadas y quemadas en una llama estable en el quemador, pero en las que mantener dicha llama estable en dicho quemador cuando el aire aportado en dichas corrientes es la unica fuente de oxfgeno para dicha combustion requiera que el combustible satisfaga una o mas condiciones en cuanto a que uno o mas de (1) el caudal de masa del combustible a traves de dicho quemador, (2) el ratio de combustible/aire de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a traves de dicho quemador, (3) el contenido de materia combustible (es decir, no inerte) en el combustible, y (4) el valor de energfa espedfico del combustible, deben ser al menos suficientes para que la llama se mantenga estable en dicho quemador,
(B) insertar a traves de dicho quemador una lanza cuyo extremo de salida esta posicionado para expulsar gas en la base de una llama en dicho quemador,
(C) alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con combustible solido en partfculas que incumplen al menos una de dichas condiciones y que por lo tanto no pueda ser quemado con llama estable en dicho quemador con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible,
(D) alimentar un oxidante gaseoso que comprende mas de 21% en volumen de oxfgeno a traves del extremo de salida de dicha lanza, y
(E) quemar dichos combustible y aire alimentados en la etapa (C) con dicho oxidante alimentado en la etapa (D) en una llama estable en dicho quemador, siendo dicho oxidante alimentado a la base de dicha llama en un caudal de masa que mantiene la citada llama estable.
Otro aspecto de la presente invencion es un metodo para operar un quemador, que comprende:
(A) disponer de un quemador a traves del cual se pueda alimentar y quemar una corriente de aire mezclado con combustible solido carbonoso en partfculas, y una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible, en una llama estable en dicho quemador, pero en el que mantener dicha llama estable en dicho quemador, cuando el aire aportado en dichas corrientes es la unica fuente de oxfgeno para dicha combustion, requiere que el combustible satisfaga una o mas condiciones en cuanto a que uno o mas de (1) el caudal de masa del combustible a traves de dicho quemador, (2) el ratio de combustible/aire de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a traves de dicho quemador, (3) el contenido de materia combustible en el combustible, y (4) el valor de energfa espedfico del combustible, deben ser al menos suficientes para que la llama se mantenga estable en dicho quemador,
(B) alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con combustible solido en partfculas que incumpla al menos una de dichas condiciones y que por lo tanto no pueda ser quemado con llama estable en dicho quemador con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible, y
(C) quemar dichos combustible y aire alimentados en la etapa (B) en una llama estable en dicho quemador a la vez que se alimenta una corriente de un oxidante gaseoso que comprende mas de 21% en volumen de oxfgeno en la base de dicha llama en dicho quemador, donde dicho oxidante se quema con dichos combustible y aire, donde dicho oxidante es alimentado a la base de dicha llama con un caudal de masa que mantiene dicha llama estable.
En ambos aspectos previamente mencionados de la presente invencion, la corriente de oxidante gaseoso que comprende mas de 21% en volumen de oxfgeno es adicional a la corriente de combustible y aire y las una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible en la corriente de aire-combustible.
En ambos aspectos previamente mencionados de la presente invencion, la combustion que es posibilitada por la alimentacion del oxidante gaseoso es llevada a cabo ventajosamente sin alimentar combustible suplementario en forma gaseosa, lfquida o solida, tal como gas natural o metano, fueloil o hidrocarburos lfquidos, o solidos que contengan una contenido en materia volatilizable superior a la contenida en el combustible solido en partfculas que es alimentado y quemado en la practica de esta invencion.
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En el sentido utilizado en esta memoria, que una llama sea “estable” significa que, una vez se ha establecido bajo una serie de condiciones de combustion, continua quemando de forma indefinida bajo las mismas condiciones de combustion.
Breve descripcion de las figuras
La Figura 1 es una vista en seccion de una realizacion de un aparato con el que se puede aplicar la presente invencion.
La Figura 2 es una vista en seccion de un quemador utilizable en la realizacion de la Figura 1.
La Figura 3 es una vista en seccion del quemador de la Figura 2, mostrando modificaciones de esa realizacion de acuerdo con la presente invencion.
Descripcion detalla de la Invencion
La figura 1 muestra un sistema de combustion representativo con el que se puede aplicar la presente invencion. El sistema incluye un dispositivo de combustion 1, como una caldera que quema carbon. El combustible en esta ilustracion es carbon, pero los combustibles con los que esta invencion es util incluyen cualquier materia que tenga valor calefactor, es decir, que libere calor con su combustion. Los terminos “combustible” y “solidos combustibles” utilizados en esta memoria se refieren a la materia que es alimentada para ser quemada, incluyendo los propios constituyentes combustibles a la vez que cualquier constituyente no combustible que este presente.
El dispositivo de combustion 1 alberga una camara de combustion 3, que es tipicamente un espacio que puede resistir las altas temperaturas que se alcanzan con la combustion que se ejecuta en la camara de combustion 3. La camara de combustion puede estar hecha de, o revestida con, material refractario, o puede estar contenida en paredes de tubos que llevan material como agua que absorbe el calor de la camara de combustion. Los productos de la combustion salen de la camara de combustion por la salida de humos 5. El calor que se genera por la combustion puede ser utilizado en cualquiera de diversas formas (no mostradas en la Figura 1), tales como formando vapor en tubenas que rodean la camara de combustion 3 o que estan dispuestas atravesando la salida de humos 5.
El quemador 11 esta colocado atravesando una superficie del dispositivo de combustion 1. En la practica se pueden disponer en cualquier lugar entre 1 y 20 quemadores, dependiendo del tamano de la instalacion. Mas aun, los quemadores pueden estar instalados en la pared, instalados en el techo o instalados en esquinas. La corriente de combustible-aire 12 comprendiendo una mezcla de combustible y aire, y la corriente de aire 13, son alimentadas a traves del quemador 11 y quemadas en la camara de combustion 3. La combustion forma la llama 15 cuya base se situa en el quemador. Una corriente de aire 14 de sobre-combustion, opcional, de aire es alimentada en la camara de combustion 3 aguas abajo de la llama 15, entre la llama 15 y la salida de humos 5. Cuando se emplea mas de un quemador, las corrientes de aire 13 (y la corriente de aire sobre-combustion 14, cuando es utilizada) pueden ser alimentadas desde una caja de viento o impelente (no mostrada) que es tradicional en la practica industrial actual.
La corriente de combustible-aire 12 puede ser formada en la unidad 17, que en muchas realizaciones es un pulverizador en el que el combustible 18 es pulverizado en forma de partfculas que pueden ser llevadas en una corriente de aire de transporte, y en el que el combustible es mezclado con aire 19 que sirve de aire de transporte y que tambien provee de algo de oxfgeno para la combustion. El pulverizador tfpicamente tiene un caudal de masa de combustible (denominado la “plena carga”) al que puede producir la corriente de combustible-aire 12. La unidad 17 puede, alternativamente, ser un aparato que forme la corriente de combustible-aire combinando una corriente de combustible en partfculas ya pulverizado con una corriente de aire de transporte.
Las Figuras 2 y 3 muestran en seccion una realizacion de un quemador 11, que es representativo de los quemadores con los que se puede aplicar la invencion. El pasaje 22 conduce la corriente de combustible-aire 12 hacia y dentro de la camara de combustion 3, donde se quema en la llama 15 como se muestra en las Figuras 1 y 3. El pasaje o pasajes 23 conducen la corriente de aire 13 hacia y dentro de la camara de combustion 3, donde el aire provee de oxfgeno para la combustion en la llama 15. Pasaje o pasajes 24 opcionales conducen aire secundario hacia y dentro de la camara de combustion 3, donde el aire secundario puede participar en la combustion.
Los quemadores mostrados en las Figuras 2 y 3 son preferiblemente circulares, con el pasaje 22 dispuesto a lo largo del eje central del quemador. En una realizacion hay un pasaje 23 que es anular y situado concentrico completamente alrededor del pasaje 22. En otras realizaciones, puede haber dos o mas pasajes 23, cada uno terminando en su propia abertura hacia la camara de combustion 3. De la misma forma, el aire secundario opcional puede ser suministrado a traves de un pasaje 24 que este situado completamente concentrico alrededor del pasaje 22, o a traves de dos o mas pasajes separados, cada uno de los cuales tenga su propia abertura hacia la camara de combustion 3.
La Figura 3 muestra el quemador de la Figura 2 que ha sido modificado de acuerdo con la presente invencion. Los numeros de referencia que aparecen en ambas Figuras 2 y 3 tienen los mismos significados para la realizacion de la Figura 3 que para la realizacion de la Figura 2.
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La realizacion de la Figura 3 incluye una lanza 31 que esta situada dentro del pasaje 22. La lanza 31 termina en una abertura 33 que esta situada para alimentar gas que sale de la apertura 33 hacia la base 35 de la llama 15. El otro extremo de la lanza 31 esta conectado a una fuente de oxidante que esta equipada con las valvulas y controles apropiados para que suministre una corriente de oxidante a la lanza 31 cuando se desee y con el caudal deseado. El oxidante debe contener mas de 21% en volumen de oxfgeno, y preferentemente contiene mas de 30% en volumen de oxfgeno y mas preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno. El oxidante puede ser suministrado desde un tanque de almacenamiento adecuado, o puede ser suministrado combinando una corriente de aire con una corriente de oxfgeno comercialmente puro (por ejemplo pureza de 99% en volumen de oxfgeno o mayor) en cantidades relativas entre sf para establecer la cantidad deseada de oxfgeno.
La presente invencion puede ser aplicada de la siguiente manera para modificar un quemador para que combustible solido carbonoso en partmulas pueda ser quemado en el quemador, incluso si el combustible es alimentado con un caudal de masa de solidos combustible tan reducido que la combustion del combustible en el quemador con aire como unica fuente de oxfgeno de la combustion, no pueda ser mantenida con una llama estable en el quemador.
Se determina el caudal de masa de solidos de combustible mmimo, para ese quemador, con el que la combustion del combustible con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion se puede mantener en una llama estable en el quemador. Una forma de determinar este caudal es determinar, al caudal de aire mmimo necesario para operar el quemador, el contenido mmimo de solidos de combustible en ese caudal de aire con el que la combustion del combustible alimentado en ese caudal de aire puede ser mantenida en llama estable en el quemador, con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion. La combinacion del caudal de aire mmimo y el contenido mmimo de solidos de combustible establece un caudal de masa mmimo de solidos de combustible con el cual la combustion al aire puede ser mantenida en el quemador en llama estable.
La lanza 31 o un conducto equivalente esta situado a traves del quemador 22, como se muestra en la Figura 3, con su extremo de salida posicionado en la abertura del quemador y su otro extremo conectado (a traves de valvulas y controles convencionales que permiten el control del caudal y que habilitan uno para activar o desactivar el flujo) a una fuente de oxidante que contiene mas de 21% en volumen de oxfgeno, convenientemente al menos 30% en volumen de oxfgeno, y preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno.
Entonces, una corriente de combustible-aire es alimentada a traves del quemador con un caudal de masa de solidos que es inferior a ese mmimo establecido, como se ha descrito mas arriba, aire de combustion es alimentado a traves del quemador (por ejemplo, a traves del pasaje o pasajes 23 del quemador en la Figura 3), y un oxidante que contiene mas de 21% en volumen de oxfgeno, convenientemente al menos el 30% en volumen de oxfgeno y preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno, es alimentado a traves de la lanza 31. Si la combustion en el quemador ha sido ya establecida, el oxidante que emerge de la salida 33 es alimentado dentro de la base 35 de la llama en el quemador. Si la combustion en el quemador no ha sido aun establecida, la mezcla de la corriente de combustible-aire, la corriente de aire de combustion, y el oxidante son quemados, y el oxidante que emerge de la salida 33 es alimentado a la base 35 de la llama en el quemador.
El caudal de masa con el que el oxfgeno es alimentado dentro de la base de la llama se ajusta para determinar un valor con el que la combustion del combustible se mantiene con una llama estable en el quemador. Entonces, el caudal de oxfgeno se mantiene en ese nivel, o es incrementado para asegurar la combustion estable incluso en caso de fluctuaciones del caudal de masa del combustible. Tfpicamente, la cantidad de oxfgeno que esta presente en el oxidante que emerge de la salida 33 hacia dentro de la base 35 de la llama es 1% a 25% de la cantidad total estequiometrica requerida para quemar completamente la parte combustible del combustible que es alimentado. Si se desea, el contenido de oxfgeno del oxidante puede ser ajustado para adaptarse a las necesidades de la situacion; cuando el caudal de alimentacion decrece, sera generalmente necesario incrementar la cantidad de oxfgeno del oxidante para mantener la combustion estable del combustible.
Se espera que esta realizacion de la invencion permita mantener la combustion en una llama estable en el quemador incluso cuando el caudal de masa de solidos de combustible corresponda al 30% o menos del caudal de masa de solidos de combustible mmimo para mantener combustiones estables cuando se utiliza el aire como la unica fuente de oxfgeno para la combustion. El mmimo caudal de masa de solidos al que puede resultar aplicable la invencion, ya sea expresado como una cifra absoluta o como porcentaje del caudal maximo, vana de una unidad a otra, pero puede ser facilmente determinado experimentalmente para cualquier unidad.
La presente invencion puede ser puesta en practica de la siguiente manera para modificar un quemador para que el combustible solido carbonoso en partmulas pueda ser quemado en el quemador incluso si la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a traves del quemador (por ejemplo por un pulverizador) tiene una relacion de aire/combustible en masa tan alto, como 2,5 o mayor, o incluso 3,0 o mayor (es decir que podna ser encontrada en la “reduccion” del regimen de combustion), de forma que la combustion del combustible en una llama estable en el quemador con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion no puede ser mantenida en una
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llama estable en el quemador. (Se tendra en cuenta, por supuesto, que las menciones en esta memoria a un ratio aire/combustible demasiado alto para permitir una llama estable, y a un ratio de combustible/aire que necesita estar por encima de un valor para permitir una llama estable, son simplemente diferentes formas de expresar la misma idea).
El ratio maximo de aire/combustible en masa en la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a traves del quemador se determina, para ese quemador, como el que mantiene la combustion del combustible en llama estable en el quemador, con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion.
La lanza 31 o el conducto equivalente se situa a traves del quemador 22 como se muestra en la Figura 3, con su extremo de salida situado en la abertura del quemador y su otro extremo conectado (a traves de valvulas y controles convencionales que permiten el control del caudal y habilitando uno para activar o desactivar el flujo) a una fuente de oxidante que contiene mas de 21% en volumen de oxfgeno, convenientemente al menos 30% en volumen de oxfgeno, y preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno. Entonces se alimenta una corriente de combustible-aire a traves del quemador donde el ratio de aire/combustible de esa corriente es mayor que el maximo establecido como se ha descrito arriba, se alimenta aire de combustion a traves del quemador (por ejemplo, a traves del pasaje o pasajes 23 del quemador de la Figura 3), y se alimenta oxidante que contiene mas de 21% en volumen de oxfgeno, convenientemente al menos 30% en volumen de oxfgeno, y preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno, a traves de la lanza 31. Si ya se ha establecido la combustion en el quemador, el oxidante que emerge de la salida 33 es alimentado a la base 35 de la llama en el quemador. Si la combustion en el quemador no se ha establecido aun, la mezcla de la corriente de combustible-aire, la corriente de aire de combustion, y el oxidante son quemados, y el oxidante que surge de la salida 33 es alimentado a la base 35 de la llama en el quemador.
El caudal de masa con el que se alimenta el oxfgeno en la base de la llama se ajusta para determinar un valor al cual se mantiene la combustion estable del combustible en una llama en el quemador. Entonces, el caudal de oxfgeno se mantiene en ese nivel, o se incrementa para asegurar la combustion estable incluso en caso de fluctuaciones en el contenido de materia no combustible en el combustible. Tfpicamente, la cantidad de oxfgeno que esta presente en el oxidante que surge de la salida 33 hacia la base de la llama es de 1% a 25% de la cantidad total estequiometrica requerida para quemar completamente la porcion combustible del combustible alimentado. Si se desea, el contenido de oxfgeno del oxidante puede ser ajustando para acomodarse a las necesidades de la situacion; al incrementar el ratio aire/combustible de la corriente de alimentacion de combustible, sera generalmente necesario incrementar el contenido en oxfgeno del oxidante para mantener la combustion estable del combustible.
El ratio maximo de aire/combustible en la corriente de alimentacion de combustible, por encima del cual la presente invencion pasa a ser aplicable, vana de una unidad a otra pero puede ser facilmente determinado experimentalmente para cualquier unidad dada. En general, es menos probable que la combustion de combustible alimentado en corrientes de aire mezclado con el combustible, donde el ratio de aire/combustible es inferior a alrededor de 2,0, necesite la asistencia aportada por la presente invencion, mientras que es probable que la capacidad de la presente invencion de lograr la combustion del combustible alimentado en corrientes de alimentacion con mayores ratios de aire/combustible se consiga con corrientes de alimentacion de combustible alimentadas con ratios de aire/combustible de 2,5 o mayores, y aun mas probable cuando son alimentadas con ratios de aire/combustible de 3,0 o superiores.
La presente invencion puede ser practicada de la siguiente manera para modificar un quemador para que combustible solido carbonoso en partfculas pueda ser quemado en el quemador incluso cuando el combustible contiene una cantidad de material no combustible (inerte) tan alto, hasta 70 o 75% en peso, o incluso de 80 a 90% en peso, que la combustion del combustible en el quemador con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion no pueda ser mantenida en una llama estable en el quemador. Un combustible con tanta cantidad de material inerte puede ser encontrado o formado de forma natural, o puede ser formado mezclando un combustible con menor (o sin) material inerte, con material inerte o con un combustible que contenga cantidades aun mayores de material inerte.
Se determina el contenido maximo de material no combustible en el combustible, para ese quemador, con el que la combustion del combustible puede ser mantenida en una llama estable en el quemador, con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion.
La lanza 31 o el conducto equivalente se situa a traves del quemador 22 como se muestra en la Figura 3, con su extremo de salida situado en la abertura del quemador y su otro extremo conectado (a traves de valvulas y controles convencionales que permiten el control del caudal y habilitan uno para activar o desactivar el flujo) a una fuente de oxidante que contiene mas de 21% en volumen de oxfgeno, convenientemente al menos 30% en volumen de oxfgeno, y preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno. Entonces se alimenta una corriente de combustible-aire a traves del quemador en la que el contenido de materia no combustible en el combustible es mayor que el maximo establecido como se ha descrito arriba, se alimenta aire de combustion a traves del quemador (por ejemplo, a traves del pasaje o pasajes 23 del quemador de la Figura 3), y se alimenta oxidante que contiene
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mas de 21% en volumen de ox^geno, convenientemente al menos 30% en volumen de ox^geno, y preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno, a traves de la lanza 31. Si ya se ha establecido la combustion en el quemador, el oxidante que emerge de la salida 33 es alimentado a la base 35 de la llama en el quemador. Si la combustion en el quemador no se ha establecido aun, la mezcla de la corriente de combustible-aire, la corriente de aire de combustion, y el oxidante son quemados, y el oxidante que surge de la salida 33 es alimentado a la base 35 de la llama en el quemador.
El caudal de masa con el que se alimenta el oxfgeno a la base de la llama se ajusta para determinar un valor al cual se mantiene la combustion estable del combustible en una llama en el quemador. Entonces, el caudal de oxfgeno se mantiene en ese nivel, o se incrementa para asegurar la combustion estable incluso en caso de fluctuaciones en el contenido de materia no combustible en el combustible. Tfpicamente, la cantidad de oxfgeno que esta presente en el oxidante que surge de la salida 33 hacia la base 35 de la llama es de 1% a 25% de la cantidad total estequiometrica requerida para quemar completamente la porcion combustible del combustible. Si se desea, el contenido de oxfgeno del oxidante puede ser ajustando para acomodarse a las necesidades de la situacion; al reducir el porcentaje de materia combustible en el combustible, sera generalmente necesario incrementar el contenido en oxfgeno del oxidante para mantener la combustion estable del combustible.
El contenido maximo de materia no combustible, por encima del cual la presente invencion pasa a ser aplicable, vana de una unidad a otra, pero puede ser facilmente determinado experimentalmente para cualquier unidad dada. En general, es menos probable que la combustion de combustibles que poseen un contenido en materia no combustible inferior al 30% requiera la asistencia aportada por la presente invencion, mientras que es probable que la capacidad de la presente invencion de lograr la combustion del combustible con alto contenido de materia no combustible se consiga con combustible que contenga un 35% o mas de materia no combustible, y aun mas probable con combustible que contenga un 40% o mas de materia no combustible.
La presente invencion puede ser practicada de la siguiente manera para modificar un quemador para que combustible solido carbonoso en partmulas pueda ser quemado en el quemador incluso cuando el contenido de energfa espedfico del combustible (por ejemplo, BTU por libra de combustible) es tan bajo que la combustion del combustible en el quemador con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion no pueda ser mantenida en una llama estable en el quemador.
Se determina el contenido mmimo de energfa espedfico en el combustible con el que la combustion del combustible puede ser mantenida en una llama estable en el quemador, con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion.
La lanza 31 o el conducto equivalente se situa a traves del quemador 22 como se muestra en la Figura 3, con su extremo de salida situado en la abertura del quemador y su otro extremo conectado (a traves de valvulas y controles convencionales que permiten el control del caudal y habilitan uno para activar o desactivar el flujo) a una fuente de oxidante que contiene mas de 21% en volumen de oxfgeno, convenientemente al menos 30% en volumen de oxfgeno, y preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno.
Entonces se alimenta una corriente de combustible-aire a traves del quemador, en la que el contenido energfa espedfico en el combustible es menor que el mmimo establecido como se ha descrito arriba, se alimenta aire de combustion a traves del quemador (por ejemplo, a traves del pasaje o pasajes 23 del quemador en la Figura 3), y se alimenta oxidante que contiene mas de 21% en volumen de oxfgeno, convenientemente al menos 30% en volumen de oxfgeno, y preferentemente al menos 90% en volumen de oxfgeno, a traves de la lanza 31. Si ya se ha establecido la combustion en el quemador, el oxidante que emerge de la salida 33 es alimentado a la base 35 de la llama en el quemador. Si la combustion en el quemador no se ha establecido aun, la mezcla de la corriente de combustible-aire, la corriente de aire de combustion, y el oxidante son quemados, y el oxidante que surge de la salida 33 es alimentado a la base 35 de la llama en el quemador.
El caudal de masa con el que se alimenta el oxfgeno en la base de la llama se ajusta para determinar un valor al cual se mantiene la combustion estable del combustible en una llama en el quemador. Entonces, el caudal de oxfgeno se mantiene en ese nivel, o se incrementa para asegurar la combustion estable incluso en caso de fluctuaciones en el contenido de energfa espedfico en el combustible. Tfpicamente, la cantidad de oxfgeno que esta presente en el oxidante que surge de la salida 33 hacia la base 35 de la llama es de 1% a 25% de la cantidad total estequiometrica requerida para quemar completamente la porcion combustible del combustible. Si se desea, el contenido de oxfgeno del oxidante puede ser ajustando para acomodarse a las necesidades de la situacion; al reducirse el contenido de energfa espedfico en el combustible, sera generalmente necesario incrementar el contenido en oxfgeno del oxidante para mantener la combustion estable del combustible.
El contenido mmimo de energfa espedfico en el combustible, por debajo del cual la presente invencion pasa a ser aplicable, vana de una unidad a otra, pero puede ser facilmente determinado experimentalmente para cualquier unidad dada. En general, es menos probable que la combustion de combustibles que poseen un contenido de
energfa espedfico superior a alrededor de 23260 KJ/Kg (10.000 BTU/libra) requiera la asistencia aportada por la presente invencion, mientras que es probable que la capacidad de la presente invencion de lograr la combustion del combustible con bajo contenido de energfa espedfico se consiga con combustible que posea un contenido de energfa espedfico de 18608 KJ/Kg (8.000 BTU/libra) o inferior, determinado sobre una muestra seca de 5 combustible, y aun mas probable con un combustible que tenga un contenido de energfa espedfico de 13956 KJ/Kg (6.000 BTU/libra) o inferior, determinado sobre una muestra seca de combustible.
Claims (10)
- 51015202530354045505560REIVINDICACIONES1. Un metodo de modificar el funcionamiento de un quemador, que comprende(A) proveer un quemador a traves del cual una corriente de aire mezclado con un combustible solido carbonoso en partmulas, y una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible, pueden ser alimentadas y quemadas en una llama estable en dicho quemador, pero en el cual mantener dicha llama estable en dicho quemador cuando el aire aportado en dichas corrientes es la unica fuente de oxfgeno para dicha combustion requiere que el combustible satisfaga una o mas condiciones en cuanto a que uno o mas de (1) el caudal de masa del combustible a traves de dicho quemador, (2) el ratio de combustible/aire de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a traves de dicho quemador, (3) el contenido de materia combustible en el combustible, y (4) el valor de energfa espedfico del combustible, debe ser al menos suficiente para que la llama se mantenga estable en dicho quemador,(B) insertar a traves de dicho quemador una lanza cuyo extremo de salida sea posicionado para expulsar gas en la base de una llama en dicho quemador,(C) alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con combustible solido en partmulas que incumple al menos una de dichas condiciones y que por lo tanto no pueda ser quemada con llama estable en dicho quemador con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible,(D) alimentar un oxidante gaseoso que comprende mas de 21% en volumen de oxfgeno a traves del extremo de salida de dicha lanza, y(E) quemar dicho combustible y aire alimentados en la etapa (C) con dicho oxidante alimentado en la etapa (D) en una llama estable en dicho quemador, siendo dicho oxidante alimentado a la base de dicha llama en un caudal de masa que mantiene la llama estable.
- 2. Un metodo de modificar el funcionamiento de un quemador segun la reivindicacion 1, en el que la etapa (A) comprende determinar el caudal de masa mmimo de combustible solido carbonoso en partmulas a traves del quemador, por debajo del cual la combustion de dicho combustible con aire como unica fuente de oxfgeno para dicha combustion, no puede ser mantenida en llama estable en dicho quemador,en el que la etapa (B) comprende ademas conectar el extremo de entrada de la lanza a una fuente de oxidante gaseoso que comprende mas del 21% en volumen de oxfgeno, yen el que la etapa (C) comprende alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con dicho combustible solido en partmulas con un caudal de masa de dicho combustible por debajo de dicho mmimo, y alimentar a traves de dicho quemador dicha una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible.
- 3. Un metodo de modificar el funcionamiento de un quemador segun la reivindicacion 1,en el que la etapa (A) comprende determinar el ratio de aire/combustible maximo en la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a traves del citado quemador, por encima del cual la combustion de dicho combustible con aire como unica fuente de oxfgeno para dicha combustion no puede ser mantenida en llama estable en dicho quemador,en el que la etapa (B) comprende ademas conectar el extremo de entrada de la lanza a una fuente de oxidante gaseoso que comprende mas de 21% en volumen de oxfgeno, yen el que la etapa (C) comprende alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con dicho combustible solido en partmulas con un ratio de aire/combustible por encima de dicho maximo, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible.
- 4. Un metodo de modificar el funcionamiento de un quemador segun la reivindicacion 1,en el que la etapa (A) comprende determinar el contenido maximo de materia no combustible en el combustible solido carbonoso en partmulas, por encima del cual la combustion de dicho combustible con aire como unica fuente de oxfgeno para dicha combustion no puede ser mantenida en llama estable en dicho quemador, en el que la etapa (B) comprende ademas conectar el extremo de entrada de la lanza a una fuente de oxidante gaseoso que comprende mas de 21% en volumen de oxfgeno, yen el que la etapa (C) comprende alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con dicho combustible solido en partmulas que posee un contenido de materia no combustible por encima de dicho maximo, y alimentar a traves de dicho quemador dicha una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible.
- 5. Un metodo de modificar el funcionamiento de un quemador segun la reivindicacion 1,en el que la etapa (A) comprende determinar el contenido de energfa espedfico mmimo del combustible solido carbonoso en partmulas, por debajo del cual la combustion de dicho combustible con aire como unica fuente de oxfgeno para dicha combustion no puede ser mantenida en llama estable en dicho quemador,en el que la etapa (B) comprende ademas conectar el extremo de entrada de la lanza a una fuente de oxidante gaseoso que comprende mas de 21% en volumen de oxfgeno, y510152025303540455055en el que la etapa (C) comprende alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con dicho combustible solido en partmulas con un contenido de energfa espedfico por debajo de dicho mmimo, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible.
- 6. Un metodo de operacion de un quemador, que comprende(A) proveer un quemador a traves del cual se puede alimentar y quemar una corriente de aire mezclado con combustible solido carbonoso en partmulas, y una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible, en una llama estable en dicho quemador, pero en el que mantener dicha llama estable en dicho quemador cuando el aire aportado en dichas corrientes es la unica fuente de oxfgeno para dicha combustion requiere que el combustible satisfaga una o mas condiciones en cuanto a que uno o mas de (1) el caudal de masa del combustible a traves de dicho quemador, (2) el ratio de combustible/aire de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a traves de dicho quemador, (3) el contenido de materia combustible en el combustible, y (4) el valor de energfa espedfico del combustible, debe ser al menos suficiente para que la llama se mantenga estable en dicho quemador,(B) alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con combustible solido en partmulas que incumple al menos una de dichas condiciones y que por lo tanto no pueda ser quemado con llama estable en dicho quemador, con aire como unica fuente de oxfgeno para la combustion, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible, y(C) quemar dichos combustible y aire alimentados en la etapa (B) en una llama estable en dicho quemador a la vez que se alimenta una corriente de un oxidante gaseoso que comprende mas de 21% en volumen de oxfgeno a la base de dicha llama en dicho quemador, en el que dicho oxidante se quema con dichos combustible y aire, en el que dicho oxidante es alimentado a la base de la llama con un caudal de masa que mantiene la llama estable.
- 7. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la etapa (B) comprende alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con dicho combustible solido en partmulas con un caudal de masa de dicho combustible solido en partmulas por debajo del mmimo caudal solido de masas de combustible solido carbonoso en partmulas a traves de dicho quemador, por debajo del cual la combustion de dicho combustible con aire como unica fuente de oxfgeno para dicha combustion no puede ser mantenida en llama estable en dicho quemador, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible.
- 8. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la etapa (B) comprende alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con dicho combustible solido en partmulas con un ratio de aire/combustible por encima del ratio de masas aire/combustible maximo de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a traves de dicho quemador, por encima del cual la combustion de dicho combustible con aire como unica fuente de oxfgeno para dicha combustion no puede ser mantenida en llama estable en dicho quemador, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible.
- 9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la etapa (B) comprende alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con dicho combustible solido en partmulas con contenido de materia no combustible por encima del contenido maximo de materia no combustible del combustible solido carbonoso en partmulas, por encima del cual la combustion de dicho combustible, con aire como unica fuente de oxfgeno para dicha combustion, no puede ser mantenida en llama estable en dicho quemador, y alimentar a traves de dicho quemador dicha una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible.
- 10. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la etapa (B) comprende alimentar a traves de dicho quemador una corriente de aire mezclado con dicho combustible solido en partmulas con contenido de energfa espedfico por debajo del contenido mmimo de energfa espedfico del combustible solido carbonoso en partmulas por debajo del cual la combustion de dicho combustible, con aire como unica fuente de oxfgeno para dicha combustion, no puede ser mantenida en llama estable en dicho quemador, y alimentar a traves de dicho quemador dichas una o mas corrientes de aire diferentes del aire mezclado con dicho combustible.11- Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (C) comprende al menos 90% en volumen de oxfgeno.
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