MX2007012117A

MX2007012117A - Sistema de limpieza y metodo de monitoreo para el equipo de vigilancia de emisiones continuas.

Info

Publication number: MX2007012117A
Application number: MX2007012117A
Authority: MX
Inventors: Jennifer Lynn Molaison; David F Johnston; Terry Farmer; Mark Holt; William Eberhardt
Original assignee: Bha Group Inc
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-02-13
Also published as: CA2604663C; EP1909090A3; CA2604663A1; US20080078260A1; AU2007221776A1; AU2007221776B2; US7562556B2; EP1909090A2

Abstract

Un aparato para limpiar un sistema de vigilancia de emisiones continuas que está en comunicación fluida con un tiro de chimenea que conduce gas de escape desde una fuente de combustión. El aparato comprende un alojamiento y una sonda montada en el alojamiento. La sonda es tubular y está en comunicación fluida con el tiro de chimenea para adquirir una muestra de gas del tiro de chimenea. La sonda tiende a tener depósitos del gas de escape acumulado en las paredes internas de la sonda. Un dispositivo imparte energía de limpieza a la sonda para desprender los depósitos acumulados de las paredes internas de la sonda.

Description

SISTEMA DE LIM PIEZA Y M ÉTODO DE MON ITQREO PARA E L EQUIPO DE VIGI LANCIA DE EMISIONES CONTINUA Cam po de la Invención La presente invención se relaciona en general con la vigilancia de emisiones continuas de corrientes de gas de tiro de escape. Más específicamente, la presente Invención se relaciona con componentes de limpieza para el equipo de vigilancia de emisiones continuas.

Antecedentes de la Invención La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) identifica fuentes de emisiones de mercurio en los Estados Unidos para ser calentadores de utilidad, incineradores de desperdicios que queman desperdicios con contenido de mercurio (municipales y médicos), calentadores industriales quemados con carbón y hornos de cemento que queman combustibles con base de carbón. Una fuente importante de emisiones de mercurio son las plantas de energ ía de combustión de carbón. Para cuantlficar las emisiones desde una fuente, se em plea un sistema de vigilancia de emisiones continuas de mercurio (CEM ). Existen básicamente tres formas de mercurio en la corriente de gas de tiro de escape de una planta de energ ía de combustión de carbón que se pueden monitorear por un CEM . Estas formas son mercurio elemental gaseoso, mercurio oxidado gaseoso y mercurio enlazado particulado de cualq uier forma , un gas de chimenea con temperaturas sobre los 79°C.

El mercurio en las formas gaseosas es relativamente pegajoso y tiene una gran afinidad para enlazarse con una amplia variedad de superficies interiores de los componentes del CEM. Tal mercurio gaseoso es extremadamente difícil de manejar y transportar a través de un sistema de muestreo de gas de extracción para un analizador de gas para su medición . Además, el particulado presente en las corrientes de tiro de escape de plantas de energ ía de combustión de carbón tienden a absorber el mercurio gaseoso, especialmente cuando se acumula en el sistema y en la sonda de transporte de muestra del CEM. Ya que los gases del tiro de escape usualmente contienen niveles relativamente bajos de mercurio gaseoso que deben ser detectados, la pequeña cantidad de mercurio gaseoso presente que se adhiere fácilmente a las superficies del CEM produce cualquier medición hecha en la muestra, la cual no es verdaderamente representativa de lo que se conduce en la chimenea de escape. Ciertos controles más restrictivos en el mercurio ordenados por la EPA, con probabilidad resultarán en mayores costos operativos para los generadores de gas de tiro, tal como para los propietarios de la planta de combustión de carbón. De conformidad con esto, existe una necesidad real e inminente para un desarrollo de una tecnolog ía exacta, de bajo costo y durable con la capacidad de medir el mercurio emitido en la corriente de gas del tiro de escape en tiempo real. Se requiere una medición total del mercurio para la vigilancia normativa, mientras que la evaluación de las tecnolog ías de control de mercurio y los procesos de fabricación requieren mediciones exactas del mercurio gaseoso.

Breve Descripción de la Invención Un aspecto de la presente invención está dirigido a un aparato para limpiar un sistema de vigilancia de emisiones continuas (CEM) que está en comunicación fluida con una chimenea de tiro que conduce gas de escape desde una fuente de combustión. El aparato comprende un alojamiento y una sonda montada en el alojamiento. La sonda y otros componentes que están en comunicación fluida con el tiro de chimenea para adquirir una muestra de gas desde el tiro de chimenea, son tubulares. La sonda y otros componentes tienden a tener depósitos por el gas de escape acumulado en las paredes internas de la sonda y otros componentes. Se proporciona un dispositivo de conformidad con los aspectos de la invención para impartir la energía de limpieza a la sonda y a los componentes para desprender los depósitos acumulados en las paredes internas de la sonda y de los componentes. Otro aspecto de la presente invención está dirigido a un método para limpiar un sistema de vigilancia de emisiones continuas que está en comunicación fluida con el tiro de chimenea que conduce el gas de escape desde la fuente de combustión. El método comprende los pasos de proporcionar una sonda tubular en comunicación fluida con el tiro de chimenea para adquirir una muestra del gas desde el tiro de chimenea. La sonda tiende a tener depósitos del gas de escape acumulado en las paredes internas de la sonda. La energía de limpieza se imparte en la sonda para desprender los depósitos acumulados en las paredes internas de la sonda.

Breve Descripción de ios Dibujos La Figura 1 es una ilustración esquemática, parcialmente en sección, de un sistema de limpieza de conformidad con un aspecto de la invención, para un sistema de vigilancia de emisiones continuas. La Figura 2 es una vista amplificada de una porción del sistema de limpieza de la Figura 1 ; y La Figura 3 es una ilustración esquemática, parcialmente en sección , de un sistema de limpieza de conformidad con otro aspecto de la invención , para un sistema de vigilancia de emisiones continuas.

Descripción Detal lada de ia Invención Un sistema de vigilancia de emisiones continuas de mercurio (CEM ) por lo general, consiste de un montaje de sonda tubular ubicado en comunicación fluida con un tiro de chimenea para adquirir una muestra gaseosa de escape. El CEM también incluye accesorios ubicados a cierta distancia lejos del montaje de sonda para analizar la muestra adquirida en presencia de mercurio. La cantidad de mercurio presente en la corriente de gas de escape se mide y registra en forma continua. Con el tiempo, se establece la cantidad total de mercurio emitida. Un componente crítico del CEM de mercurio es un montaje de sonda tubular ubicado en comunicación fluida con el tiro para tomar la muestra. El montaje de sonda tubular experimenta múltiples problemas. La materia particulada y la humedad, que siempre están presentes en la corriente del gas de tiro de escape, tienden a acumularse en las paredes internas del montaje de sonda tubular que pueden tapar (obturar) los componentes del montaje de sonda. Un montaje de sonda tapado reduce la exactitud de la medición de mercurio o detiene la medición por completo. La obturación del montaje de sonda puede dar como resultado la reducción de la cantidad de tiempo en que el CEM de mercurio mide exactamente las emisiones en la corriente de gas de escape, el cual es regulado por las normas gubernamentales. El montaje de sonda por lo general, tiene forma de U con una entrada y una salida. Un filtro inicial puede o no ubicarse cerca de la entrada del montaje de sonda desde el cual se extraen las muestras de gas. Un expulsor venturi está ubicado cerca de la salida y se abastece por una fuente de aire caliente limpio que sale de la salida de gas dentro de la corriente de gas del tiro de escape. Este flujo del expulsor de aire genera un flujo de gas de alta velocidad (21 -30 metros por segundo) a través del montaje de sonda, lo cual crea un vacío en la entrada de gas. Este vacío en la entrada de gas extrae el gas de tiro de muestra dentro del montaje de sonda. La experiencia ha demostrado que a pesar de la alta tasa de flujo, la materia particulada se deposita dentro del montaje de la sonda, especialmente en presencia de un alto contenido de humedad en el gas del tiro. Esto provoca ciertas inexactitudes en la medición de mercurio en la corriente de gas de escape, lo cual incrementa el mantenimiento y las suspensiones. En la Figura 1 se ilustra un aparato 20 de adquisición de muestra de gas, e incluye una estructura de conformidad con un aspecto de la invención , para limpiar por lo menos algunos de sus componentes. El aparato 20 de adquisición de muestra de gas es parte de un sistema de vigilancia de emisiones continuas (CEM ) y se conecta en forma operativa con un analizador de gas conocido. Tal aparato 20 de adquisición de muestra de gas y el CEM son apropiados para muestrear los contaminantes deseados, tal como el mercurio, el cual es transportado en una corriente de gas de tiro que fluye en la chimenea 22 de escape desde la fuente de combustión. El aparato 20 de adquisición de muestra de gas incluye un alojamiento 24. El alojamiento 24 está hecho para ser compatible con las normas NEMA y está aislado. El alojamiento 24 se acopla con la chimenea 22 de escape por el conector 26 tubular. Ya que el montaje de sonda tubular se monta en la chimenea de escape, el acceso a la sonda y por lo tanto, el mantenimiento del montaje de sonda se dificulta y es consumidor de tiempo. Sería conveniente que el montaje de sonda sea confiable y libre de mantenimiento, tanto como sea posible. El aparato 20 de adquisición de muestra de gas también incluye un montaje 40 de sonda montado en el alojamiento 24. Los componentes del montaje 40 de sonda son tubulares. El montaje 40 de sonda incluye una entrada o punta 42 de sonda que está en comunicación fluida con la corriente de gas del tiro en la chimenea 22 de escape. La punta 42 de la sonda se conecta con un filtro 44 inercial del montaje 40 de sonda. El filtro 44 inercial se acopla con una tubería 46 de retorno de acero inoxidable, generalmente con forma de U. La tubería 46 de retorno de acero inoxidable se acopla con un medidor 48 de flujo venturi. El medidor 48 de flujo venturi se conecta con una salida o expulsor 62 que está abierto al flujo de gas del tiro. La temperatura de la muestra de gas dentro de los componentes del montaje 40 de sonda ubicados en el alojamiento 24 se mantiene a través de un calentador 64 encamisado o de bloque. La punta 42 de sonda se extiende dentro de la chimenea 22 de escape a través de un aislamiento 82 térmico flexible. La punta 42 de sonda extrae una muestra del flujo de gas del tiro de escape. La muestra de gas se transporta dentro del filtro 44 inercial. La muestra de gas abandona el filtro 44 inercial a través de la tubería 46 de retorno de acero inoxidable. La muestra de gas entonces pasa a través del medidor 48 de flujo venturi . Por último, la muestra de gas abandona el alojamiento 24 del componente al pasar a través del expulsor 62. La muestra de gas se extrae del aparato 20 de adquisición de muestra de gas a través de una bomba de muestra (no mostrada) y una válvula (no mostrada). Durante la circulación de la muestra de gas a través de los componentes del montaje 40 de sonda, una sub-muestra representativa se extrae del filtro 44 inercial en la toma 84. La sub-muestra se conduce fuera del alojamiento 24 en l ínea 86, extendida a través del puerto 88. La sub-muestra se conduce hasta un analizador de gas para su análisis en la forma conocida. Los analizadores de gas apropiados son bien conocidos en la técnica e incluyen, sin limitar, detectores de absorción atómica de UV y detectores de fluorescencia atómica . Es deseable, mas no requerido, mantener los componentes del montaje 40 de sonda aproximadamente a 200°C, para asegurar una exactitud óptima en la medición de la concentración total del mercurio gaseoso. El trayecto de flujo completo a través de los componentes tubulares del montaje 40 de sonda es relativamente lisa, sin huecos en la tubería del montaje en donde se pueda recolectar la materia particulada. De conformidad con esto, los componentes proporcionan, un flujo laminar consistente de la muestra a través de los componentes tubulares del montaje 40 de sonda en contacto con la muestra del gas de tiro. El tamaño y la porosidad del filtro 44 inercial y otros componentes se seleccionan para proporcionar el flujo deseado de la muestra de gas a través de los componentes del montaje 40 de sonda. Para reducir al m ínimo la acumulación y depósito de materia particulada dentro de los componentes del montaje 40 de sonda del aparato 20 de adquisición de muestra de gas, se añade un dispositivo 102 de limpieza (Figura 2) para agitar o vibrar continuamente o periódicamente los componentes. El dispositivo 102 de limpieza se monta en el alojamiento 24 y se acopla en forma operativa con los componentes del montaje 40 de sonda. La fuerza aplicada por el dispositivo de limpieza a una frecuencia y magnitud apropiadas provocan que la materia particulada aglomerada se desprenda de las paredes interiores de los componentes tubulares del montaje 40 de sonda . La materia particulada desprendida se desintegrará en partículas más finas que serán descargadas a través del flujo de gas de la chimenea, lo cual produce un montaje 40 de sonda limpio. De este modo, el montaje 40 de sonda queda relativamente libre de mantenimiento y proporciona una muestra representativa del flujo de gas del tiro de escape. Dentro de la invención, se contempla cualquier medio para agitar, vibrar o de alguna otra forma excitar mecánicamente las superficies interiores de los componentes del montaje 40 de sonda, de modo que no se tendrán que implementar otros medios tradicionales y laboriosos para limpiar el montaje de sonda (por ejemplo, cepillos). La materia particulada no se pega a las superficies interiores de los componentes del montaje 40 de sonda luego de la aplicación de una fuerza y frecuencia de vibración predeterminada apropiada. La fuerza vibratoria se puede aplicar en forma periódica, continua o al unísono con el aire de limpieza adicional. El dispositivo 102 de limpieza se conecta con un controlador 104. El controlador 104 establece el momento en que se activa el dispositivo 102 de limpieza , la duración de su activación, la intensidad de activación y la frecuencia de activación. La fuerza vibratoria o de agitación se puede suministrar por un dispositivo 102 de limpieza neumático, mecánico o eléctrico. Un ejemplo de un dispositivo 1 02 de limpieza será la adición de un vibrador de turbina neumático silencioso, número de modelo VS-160, fabricado por Vibco de Wyoming , Rl . Mientras el dispositivo 102 de limpieza se ilustra como acoplado con el montaje 40 de sonda en el filtro inercial y se aplica una fuerza de limpieza vertical recíproca, se puede conectar cualq uier componente del montaje 40 de sonda y aplicar una fuerza apropiada. Un aparato 20 de adquisición de muestra de gas se ¡lustra en la Figura 3, e incluye una estructura de conformidad con otro aspecto de la invención para limpiar sus componentes. El aparato 20 de adquisición de muestra de gas es parte de un sistema de vigilancia de emisiones continuas (CEM) y se conecta en forma operativa con un analizador de gas conocido. Tal aparato 20 de adquisición de muestra de gas y el CEM son apropiados para muestrear los contaminantes deseados, tal como el mercurio, el cual es transportado en la corriente de gas de tiro q ue fluye en la chimenea 22 de escape. El aparato 20 de adquisición de muestra de gas incluye un alojamiento 24. El alojamiento 24 se acopla con una chimenea 22 de escape por un conector 26 tubular. El montaje 40 de sonda incluye una punta 42 de sonda conectado con el filtro 44 inercial. El filtro 44 inercial se acopla con la tubería 46 de retorno. La tubería 46 de retorno se acopla con el medidor 48 de flujo venturi. El medidor 48 de flujo venturi se conecta con el expulsor 62 que está abierto al flujo de gas del tiro. La temperatura de los componentes del aparato 20 de adquisición de muestra de gas se mantiene a través de un calentador 64 encamisado o de bloque. La punta 42 de sonda se extiende dentro de la chimenea 22 de escape a través de un aislamiento 82 térmico flexible. La punta 42 de sonda extrae una muestra del flujo de gas del tiro de escape. La muestra de gas se transporta dentro del filtro 44 inercial . La muestra de gas abandona el filtro 44 inercial a través de la tubería 46 de retorno de acero inoxidable. La muestra de gas entonces pasa a través del medidor 48 de flujo venturi. Por último, la muestra de gas abandona el alojamiento 24 del componente al pasar a través del expulsor 62. La muestra de gas se extrae del aparato 20 de adquisición de muestra de gas a través de una bomba de muestra (no mostrada) y una válvula (no mostrada). Durante la circulación de la muestra de gas a través de los componentes del montaje 40 de sonda, una sub-muestra representativa se extrae del filtro 44 inercial en la toma 84. La sub-muestra se conduce fuera del alojamiento 24 en línea 86, extendida a través del puerto 88. La sub-muestra se conduce hasta un analizador de gas para su análisis en la forma conocida . Para reducir al m ínimo el depósito de materia particulada dentro de los componentes del montaje 40 de sonda del CEM, un aparato 202 de limpieza aplica en forma periódica o continua una energ ía de limpieza acústica a los componentes del montaje de sonda. El dispositivo 202 de sonda está en la forma de una bocina acústica, disponible de BHA Group, Inc. , en Kansas City, MO. Luego de la aplicación de suficiente fuerza por el dispositivo 202 de limpieza a una frecuencia apropiada, la materia particulada aglomerada se desprenderá de las paredes interiores de los componentes del montaje 40 de sonda. Las partículas desprendidas serán descargadas dentro del flujo de gas de chimenea, lo cual produce un aparato 20 de adquisición de muestra de gas limpio. El dispositivo 202 de limpieza se ilustra montado en la parte superior del alojamiento 24 y dirige ondas de sonido hacia abajo a través de una abertura en el alojamiento en los componentes del montaje 40 de sonda. El dispositivo 202 de limpieza se puede montar en cualquier lugar en el alojamiento y en cualquier orientación para entregar la energ ía acústica efectiva en los componentes del montaje 40 de sonda. La fuerza vibratoria o de agitación acústica se aplicar en forma periódica, continua o al un ísono con el aire de limpieza adicional. El dispositivo 202 de limpieza se conecta con un controlador 204 y un suministro 206 de aire para el dispositivo 202 de limpieza. El controlador 204 establece el momento en que el dispositivo 202 de limpieza se activa para entregar la energ ía acústica, la duración de su activación, la intensidad de activación y la frecuencia de activación. Mientras la invención ha sido descrita en términos de varias modalidades específicas, las personas experimentadas en la técnica reconocerán que la invención se puede practicar con modificaciones con el espíritu y alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1 . Un aparato para limpiar un sistema de vigilancia de emisiones continuas que está en comunicación fluida con un tiro de chimenea que conduce el gas de escape desde una fuente de combustión , el aparato está caracterizado porque comprende: un alojamiento; una sonda montada en el alojamiento, la sonda es tubular y está en comunicación fluida con el tiro de chimenea para adquirir una muestra de gas desde el tiro de chimenea, la sonda tiende a tener depósitos por el gas de escape acumulado en las paredes internas de la sonda tubular; un dispositivo para impartir la energ ía de limpieza a la sonda para desprender los depósitos acumulados de las paredes internas de la sonda.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el dispositivo es un mecanismo conectado con la sonda y la energ ía de limpieza impartida a la sonda es mecánica.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el dispositivo es una bocina acústica y la energ ía de limpieza impartida a la sonda es acústica .

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además incluye un controlador conectado en forma operativa con el dispositivo para controlar la aplicación de energ ía de limpieza.

5. Un aparato para limpiar los componentes de adquisición de gas de un sistema de vigilancia de emisiones continuas que está en comunicación fluida con un tiro de chimenea que conduce el gas de escape desde una fuente de combustión, el aparato está caracterizado porque comprende: componentes tubulares en comunicación fluida con el tiro de chimenea para adquirir una muestra de gas desde el tiro de chimenea, los componentes tubulares tienden a tener depósitos por el gas de escape acumulado en las paredes internas de los componentes tubulares; un dispositivo para impartir energía de limpieza a los componentes tubulares para desprender los depósitos acumulados en las paredes internas de los componentes tubulares.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo es un mecanismo conectado con la sonda y la energ ía de limpieza aplicada en los componentes tubulares es mecánica.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo es una bocina acústica y la energ ía de limpieza aplicada en los componentes tubulares es acústica.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo también imparte energ ía de limpieza a los componentes tubulares.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque además incluye un controlador conectado en forma operativa con el dispositivo para controlar la aplicación de energ ía de limpieza.

10. Un método para limpiar un sistema de vigilancia de emisiones continuas que está en comunicación fluida con un tiro de chimenea que conduce gas de escape desde una fuente de combustión, el método está caracterizado porque comprende las etapas de: proporcionar una sonda tubular en comunicación fluida con el tiro de chimenea para adquirir una muestra de gas desde el tiro de chimenea, la sonda tiende a tener depósitos del gas de escape acumulado en las paredes internas de la sonda ; impartir energ ía de limpieza a la sonda para desprender los depósitos acumulados en las paredes internas de la sonda. 1 1 . El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la energ ía de limpieza impartida a la sonda es mecánica. 1 2. El método de conformidad con la reivindicación 1 0, caracterizado porq ue la energ ía de limpieza impartida a la sonda es acústica. 1 3. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque además incluye la etapa de controlar la aplicación de la energía de limpieza.