MX2008015165A - Oxigeno para aumentar la capacidad de combustion de quemador. - Google Patents

Abstract

Se describe un quemador en el cual el combustible no puede ser quemado con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión en una llama estable en el quemador cuando el índice de alimentación del combustible es demasiado bajo, cuando el combustible es alimentado en una relación masiva de aire a combustible demasiado alta, cuando el combustible contiene una cantidad demasiado alta de materia inerte, o cuando el contenido energético específico del combustible es demasiado bajo, es modificado proporcionando un oxidante que contiene más de 21% vol, de oxígeno en la base de una llama en el quemador, con lo cual tales combustibles pueden ser quemados en el quemador.

Description

OXIGENO PARA AUMENTAR LA CAPACIDAD DE COMBUSTION DE QUEMADOR Campo de la Invención La presente invención se refiere a la combustión de combustible carbonoso en un dispositivo de combustión tal como una caldera de utilidad impulsada con carbón. Antecedentes de la Invención Los sistemas de combustión son diseñados generalmente para quemar combustible que se caracteriza en que una o más características del combustible relevantes a la combustión del combustible se mueven dentro de un intervalo de valores. El sistema de combustión se realiza generalmente en su eficacia más alta cuando las características del combustible caen dentro de los intervalos para los cuales el sistema está diseñado. Los intentos de quemar combustible con una o más características fuera del intervalo para tal característica pueden encontrar limitaciones del equipo que previenen al sistema de alcanzar la capacidad del diseño o pueden conducir a efectos secundarios negativos dando por resultado problemas operacionales, emisiones más altas y mayor mantenimiento. Las características que pueden afectarse por intentos de quemar combustibles que tienen una o más características fuera de los intervalos para las cuales el sistema está diseñado incluyen la estabilidad del proceso de combustión, patrón de liberación de calor de la llama, eficacia de combustión, emisiones de NOx, y capacidad de ventilar aire y humo. Un ejemplo de una característica para la cual un sistema de combustión es diseñado frecuentemente es el caudal masivo del combustible en la cámara de combustión del sistema. La mayoría de los sistemas de combustión de combustible sólido (por ejemplo, sistemas que queman carbón en una caldera) usan pulverizadores de barrido de aire para secar y pulverizar el combustible, que después es llevado hacia la cámara de combustión y encendido. Puesto que el medio de transporte para el combustible pulverizado es aire, los pulverizadores y la tubería de combustible están diseñados para alcanzar por lo menos una velocidad de aire mínima para evitar colocar partículas de combustible en la corriente de flujo de aire de transporte. Esta condición del diseño requiere entonces el funcionamiento del pulverizador con por lo menos un caudal mínimo de aire, aun en condiciones de caudales masivos de combustible bajos. Mantener este caudal mínimo de aire por lo tanto diluye la mezcla aire/combustible, bajo condiciones de caudales masivos de combustible bajos, a un grado en el cual la combustión estable no puede ser lograda y la llama del quemador se extingue gradualmente. Éste es normalmente el caso en cargas por debajo del 30% de la capacidad total de carga del pulverizador. Los expertos han encontrado necesario utilizar un combustible auxiliar (tal como gas natural o aceite) para mantener la llama y la estabilidad de combustión cuando el combustible es alimentando en tales bajos intervalos. Un método de combustión que permita que la combustión sea mantenida con una llama estable, aun a caudales masivos de combustible por debajo de los cuales el sistema está diseñado, sería por lo tanto útil. Otros ejemplos de las características para las cuales un sistema de combustión es diseñado frecuentemente son el contenido de materia (es decir, no combustible) inerte (ya sea sólida, tal como ceniza y minerales, o líquida, normalmente agua), y el valor energético específico del combustible, es decir, la cantidad de energía obtenible para la combustión de la materia combustible presente por unidad de masa de la materia combustible. Los combustibles que contienen más materia inerte que el intervalo de materia inerte para la cual está diseñado el sistema de combustión, y combustibles que tienen un valor energético específico por debajo del intervalo del valor energético específico para el cuál el sistema está diseñado, cuando es alimentado en el sistema de combustión, causa muchos de los problemas tales como incapacidad de mantener la combustión con una llama estable. Los combustibles que pueden conducir a tales problemas operacionales pueden no obstante tener una ventaja económica sobre los combustibles que conforman las especificaciones de diseño del sistema. Así, un método de combustión que permite que la combustión sea mantenida con una llama estable, aun con combustible que contenga una proporción demasiado alta de materia inerte o un valor energético específico demasiado bajo para el sistema, sería por lo tanto útil. Breve Descripción de la Invención Un aspecto de la presente invención es un método para modificar la operación de un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, pueda alimentarse y quemarse en una llama estable en el quemador, pero en donde se mantiene la llama estable en el quemador cuando el aire provisto en las corrientes es la única fuente de oxígeno para la combustión requiere que el combustible satisfaga una o más condiciones en uno o más de (1) el caudal masivo de combustible a través del quemador, (2) la relación de combustible-a-aire de la corriente de aire mezclada con combustible que es alimentada a través del quemador, (3) el contenido de materia (es decir no inerte) combustible en el combustible, y (4) el valor energético específico del combustible, debe ser por lo menos suficiente para que la llama estable sea mantenida en el quemador, (B) insertar a través del quemador una lanza cuyo extremo de salida está colocado para expulsar gas en la base de una llama en el quemado, (C) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclada con combustible sólido en partículas que no satisface por lo menos una de las condiciones y por lo tanto no puede ser quemado en una llama estable en el quemador en aire como la única fuente de oxigeno para la combustión, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferentes de la de aire mezclada con combustible, (D) alimentar el oxidante gaseoso que comprende más de del 21% vol. de oxígeno a través del extremo de salida de la lanza, y (e) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (C) con el oxidante alimentado en la etapa (D) en una llama estable en el quemador, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable. Otro aspecto de la presente invención es un método para operar un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, pero en donde se mantiene la llama estable en el quemador cuando el aire provisto en las corrientes es la única fuente de oxígeno para la combustión, requiere que el combustible satisfaga una o más condiciones en uno o más de (1) el caudal masivo de combustible a través del quemador, (2) la relación combustible-a-aire de la corriente de aire mezclada con combustible que es alimentada a través del quemador, (3) el contenido de materia combustible en el combustible y (4) el valor energético especifico del combustible, debe ser por lo menos suficiente para que la llama estable sea mantenida en el quemador, (B) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclada con combustible sólido en partículas que no satisface por lo menos una de las condiciones y por lo tanto no puede ser quemada en una llama estable en el quemador en aire como la única fuente de oxígeno para la combustión, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, y (C) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (B) en una llama estable en el quemador mientras que también se alimenta una corriente de oxidante gaseoso que comprende más del 21% vol. de oxígeno en la base de la llama en el quemador, en donde el oxidante se quema con el combustible y el aire, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable. En ambos de los aspectos ya mencionados de la presente invención, la corriente de oxidante gaseoso que comprende más del 21% vol. de oxígeno es adicional de la corriente combustible-aire y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible en la corriente combustible-aire. En ambos de los aspectos ya mencionados de la presente invención, la combustión que es hecha posible alimentando el oxidante gaseoso es realizada ventajosamente sin alimentar combustible suplemental en forma gaseosa, líquida o sólida tal como gas natural o metano, hidrocarburos líquidos o aceite combustible, o sólidos que contienen un contenido más alto de materia voiatilizable que la que está contenida en el combustible sólido en partículas que es alimentado y quemado en la práctica de esta invención. Como es utilizado en la presente, que una llama sea "estable" significa que, una vez que es establecida bajo un conjunto de condiciones de combustión dado, esta continúa quemándose indefinidamente bajo esas condiciones de combustión . Breve Descripción de las Figuras La figura 1 es una vista en sección transversal de una modalidad del aparato con el cual la presente invención se puede practicar. La figura 2 es una vista en sección transversal de un quemador útil en la modalidad de la figura 1. La figura 3 es una vista en sección transversal del quemador de la figura 2, que muestra la modificación de la modalidad de acuerdo con la presente invención. Descripción Detallada de la Invención La figura 1 representa un sistema de combustión representativo con el cual la presente invención puede ser practicada. El sistema incluye el dispositivo de combustión 1, tal como una caldera de utilidad impulsada con carbón. El combustible en esta ilustración es carbón, pero los combustibles con los cuales la presente invención es útil incluyen cualquier materia que tenga valor calorífico, es decir que libere calor a la combustión. Los términos "combustible" y "combustibles sólidos" usados en la presente se refieren a la materia que es alimentada para ser quemada, incluyendo los componentes combustibles de los mismos, así como cualquier componente incombustible que esté presente. El dispositivo de combustión 1 contiene la cámara de combustión 3, que es normalmente un espacio que puede soportar las altas temperaturas que son alcanzadas por la combustión que es realizada en la cámara de combustión 3. La cámara de combustión puede ser hecha, o recubierta con, material refractario, o puede ser contenida por paredes de tubos que lleven material tal como agua que absorbe calor de la cámara de combustión. Los productos de la combustión pasan fuera de la cámara de combustión a través del conducto 5. El calor que es generado por la combustión puede utilizarse en cualquiera de varias maneras (no mostradas en la figura 1) tal como formar vapor en tuberías que rodean la cámara de combustión 3 o que se ponen en filas a través del conducto 5.

El quemador 11 es proporcionado a través de una superficie del dispositivo de combustión 1. En la práctica real, donde sea a partir de 1 a 20 o más quemadores puede proporcionarse, dependiendo del tamaño de la instalación. Además, los quemadores pueden estar montados en la pared, montados en el techo, o montados en una esquina. La corriente combustible-aire 12, que comprende una mezcla de combustible y aire, y la corriente de aire 13 son alimentadas a través del quemador 11 y quemadas en la cámara de combustión 3. La combustión forma la llama 15 cuya base está en el quemador. La corriente de aire para combustión completa 14 opcional es alimentada en la cámara de combustión 3 corriente abajo desde la llama 15, entre la llama 15 y el conducto 5. Cuando se utilizan más de un quemador, las corrientes de aire 13 (y las corrientes de aire para combustión completa 14, cuando son utilizadas) se pueden alimentar desde una caja de viento o pleno común (no mostrada) la cuál es convencional en la práctica industrial actual. La corriente combustible-aire 12 puede formarse en la unidad 17, que en muchas modalidades es un pulverizador en el cual el combustible 18 es pulverizado en forma de partículas que pueden llevarse en una corriente de aire de transporte, y en la cuál el combustible es mezclado con el aire 19 que sirve como aire de transporte y que también proporciona algo de oxígeno para la combustión. El pulverizador tiene normalmente un caudal masivo máximo de combustible (llamado la "carga completa") en la cual puede producir la corriente combustible-aire 12. La unidad 17 puede ser en cambio otro aparato que forme la corriente combustible-aire combinando una corriente de combustible de partículas pulverizadas con una corriente de aire de transporte Las figuras 2 y 3 representan en sección transversal una modalidad de un quemador 11, que es representativo de quemadores con los cuales la presente invención puede ser practicada. La etapa 22 transporta la corriente combustible-aire 12 hacia y en la cámara de combustión 3, donde se quema en llama según lo mostrado en las figuras 1 y 3. El pasaje o pasajes 23 transporta la corriente de aire 13 hacia y dentro de la cámara de combustión 3, donde el aire proporciona oxigeno para la combustión en la llama 15. EL pasaje o pasajes opcionales 24 transportan el aire secundario hacia y dentro de la cámara de combustión 3, donde el aire secundario puede participar en la combustión . Los quemadores descritos en las figuras 2 y 3 son preferiblemente circulares, con el pasaje 22 colocado a lo largo del eje central del quemador. En una modalidad hay un pasaje 23 que es anular y de forma concéntrica localizado totalmente alrededor del pasaje 22. En otras modalidades, puede haber dos o más pasajes 23, cada uno que termina en su propia abertura en la cámara de combustión 3. Asimismo, el aire secundario opcional puede ser provisto a través de un pasaje 24 que está situado de forma concéntrica totalmente alrededor del pasaje 22, o a través de dos o más pasajes separados cada uno de los cuales tiene su propia abertura en la cámara de combustión 3. La figura 3 representa el quemador de la figura 2 que se ha modificado de acuerdo con la presente invención. Los números de referencia que aparecen en ambas figuras 2 y 3 tienen los mismos significados para la modalidad de la figura 3 en cuanto a la modalidad de la figura 2. La modalidad de la figura 3 incluye la lanza 31 que está situada dentro del pasaje 22. La lanza 31 termina en la abertura 33 que está situada para alimentar el gas fuera de la abertura 33 en la base 35 de la llama 15. El otro extremo de la lanza 31 está conectado con un suministro de oxidante que está equipado con las válvulas y controles convenientes de modo que proporcione una corriente de oxidante en la lanza 31 cuando se desee y en el caudal deseado. El oxidante debe contener más de 21% vol. de oxígeno, y preferiblemente contiene más de 30% vol. de oxígeno y más preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno. El oxidante puede proveerse de un tanque de almacenaje conveniente, o puede ser proporcionado combinando una corriente de aire con una corriente de oxígeno comercialmente puro (por ejemplo oxígeno con una pureza de 99% vol. o mayor) en cantidades relativas a cada uno que establezcan el contenido de oxígeno deseado.

La presente invención puede practicarse de la siguiente manera para modificar un quemador de modo que el combustible carbonoso sólido en partículas pueda ser quemado en el quemador aunque el combustible se alimente en un caudal masivo de combustible sólido tan bajo que la combustión del combustible en el quemador con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede ser mantenida en una llama estable en el quemador. El caudal masivo de combustible sólido mínimo es determinado, para ese quemador, en el cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión podría mantenerse en una llama estable en el quemador. Una forma para determinar este índice es determinar, al índice de flujo de aire mínimo que es necesario para la operación del quemador, el contenido mínimo de combustible sólido en ese flujo de aire en el cual la combustión del combustible alimentado dentro de ese flujo de aire puede mantenerse en una llama estable en el quemador, con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión. La combinación del índice de flujo de aire mínimo y del contenido de combustible sólido mínimo establece un caudal masivo de combustible sólido mínimo en el cual la combustión en aire podría mantenerse en el quemador en una llama estable. La lanza 31 o el conducto equivalente es colocada a través del quemador 22 como se muestra en la figura 3, con su extremo de salida colocado en la abertura del quemador en su otro extremo conectada (a través de válvulas y controles con encionales permitiendo el control del caudal y permitiendo a uno encender o apagar el flujo) a una provisión de oxidante que contiene más del 21% vol. de oxígeno, convenientemente por lo menos 30% vol. de oxígeno, y preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno. Entonces, una corriente de combustible-aire es alimentada a través del quemador en un caudal masivo de sólidos que sea menor que ese mínimo establecido según lo descrito anteriormente, el aire de combustión es alimentado a través del quemador (por ejemplo, a través del pasaje o pasajes 23 del quemador en la figura 3), y del oxidante que contiene más del 21% vol. de oxígeno, convenientemente por lo menos 30% vol. de oxígeno, y preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno, es alimentado a través de la lanza 31. Si la combustión en el quemador se ha establecido ya, el oxidante que emerge por la salida 33 es alimentado en la base 35 de la llama en el quemador. Sí la combustión en el quemador no se ha establecido aun, la mezcla de la corriente de combustible-aire, la corriente de aire de combustión, y el oxidante son encendidos, y el oxidante que emerge en la salida 33 se alimenta en la base 35 de la llama en el quemador. El caudal masivo al cual el oxígeno es alimentado en la base de la llama es ajustado para determinar un valor en el cual la combustión del combustible sea mantenida en una llama estable en el quemador. Después, el caudal de oxigeno es mantenido en ese nivel, o es incrementado para asegurar la combustión estable aun en el caso de fluctuaciones en el caudal masivo del combustible. Normalmente, la cantidad de oxígeno que está presente en el oxidante que emerge de la salida 33 en la base 35 de la llama es 1% a 25% de la cantidad estequiométrica total requerida para quemar totalmente la porción combustible del combustible que es alimentado. Si se desea, el contenido de oxígeno del oxidante puede ajustarse para acomodar a las necesidades de la situación; conforme el índice de alimentación disminuye, aumentar el contenido de oxígeno del oxidante será generalmente necesario para mantener la combustión estable del combustible. Se espera que esta modalidad de la invención permita que la combustión en una llama estable en el quemador sea mantenida incluso cuando el caudal masivo del combustible sólido corresponda a 30% o menos del caudal masivo de combustible sólido mínimo necesario para que la combustión estable sea mantenida cuando se utiliza aire como la única fuente de oxígeno para la combustión. El caudal masivo del combustible sólido mínimo en el cual esta invención llega a ser aplicable, ya sea expresado como una figura absoluta o como un porcentaje del caudal máximo, varía de una unidad a otra pero puede fácilmente determinarse de manera experimental para cualquier unidad.

La presente invención puede practicarse de la siguiente manera para modificar un quemador de modo que el combustible carbonoso sólido en partículas pueda ser quemado en el quemador aunque la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a través del quemador (tal como de un pulverizador) tenga una relación masiva aire a combustible tan alta, por ejemplo 2.5 o más alta o aún 3.0 o más alta (es decir, que pudiera encontrarse con la "reducción del caudal" del índice de combustión), que la combustión del combustible en el quemador con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador. (Por supuesto será reconocido que las referencias en la presente a una relación aire a combustible demasiado alta para permitir una llama estable, y a una relación combustible a aire que necesita estar arriba de un valor para permitir una llama estable, son simplemente diferentes maneras de expresar el mismo punto.) La relación masiva aire a combustible máxima en la corriente de aire mezclada con combustible que es alimentada a través del quemador se determina, para es quemador, en el cual la combustión del combustible puede mantenerse en una llama estable en el quemador, con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión. La lanza 31 o el conducto equivalente es colocado a través del quemador 22 como se muestra en la figura 3, con su extremo de salida colocado en la abertura del quemador en su otro extremo conectada (con las válvulas y controles convencionales que permitan el control del caudal y permitiendo a uno encender o pagar el flujo) a un suministro de oxidante que contenga más de 21% vol. de oxígeno, convenientemente por lo menos 30% vol. de oxígeno, y preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno. Después, una corriente combustible-aire es alimentada a través del quemador en donde la relación aire a combustible de esa corriente es más alta que ese máximo establecido según lo descrito anteriormente, aire de combustión es alimentado a través del quemador (por ejemplo, a través de pasaje o pasajes 23 del quemador en la figura 3), y oxidante que contiene más de 21% vol. de oxígeno, convenientemente por lo menos 30% vol. de oxígeno, y preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno, es alimentado a través de la lanza 31. Si la combustión en el quemador se ha establecido ya, el oxidante que emerge por la salida 33 es alimentado en la base 35 de la llama en el quemador. Si la combustión en el quemador no se ha establecido aun la mezcla de la corriente combustible-aire, de la corriente de aire de combustión, y el oxidante es encendida, y el oxidante que emerge por la salida 33 es alimentado en la base 35 de la llama en el quemador. El caudal masivo en el cual el oxígeno es alimentado en la base de la llama es ajustado para determinar un valor en el cual la combustión estable del combustible se mantenga en una llama en el quemador. Después, el caudal de oxígeno es mantenido en ese nivel, o se incrementa para asegurar la combustión estable en el caso de fluctuaciones en el contenido de materia incombustible en el combustible. Normalmente, la cantidad de oxígeno que está presente en el oxidante que emerge por la salida 33 en la base 35 de la llama es 1% a 25% de la cantidad estequiométrica total requerida para quemar totalmente la porción combustible del combustible alimentado. Si se desea, el contenido de oxígeno del oxidante puede ajustarse para acomodarse a las necesidades de la situación; conforme la relación aire a combustible de la corriente de alimentación de combustible aumenta, será generalmente necesario aumentar el contenido de oxígeno del oxidante para mantener la combustión estable del combustible. La relación aire a combustible máxima en la corriente de alimentación de combustible, en la cual la presente invención llega a ser aplicable, varía de una unidad a otra pero fácilmente puede determinarse de manera experimental para cualquier unidad dada. En general, la combustión del combustible alimentado las corrientes de aire mezclada con el combustible en donde la relación aire a combustible está debajo de aproximadamente 2.0 es menos probable necesitar la ayuda proporcionada por la presente invención, mientras que la capacidad de la presente invención de alcanzar la combustión de combustible alimentado en las corrientes de alimentación que tienen relaciones más altas de aire a combustible es probable que se realice con las corrientes de alimentación de combustible alimentadas a relaciones aire a combustible de 2.5 o más altas, y aún más probable cuando es alimentada en relaciones aire a combustible de 3.0 o más altas. La presente invención puede practicarse de la siguiente manera para modificar un quemador de modo que el combustible carbonoso sólido en partículas pueda ser quemado en el quemador aunque el combustible contenga una cantidad de material (inerte) incombustible tan alta, hasta 70 o 75% en peso, o aún 80 a 90% en peso, que la combustión del combustible en el quemador con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador. Combustible que contenga tanto material inerte puede encontrarse o formado naturalmente, o puede ser formado mezclando combustible con poco (o ningún) material inerte con material inerte o con combustible que contenga incluso cantidades más altas de material inerte. El contenido máximo de materia incombustible en el combustible es determinado, para ese quemador, en el cual la combustión del combustible puede mantenerse en una llama estable en el quemador, con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión. La lanza 31 o el conducto equivalente es colocada a través del quemador 22 según lo mostrado en la figura 3, con su extremo de salida colocado en la abertura del quemador en su otro extremo conectado (a través de válvulas y controles convencionales que permiten el control del caudal y que permiten a uno encender o apagar el flujo) a una fuente de oxidante que contenga más de 21% vol. de oxígeno, convenientemente por lo menos 30% vol. de oxígeno, y preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno. Después, una corriente combustible-aire es alimentada a través del quemador en donde el contenido de materia incombustible en el combustible es más alto que ese máximo establecido según lo descrito anteriormente, aire de combustión es alimentado a través del quemador (por ejemplo, a través del pasaje o pasajes 23 del quemador en la figura 3), y el oxidante que contiene más de 21% vol. de oxígeno, convenientemente por lo menos 30% vol. de oxígeno, y preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno, es alimentado a través de la lanza 31. Si la combustión en el quemador se ha establecido ya, el oxidante que emerge por la salida 33 es alimentado en la base 35 de la llama en el quemador. Si la combustión en el quemador no se ha establecido aun, la mezcla de la corriente combustible-aire, de la corriente de aire de combustión, y el oxidante es encendida, y el oxidante que emerge por la salida 33 es alimentado en la base 35 de la llama en el quemador. El caudal masivo en el cual el oxígeno es alimentado en la base de la llama es ajustado para determinar un valor en el cual la combustión estable del combustible se mantenga en una llama en el quemador. Después, el caudal de oxígeno es mantenido en ese nivel, o se incrementa para asegurar la combustión estable en el caso de fluctuaciones en el contenido de materia incombustible en el combustible. Normalmente, la cantidad de oxígeno que está presente en el oxidante que emerge por la salida 33 en la base 35 de la llama es 1% a 25% de la cantidad estequiométrica total requerida para quemar totalmente la porción combustible del combustible alimentado. Si se desea, el contenido de oxígeno del oxidante puede ajustarse para que se acomode a las necesidades de la situación; conforme el porcentaje de materia combustible en el combustible disminuye, será generalmente necesario aumentar el contenido de oxígeno del oxidante para mantener la combustión estable del combustible. El contenido de materia incombustible máximo en el cual la presente invención llega a ser aplicable, varía de una unidad a otra pero fácilmente puede determinarse de manera experimental para cualquier unidad dada. En general, la combustión de combustibles que tienen un contenido de materia incombustible debajo de aproximadamente 30% en peso es menos probable que necesite la ayuda proporcionada por la presente invención, mientras que la capacidad de la presente invención de alcanzar la combustión de combustible que tenga alto contenido de materia incombustible es probable realizarla con combustible que contenga 35% en peso o materia incombustible más alta, y aún más probable con combustible que contenga 40% en peso o materia incombustible más alta. La presente invención puede practicarse de la siguiente manera para modificar un quemador de modo que el combustible carbonoso sólido en partículas pueda ser quemado en el quemador aunque el contenido energético específico del combustible (por ejemplo BTU por libra de combustible) sea tan bajo que la combustión del combustible en el quemador con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no pueda mantenerse en una llama estable en el quemador. El contenido energético específico mínimo del combustible es determinado en el cual la combustión del combustible puede mantenerse en una llama estable en el quemador, con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión. La lanza 31 o el conducto equivalente es colocada a través del quemador 22 según lo mostrado en la figura 3, con su extremo de salida colocado en la abertura del quemador en su otro extremo conectado (con válvulas y controles convencionales que permitan el control del caudal y que permitan a uno encender y apagar el flujo) a una fuente de oxidante que contenga más de 21% vol. 21 de oxígeno, convenientemente por lo menos 30% vol. de oxígeno, y preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno. Después, una corriente combustible-aire es alimentada a través del quemador en donde el contenido energético específico del combustible es más bajo que ese mínimo establecido según lo descrito anteriormente, aire de combustión es alimentado a través del quemador (por ejemplo, a través del pasaje o pasajes 23 del quemador en la figura 3), y el oxidante que contiene más de 21% vol. de oxígeno, convenientemente por lo menos 30% vol. de oxígeno, y preferiblemente por lo menos 90% vol. de oxígeno, es alimentado a través de la lanza 31. Si la combustión en el quemador se ha establecido ya, el oxidante que emerge por la salida 33 es alimentado en la base 35 de la llama en el quemador. Si la combustión en el quemador no se ha establecido aun la mezcla de la corriente combustible-aire, la corriente de aire de combustión, y el oxidante se enciende, y el oxidante que emerge por la salida 33 es alimentado en la base 35 de la llama en el quemador. El caudal masivo en el cual el oxígeno es alimentado en la base de la llama es ajustado para determinar un valor en el cual la combustión estable del combustible es mantenida en una llama en el quemador. Después, el caudal de oxígeno es mantenido en ese nivel, o se incrementa para asegurar la combustión estable en el caso de fluctuaciones en el contenido energético específico del combustible. Normalmente, la cantidad de oxígeno que está presente en el oxidante que emerge por la salida 33 en la base 35 de la llama es 1% a 25% de la cantidad estequiométrica total requerida para quemar totalmente la porción combustible del combustible alimentado. Si se desea, el contenido de oxígeno del oxidante puede ajustarse para acomodarse a las necesidades de la situación; Conforme el contenido energético específico del combustible disminuye, será generalmente necesario aumentar el contenido de oxígeno del oxidante para mantener la combustión estable del combustible. El contenido energético específico mínimo debajo del cual la presente invención llega a ser aplicable varía de una unidad a otra pero puede fácilmente determinarse de manera experimental para cualquier unidad dada. En general, la combustión de los combustibles que tienen un contenido energético específico arriba de aproximadamente 10,000 BTU/libra es menos probable que necesite la ayuda proporcionada por la presente invención, mientras que la capacidad de la presente invención de alcanzar la combustión del combustible que tenga un contenido energético específico bajo es probable sea realizada con el combustible que tenga un contenido energético específico de 8,000 BTU/libra o más bajo, según lo determinado de una muestra de combustible secada, y aún más probable con combustible que tenga un contenido energético específico de 6,000 BTU/libra o más bajo según lo determinado de una muestra de combustible secada.

Claims (26)

REIVINDICACIONES

1. Método para modificar la operación de un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferentes que la del aire mezclado con el combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, pero en donde mantener la llama estable en el quemador cuando el aire proporcionado en las corrientes es la única fuente de oxígeno para la combustión, requiere que el combustible satisfaga una o más condiciones en que uno o más de (1) el caudal masivo del combustible a través del quemador, (2) la relación combustible a aire de la corriente de aire mezclada con combustible que es alimentada a través del quemador, (3) el contenido de materia combustible en el combustible, y (4) el valor energético específico del combustible, deben ser por lo menos suficientes para que la llama estable sea mantenida en el quemador, (B) insertar a través del quemador una lanza cuyo extremo de salida está colocado para expulsar gas en la base de una llama en el quemador, (C) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con combustible sólido en partículas que no satisfaga por lo menos una de las condiciones y por lo tanto no puede ser quemado en una llama estable en el quemador en aire como la única fuente de oxígeno para la combustión, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente del aire mezclado con el combustible, (D) alimentar el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno a través del extremo de salida de la lanza, y (E) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (C) con el oxidante alimentado en la etapa (D) en una llama estable en el quemador, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

2. Método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (D) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

3. Método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el caudal masivo del combustible alimentado a través del quemador en la etapa (C) no es suficiente para que el combustible sea quemado en una llama estable en el quemador en aire como la única fuente de oxígeno para la combustión del combustible.

4. Método de conformidad con la reivindicación 3, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (D) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

5. Método de conformidad con la reivindicación 1, donde la relación masiva aire a combustible de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a través del quemador es demasiado alta para que el combustible sea quemado en una llama estable en el quemador en aire como la única fuente de oxígeno para la combustión del combustible.

6. Método de conformidad con la reivindicación 5, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (D) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

7. Método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el valor energético específico del combustible alimentado en la etapa (C) no es suficiente para que el combustible sea quemado en una llama estable en el quemador en aire como la única fuente de oxígeno para la combustión del combustible.

8. Método de conformidad con la reivindicación 7, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (D) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

9. Método para modificar la operación de un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y de una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, (B) determinar el caudal masivo mínimo de combustible carbonoso sólido en partículas a través del quemador debajo del cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador, (C) insertar a través del quemador una lanza el extremo de salida del cual está colocado para expulsar gas en la base de una llama en el quemador y el extremo de entrada del cual está conectado con una fuente de oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno, (D) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con el combustible sólido en partículas en un caudal masivo del combustible debajo del mínimo, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la del aire mezclado con el combustible, (E) alimentar el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno con a través del extremo de salida de la lanza, y (F) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (D) con el oxidante alimentado en la etapa (E) en una llama estable en el quemador, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

10. Método de conformidad con la reivindicación 9, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (D) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

11. Método para modificar la operación de un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con el combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, (B) determinar la relación aire a combustible máxima de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a través del quemador arriba de la cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador, (C) insertar a través del quemador una lanza cuyo extremo de salida está colocado para expulsar gas en la base de una llama en el quemador y el extremo de entrada de la cual está conectado con una fuente de oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno, (D) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con el combustible sólido en partículas en una relación aire a combustible arriba del máximo, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, (E) alimentar el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno a través del extremo de salida de la lanza, y (F) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (D) con el oxidante alimentado en la etapa (E) en una llama estable en el quemador, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

12. Método de conformidad con la reivindicación 11, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (D) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

13. Método para modificar la operación de un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, (B) determinar el contenido máximo de materia incombustible del combustible carbonoso sólido en partículas arriba del cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador, (C) insertar a través del quemador una lanza el extremo de salida la cual está colocada para expulsar gas en la base de una llama en el quemador y el extremo de entrada de la cual está conectada con una fuente de oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno, (D) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con combustible sólido en partículas que tenga un contenido de materia incombustible arriba del máximo, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, (E) alimentar el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno a través del extremo de salida de la lanza, y (F) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (D) con el oxidante alimentado en la etapa (E) en una llama estable en el quemador, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

14. Método de conformidad con la reivindicación 13, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (D) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

15. Método para modificar la operación de un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, puede ser alimentar y quemada en una llama estable en el quemador, (B) determinar el contenido energético específico mínimo del combustible carbonoso sólido en partículas debajo del cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador, (C) insertar a través del quemador una lanza el extremo de salida el cual está colocado para expulsar gas en la base de una llama en el quemador y el extremo de la entrada de la cual está conectado con una fuente de oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno, (D) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con combustible sólido en partículas que tenga un contenido energético específico debajo del mínimo, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, (E) alimentar el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno a través del extremo de salida de la lanza, y (F) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (D) con el oxidante alimentado en la etapa (E) en una llama estable en el quemador, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

16. Método de conformidad con la reivindicación 15, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (D) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

17. Método para operar un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, pero en donde la llama estable mantener la llama estable en el quemador cuando el aire proporcionado en las corrientes es la única fuente de oxígeno para la combustión requiere que el combustible satisfaga una o más condiciones en que uno o más de (1) el caudal masivo del combustible a través del quemador, (2) la relación combustible a aire de la corriente de aire mezclada con combustible que es alimentada a través del quemador, (3) el contenido de materia combustible en el combustible, y (4) el valor energético específico del combustible, deben ser por lo menos suficientes para que la llama estable sea mantenida en el quemador, (B) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con combustible sólido en partículas el cual no satisface por lo menos una de las condiciones y por lo tanto no puede ser quemado en una llama estable en el quemador en aire como la única fuente de oxígeno para la combustión, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, y (C) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (B) en una llama estable en el quemador mientras que también se alimenta oxidante gaseoso que comprenda más de 21% vol. de oxígeno en la base de la llama en el quemador, en donde los el oxidante se quema con el combustible y el aire, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

18. Método de conformidad con la reivindicación 17, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (C) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

19. Método para operar un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclado con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, (B) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con combustible sólido en partículas en un caudal masivo de combustible debajo del caudal masivo mínimo del combustible carbonoso sólido en partículas a través del quemador debajo del cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, (C) quemar el combustible y el aire alimentados en la etapa (B) en una llama estable en el quemador mientras que se alimenta el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno en la base de la llama en el quemador, en donde el oxidante se quema con el combustible y el aire, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

20. Método de conformidad con la reivindicación 19, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (C) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

21. Método para operar un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclado con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador (B) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con combustible sólido en partículas en una relación aire a combustible arriba de la relación masiva aire a combustible máxima de la corriente de aire mezclado con combustible que es alimentada a través del quemador en el cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, y (C) quemar el combustible y el aire alimentado en la etapa (B) en una llama estable en el quemador mientras se alimenta el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno en la base de la llama en el quemador, en donde el oxidante se quema con el combustible y el aire, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantiene la llama estable.

22. Método de conformidad con la reivindicación 21, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (C) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.

23. Método para operar un quemador, que comprende (A) proporcionar un quemador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, (B) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con el combustible sólido en partículas que tiene un contenido de materia incombustible arriba del contenido de materia incombustible máximo del combustible carbonoso sólido en partículas arriba de la cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, (C) quemar el combustible y el aire alimentado en la etapa (B) en una llama estable en el quemador mientras se alimenta el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno en la base de la llama en el quemador, en donde el oxidante se quema con el combustible y aire, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

24. Método de conformidad con la reivindicación 23, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (C) comprende por lo menos 90% vol. de oxigeno.

25. Método para operar un quemador, que comprende (A) proporcionar un que°mador a través del cual una corriente de aire mezclada con combustible carbonoso sólido en partículas, y de una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, se puede alimentar y quemar en una llama estable en el quemador, (B) alimentar a través del quemador una corriente de aire mezclado con combustible sólido en partículas que tenga un contenido energético específico debajo del contenido energético específico mínimo del combustible carbonoso sólido en partículas debajo del cual la combustión del combustible con aire como la única fuente de oxígeno para la combustión no puede mantenerse en una llama estable en el quemador, y alimentar a través del quemador una o más corrientes de aire diferente de la de aire mezclado con combustible, (C) quemar el combustible y el aire alimentado en la etapa (B) en una llama estable en el quemador mientras que se alimenta el oxidante gaseoso que comprende más de 21% vol. de oxígeno en la base de la llama en el quemador, en donde el oxidante se quema con el combustible y el aire, en donde el oxidante es alimentado en la base de la llama en un caudal masivo que mantenga la llama estable.

26. Método de conformidad con la reivindicación 25, en donde el oxidante gaseoso alimentado en la etapa (C) comprende por lo menos 90% vol. de oxígeno.