ES2601702T3 - Combustión con reducido carbono en la ceniza - Google Patents

Abstract

Un método de combustión de carbón y de generación de una ceniza que tiene un reducido contenido de carbono, que comprende proporcionar un dispositivo de combustión (1), suministrar aire y una corriente no acuosa de carbón a través de un quemador (9) hasta el interior de dicho dispositivo (1), y quemar el carbón en el dispositivo de combustión (1) en una llama (13) que tiene una zona de combustión rica en combustible (12), a la vez que se suministra oxígeno en forma de corriente gaseosa que contiene al menos un 35 % en volumen de oxígeno hasta el interior de dicho carbón a medida que el carbón sale de dicho quemador (9), de manera que dicho oxígeno se quema con dicho carbón en la zona de combustión rica en combustible (12) de dicha llama (13), en una cantidad de dicho oxígeno que es menor que el 20 % de la cantidad estequiométrica requerida para la combustión completa de dicho carbón y que mantiene rica en combustible la zona rica en combustible (12), en el que el contenido de carbono de la ceniza generada por medio de dicha combustión es menor que el contenido de carbono de la ceniza generada por medio de la combustión llevada a cabo sin dicha etapa de suministro de oxígeno, sino bajo cualesquiera otras condiciones idénticas, que comprende además la adición de aire desde una fuente (14) distinta a dicho quemador hasta el interior de una zona situada dentro de dicho dispositivo de combustión y en el exterior de dicha llama (13), en una cantidad que contiene oxígeno suficiente para que la cantidad total de oxígeno suministrado hasta el interior de dicho dispositivo (1) sea al menos la cantidad estequiométrica que se requiere para la combustión completa de dicho carbón; caracterizado por que dicho oxígeno se suministra hasta el interior de dicho carbón por medio de su inyección a través de una lanza (20) hueca, situada en dicha corriente, hasta el interior del carbón, a medida que el carbón sale del quemador (9), o por medio de su inyección a través un conducto anular que está rodeado por un conducto anular (6) de carbón, a través del cual se suministra dicha corriente de carbón, o por medio de la inyección de dicho oxígeno directamente hasta el interior de dicho carbón a través de una lanza (20) que tiene un extremo cerrado y múltiples boquillas (32) en la proximidad del extremo de la lanza (20).

Description

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DESCRIPCION

Combustion con reducido carbono en la ceniza Campo de la Invencion

La presente invencion se refiere a la generacion de una ceniza que se pueda vender a partir de la combustion de combustibles de hidrocarburos, tales como el carbon.

Antecedentes de la Invencion

En la combustion de carbon en hornos, tales como en las calderas de centrales electricas, se genera una gran cantidad de ceniza a partir de las materias minerales contenidas originalmente en el carbon. El contenido de ceniza del carbon oscila entre un pequeno tanto por ciento y hasta por encima del 30 %, pero la mayor parte del carbon bituminoso utilizado para la generacion de potencia en EE.UU. tiene un contenido de ceniza dentro del intervalo entre el 6 y el 20. La ceniza que se genera en las calderas de centrales electricas se vende a menudo como materia prima para la fabricacion de cemento y para otros procesos. Si el contenido de carbono residual de la ceniza es mayor que determinados porcentajes, no es aceptable para la fabricacion de cemento debido a su color y a su impacto sobre las propiedades del cemento. La ceniza con un alto contenido de carbono, si no se puede encontrar ningun otro uso para ella, se entierra como desecho con un coste significativo.

Otro problema relacionado con el alto contenido de carbono de la ceniza es el aumento potencial de la formacion de escoria y su tendencia a la precipitacion debido a la ceniza. Se ha indicado con anterioridad que si los residuos carbonosos quedan incrustados en los depositos, se puede crear en el deposito una atmosfera reductora local, lo cual puede dar lugar a una reduccion significativa de las temperaturas del punto de fusion de la escoria, especialmente si la ceniza es de elevado contenido en hierro.

El contenido de carbono residual en la ceniza esta muy influenciado por las condiciones de la combustion, as! como por el tipo de carbon y de materias minerales y por la finura de las partlculas de carbon pulverizadas. Por lo general, el contenido de carbono en la ceniza aumenta con la disminucion del exceso de aire para la combustion. Por otro lado, las emisiones de NOx se reducen de forma significativa con la disminucion del exceso de aire. Debido a las normas mas estrictas sobre emisiones de NOx, muchos sistemas de combustion que se accionan mediante carbon se han reconvertido en sistemas de combustion de bajo NOx, en los que la combustion tiene lugar en dos etapas, una primera etapa rica en combustible en la que las especies de nitrogeno unidas al combustible se convierten en nitrogeno molecular y una segunda etapa pobre en combustible en la que se mezcla aire de combustion adicional para completar la combustion. El proceso de combustion rico en combustible que se utiliza en los metodos de combustion de bajo NOx retarda la combustion de carbon vegetal y tiende a aumentar el contenido de carbono de la ceniza en la salida del horno. Por lo tanto, los metodos de combustion de bajo NOx tienden a dar lugar a problemas en relacion a la calidad de la ceniza como producto secundario que se pueda vender.

En la combustion del carbon, la combustion volatil es muy rapida y la combustion del carbon vegetal es lenta. El contenido de carbono sin quemar (UBC, unburned carbon, por sus siglas en ingles) de la ceniza queda determinado por la etapa de combustion de carbon vegetal mas lenta. La velocidad a la que se consume el carbono depende del tamano de partlcula, de la estructura de los poros, de la reactividad del carbon vegetal, de la temperatura y presion parcial del oxlgeno de la atmosfera, entre otras cosas. Una mezcla rapida del carbon y el aire de combustion y una combustion mas intensa con un elevado exceso de oxigeno son eficaces al objeto de reducir el UBC. Sin embargo, estas condiciones tienden a elevar las emisiones de NOx bruscamente. Por lo tanto, el compromiso de diseno se realiza, por lo general, en el diseno de la caldera-quemador, al objeto de conseguir un UBC aceptable a la vez que se minimizan las emisiones de NOx.

Una forma eficaz de acelerar el consumo del carbon vegetal y de reducir el UBC es la molturacion ultrafina del carbon. Sin embargo, el coste de una nueva maquina de pulverizacion de carbon y la energla adicional requerida para la molturacion ultrafina hacen que, a menudo, no sea una opcion economica para la mayorla de las aplicaciones de modernizacion por reajustes en el montaje. El tratamiento posterior a la combustion de la ceniza es posible y existen tecnologlas para la oxidacion del carbon residual de la ceniza en un proceso independiente. Sin embargo, el tratamiento posterior a la combustion es caro y no es una practica generalizada.

El enriquecimiento en oxlgeno se probo en un horno de prueba alimentado con una suspension acuosa de carbon para el control de las emisiones de NOx y carbono bajo unas condiciones sin etapas (W.F. Farmayan et al., “NOx and Carbon Emission Control in Coal-Water Slurry Combustion”, Sixth International Symposium on Coal Slurry Combustion and Technology, Orlando, Florida, Junio 25-27, 1984). El oxlgeno se inyectaba a traves de cuatro conductos de inyeccion (de aproximadamente 0,64 cm (1/4 pulgada) de diametro interior) dispuestos alrededor de la tuberla central de combustible (figura 4 del artlculo). La cantidad de inyeccion de oxlgeno era equivalente a un enriquecimiento en oxlgeno del aire de combustion de hasta el 22 a 24 % de O2. Este artlculo conclula que el efecto del enriquecimiento en O2 en la proximidad del quemador sobre el consumo de carbono resultaba ser leve, especialmente hacia el final del extremo de la llama. Se cree que la razon es que las partlculas sin quemar relativamente grandes pasan a traves del mismo entorno desprovisto de oxlgeno en el final del extremo de la llama

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que por el que pasarlan en una llama sin enriquecimiento en oxlgeno. Es de esperar que se hubiera obtenido un beneficio mayor desde el punto de vista del consumo de carbono por medio de la inyeccion de O2 en donde mas se necesita, por ejemplo, detras del frente de llama en vez de delante.

La comparacion del metodo de inyeccion de oxlgeno y los resultados de esta referencia con la presente invention tiene que tener en cuenta la diferencia en las configuraciones del quemador y en las propiedades del combustible. Las suspensiones acuosas de carbon (CWS, coal water slurries, por sus siglas en ingles) contienen normalmente alrededor del 30 % de agua y se tienen que atomizar para la combustion. El artlculo conclula que la calidad de la atomization de la suspension era la variable crltica que afecta al consumo de carbono. A diferencia de la combustion de carbon pulverizado tradicional, las CWS se deben atomizar, y las gotitas que contienen las multiples partlculas de carbon deben vaporizar el agua antes de que puedan tener lugar la desgasificacion y la ignition. Las multiples partlculas de carbon de una sola gotita de agua pueden aglomerarse para conformar una partlcula mayor. Por tanto, los resultados de esta referencia no son aplicables directamente a la combustion de carbon pulverizado.

La patente de EE.UU. n° 4.495.874 describe el enriquecimiento en oxlgeno del aire primario y/o secundario en quemadores que funcionan con carbon pulverizado al objeto de aumentar el caudal de vapor de una caldera que consume carbon pulverizado de alto contenido en ceniza. Aunque la patente no muestra los efectos del enriquecimiento en oxlgeno sobre el UBC, la figura 4 muestra unos aumentos significativos en las temperaturas del horno en la proximidad del quemador para un 2 % de enriquecimiento en oxlgeno, pero pequenos para un 1 % de enriquecimiento en oxlgeno.

La patente de EE.UU. n° 4.596.198 describe el enriquecimiento en oxlgeno del aire primario en quemadores que funcionan con carbon pulverizado al objeto de reducir la deposition de escoria en calderas de centrales electricas que funcionan con carbon. Esta patente ensena un enriquecimiento en oxlgeno del 1 % al 7 %, preferiblemente un enriquecimiento del 2 al 5 % (el cual, tal y como se define en esa patente, esta basado en la adicion de oxlgeno a la cantidad total de aire de combustion) del aire primario para reducir la deposicion de escoria. Ademas, se indica en ella que el enriquecimiento en oxlgeno del 1 % ofrece un beneficio menor, en caso de ofrecer alguno, en relation con la reduction de la escorificacion.

O. Marin et al. analizan los beneficios del oxlgeno para la combustion de carbon en un artlculo titulado “Oxygen Enrichment in Boiler” (2001 AFRC/JFRC/IEA Joint International Combustion Symposium, Kaui, HI, Septiembre 9-13, 2001). Proponen la inyeccion de oxlgeno en el aire secundario (tambien designado como “aire terciario” en este artlculo), al objeto de reducir el carbono sin quemar en la ceniza, o la perdida por ignicion (LOI, loss on ignition, por sus siglas en ingles), sin incrementar la emision de NOx. Los resultados en simulation por ordenador presentados por Marin et al. compararon el caso con el aire de referencia y un caso con enriquecimiento en oxlgeno con una elevada velocidad, corriente enriquecida en oxlgeno en el aire terciario (tambien denominado aire secundario). Segun Marin et al. “Se observa un incremento del 5 % en la transferencia de calor en la camara de combustion, junto con un incremento absoluto del 7 % en el consumo de carbon vegetal.” (pagina 8).

La patente de EE.UU. n° 5.601.425 se refiere a un proceso de combustion, en el que un fluido combustible, que puede ser carbon, se quema con un oxidante primario y con un oxidante secundario, en el que el oxidante primario se puede suministrar en una cantidad sub-estequiometrica de aproximadamente el 10 al 30 % de la cantidad estequiometrica de oxlgeno necesaria para hacer reaccionar la corriente de fluido combustible. El oxidante primario se eyecta a traves de un conducto de paso que rodea el puerto de combustible de tal forma que rodea y reacciona con el combustible fluido. El oxidante secundario se eyecta a traves de una lanza desde un punto que esta separado, en angulo y en posicion opuesta y/o adyacente con respecto al punto desde el que se eyectan las corrientes de oxidante primario y de combustible.

Breve compendio de la Invencion

La invencion se refiere a un metodo como el que se define en la revindication 1.

Las pruebas llevadas a cabo por parte de los presentes inventores han mostrado, de forma inesperada, una reduccion significativa del carbono sin quemar en la ceniza cuando se inyecta una pequena cantidad de oxlgeno en la proximidad del quemador hacia la corriente de carbon. Este resultados son contrarios a la ensenanza de las fuentes de la tecnica anterior, tales como W.F. Farmayan et al. y O. Marin et al., de que estaba recomendada la inyeccion de oxlgeno en la ultima etapa de la combustion y se esperaba que proporcionara unos beneficios mayores con respecto a la reduccion de la cantidad de carbono sin quemar. Tampoco se sugieren estos resultados en las patentes de EE.UU. n° 4.495.874 y n° 4.596.198 mencionadas con anterioridad, en concreto, por el hecho de que dichas patentes estan dirigidas a la reduccion de la escorificacion durante la combustion de carbones que tienen contenidos de ceniza por encima del 5 % en peso por medio de un enriquecimiento en oxlgeno del aire primario o secundario, mientras que la presente invencion esta dirigida a la reduccion del contenido de carbono de la ceniza formada por medio de la inyeccion directa de oxlgeno en la proximidad del quemador hacia la corriente de carbon.

La presente invencion proporcionara a menudo la ventaja adicional de que la combustion, llevada a cabo tal y como se describe en la presente memoria, genera una cantidad significativamente menor de oxidos de nitrogeno (“NOx”),

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es decir, oxidos de nitrogeno tales como, aunque sin limitarse a ellos, NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N3O4, y combinaciones de los mismos.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “relacion estequiometrica” o SR, cuando se utiliza en el contexto de una corriente que contiene oxlgeno y una corriente de alimentacion de material que se puede quemar con oxlgeno en la corriente, se refiere a la relacion del oxlgeno de la corriente que contiene oxlgeno con respecto a la cantidad total de oxlgeno que serla necesaria para convertir de forma completa todo el carbono, azufre e hidrogeno presentes en las substancias que comprende la corriente de alimentacion en dioxido de carbono, dioxido de azufre y agua.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “rico en combustible” significa tener una relacion estequiometrica menor que 1,0.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “no acuoso” significa no estar en suspension, disuelto o disperso en agua, y no contener agua, excepto que no se excluye agua adsorbida o agua de hidratacion.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “zona de combustion primaria” se refiere a la zona dentro de un dispositivo de combustion inmediatamente adyacente a las salidas del quemador, y que en su mayorla esta ocupada por la llama o llamas del quemador o quemadores.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “zona de consumo” se refiere a la zona dentro de un dispositivo de combustion que esta entre la zona de combustion primaria y el escape, por fuera de la llama o llamas que estan en la zona primaria de combustion, en la que se inyecta el aire secundario y en donde se queman con el aire secundario los combustibles residuales y los combustibles de la zona primaria de combustion.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “aire de combustion primario” se refiere al aire que ya se ha mezclado con el combustible, a medida que el combustible y este aire se suministran hasta el interior de un dispositivo de combustion, por ejemplo, a traves de un orificio de un quemador.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “aire de combustion secundario” se refiere al aire que se suministra hasta el interior de un dispositivo de combustion a traves de uno o mas orificios de un quemador, pero que no se ha mezclado con el combustible al suministrarse este aire hasta el interior del dispositivo de combustion.

Un quemador que tiene orificios de aire secundario puede tener orificios adicionales para el suministro de aire, orificios adicionales que estan mas lejos del punto de entrada del combustible a traves del quemador que lo que estan los orificios del aire secundario. Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “aire de combustion terciario” se refiere al aire que se suministra hasta el interior de un dispositivo de combustion a traves de tales orificios adicionales. Si un quemador tiene ademas unos orificios situados incluso mas lejos del punto de entrada del combustible que los orificios del aire terciario, el aire suministrado a traves de tales orificios mas alejados se denomina en la presente memoria “aire de combustion cuaternario”.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, el termino “aire secundario” (u “OFA”) se refiere al aire que se inyecta hasta el interior del dispositivo de combustion de forma separada con respecto al quemador o quemadores del dispositivo de combustion, al objeto de proporcionar una zona de combustion primaria rica en combustible extensa y una zona de consumo en la que se completa la combustion por medio de la mezcla del OFA con el combustible sin quemar y los productos de la combustion parcial de la zona de combustion primaria.

Las menciones que se hacen en la presente memoria al suministro de “oxlgeno”, al “oxlgeno” que se suministra, y otras menciones de la presente memoria a la utilization de “oxlgeno” en un contexto analogo, se refieren a corrientes que contienen al menos un 35 % en volumen de O2. Preferiblemente, el oxlgeno se suministra como una corriente gaseosa que contiene al menos un 50 % en volumen de O2, mas preferiblemente, que contiene al menos un 80 % en volumen de O2, e incluso mas preferiblemente, que contiene al menos un 90 % en volumen de O2. Se debe entender ademas que las menciones de la presente memoria a la combustion o a una reaction que implica “oxlgeno” se refieren al propio O2.

Tal y como se utiliza en la presente memoria, “el contenido de carbono” de la ceniza es la cantidad de la ceniza que es carbono o un compuesto qulmico que contiene carbono, por ejemplo, cualquier compuesto organico (carbonoso).

Breve description de los dibujos

La figura 1 es una representation en section transversal de una realization de un aparato para llevar a cabo la presente invencion.

La figura 2 es una representacion en seccion transversal de un quemador que se puede utilizar para llevar a cabo la presente invencion.

Las figuras 3a - 3d son representaciones en seccion transversal de lanzas que se pueden utilizar para el suministro de oxlgeno hasta el interior de los quemadores segun la presente invention.

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La figura 4 muestra los resultados del carbono sin quemar de la ceniza obtenidos con un quemador comercial en un horno de prueba, con y sin la aplicacion de la presente invencion.

La figura 5 es un grafico de la LOI (perdida por ignicion, una medida de la cantidad de carbono sin quemar presente en la ceniza) con y sin la adicion de oxlgeno, frente a la relacion estequiometrica en el quemador.

La figura 6 es un grafico de la LOI frente a la cantidad de oxlgeno anadido, expresado como % de sustitucion de oxlgeno.

La figura 7A es una vista en seccion transversal de otro tipo de horno de caldera con el que se puede utilizar la presente invencion, en el que el carbon y el oxidante se suministran desde puertos separados en direccion tangencial hasta el interior del horno. La figura 7B es una vista superior del horno ilustrado en la figura 7A, que muestra el flujo tangencial del carbon y el oxidante en el interior del horno. La figura 7C es una vista frontal desde el interior del horno que muestra las partes frontales de los puertos.

Descripcion detallada de la Invencion

La invencion se describira haciendo referencia a las figuras, aunque esta descripcion que hace referencia a las figuras no pretende limitar el alcance de lo que se considera que es la presente invencion.

La figura 1 muestra un dispositivo de combustion 1, el cual puede ser cualquier tipo de aparato en el que la combustion se lleve a cabo en el interior 11 del dispositivo. Los dispositivos de combustion preferidos incluyen los hornos y las calderas que se utilizan para la generacion de energla electrica a traves de medios convencionales, no mostrados.

El quemador 9 dispuesto en una pared de extremo del dispositivo de combustion 1 suministra carbon, aire y oxlgeno a partir de fuentes del mismo situadas en el exterior del dispositivo de combustion 1 hasta el interior 11 del dispositivo de combustion 1. El quemador 9 esta compuesto, preferiblemente, de varios conductos dispuestos de forma concentrica, cuyos detalles se muestran en la figura 2, aunque se pueden utilizar otras disposiciones constructivas con el mismo efecto. El carbon con el aire primario 2 de combustion se suministra hasta el interior del dispositivo de combustion 1 a traves del conducto anular 6, dispuesto de forma concentrica alrededor de la lanza 20, a traves de la que se suministra el oxlgeno 1, tal y como se describe en la presente memoria. Preferiblemente, se impulsa el carbon a traves del quemador 9 hasta el interior 11 del dispositivo de combustion 1 por medio de sopladores e impulsores de diseno convencional, los cuales suministran de forma convencional carbon pulverizado con la ayuda de aire de transporte o aire primario.

El aire de combustion secundario 3 se suministra a traves de las paletas de turbulencia 21 al objeto de conferir un movimiento turbulento en el interior del dispositivo de combustion 1, preferiblemente a traves de un espacio 7 dispuesto de forma concentrica que rodea el espacio anular a traves del cual se suministra el carbon. Preferiblemente, el aire de combustion terciario 4 se suministra a traves de las paletas de turbulencia 22 al objeto de conferir un movimiento turbulento en el interior del dispositivo de combustion 1, preferiblemente a traves de un espacio 8 dispuesto de forma concentrica que rodea el espacio anular 7. Preferiblemente, el oxlgeno se suministra hasta el interior 11 del dispositivo de combustion 1 de forma independiente y por separado con respecto al aire de combustion secundario y terciario. Es decir, el oxlgeno que se suministra a traves del quemador 9, segun esta invencion, no se mezcla con el aire de combustion antes de que se suministre hasta el interior del dispositivo de combustion 1.

Antes de que un dispositivo de combustion se monte de forma reajustada de acuerdo a la presente invencion al objeto de reducir el contenido de carbono de la ceniza, la lanza 20 de suministro de oxlgeno no esta presente. La combustion se lleva a cabo entre el carbon y el oxlgeno del aire de combustion, dando lugar a la formacion de una llama 13. En la zona de la llama mas proxima al extremo del quemador 9, es decir, donde el carbon sale del quemador, esa zona de la llama es una zona rica en combustible 12. La zona de llama alrededor de su periferia es relativamente pobre debido al aire secundario y terciario, los cuales no se han mezclado por completo y reaccionado con el carbon.

A continuation, se coloca la lanza 20. De forma alternativa, se reemplaza un quemador que suministra carbon y aire de combustion por un quemador que opera tal y como se muestra en la figura 1.

Preferiblemente, tambien se suministra aire (denominado aire secundario) a traves de la abertura 14 hasta el interior del dispositivo de combustion 1, al objeto de proporcionar oxlgeno adicional que ayude a lograr una combustion completa del carbon, a la vez que se reduzcan las emisiones de NOx. El oxlgeno del aire de combustion suministrado a traves del quemador 9, combinado con el oxlgeno suministrado a traves de la abertura 14, son suficientes para hacer posible una combustion completa del carbon, posiblemente con hasta un 10 a 20 por ciento de exceso de oxlgeno en volumen con respecto a la cantidad estequiometria requerida para la combustion completa del carbon.

Preferiblemente, el aire de combustion y el carbon se suministran de forma tal que se mueven de forma turbulenta alrededor de un eje longitudinal, mejorando de esta forma la mezcla de aire y carbon. El movimiento turbulento se

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puede conseguir por medio de tecnicas conocidas, tales como la disposicion de paletas de turbulencia 21 y 22 antes de las salidas del quemador, las cuales dirigen el flujo de las corrientes en la direccion de turbulencia deseada.

La presente invencion mejora, es decir, reduce, la retencion de carbon en la ceniza que se forma tras la combustion, por medio del suministro de una pequena cantidad de oxlgeno en el interior de la corriente de carbon de entrada, tal y como se describe en la presente memoria. Mas en concreto, el oxlgeno (por medio de lo cual se quiere decir una corriente gaseosa que comprende al menos un 35 % en volumen de O2, preferiblemente al menos un 50 % en volumen de O2, mas preferiblemente al menos un 80 % en volumen de O2, de la forma mas preferida un 90 % en volumen de O2) se suministra directamente en el interior del carbon a medida que este sale del quemador y se introduce en el interior 11 del dispositivo de combustion 1. Por tanto, las partlculas de carbon entran en el dispositivo de combustion con el aire de transporte (es decir, aire primario) y en la zona rica en combustible de la llama 13, y mezcladas con una atmosfera gaseosa que comprende al menos un 35 % de oxlgeno.

El oxlgeno se suministra a traves de una lanza o una llnea de suministro similar que puede estar abierta en el extremo que desemboca en el interior del dispositivo de combustion 1, o que esta cerrada en el extremo y tiene una o mas aberturas en su periferia adyacente a ese extremo cerrado, de manera que el oxlgeno fluye a traves de esas aberturas directamente hacia el interior del carbon que se introduce en el dispositivo de combustion desde el quemador.

Haciendo referencia a las figuras 7A y 7C, un horno 1 que se alimenta en direccion tangencial comprende un conjunto de puertos para la inyeccion de carbon, y puertos para la inyeccion de aire de combustion, hasta el interior del horno. Normalmente, los puertos de carbon y los puertos de aire de combustion se disponen segun una hilera vertical, alternandose unos con otros, tal y como se ilustra en las figuras 7A y 7C, en las que los puertos de inyeccion de carbon 31 se alternan con los puertos de inyeccion de aire de combustion 32. El carbon se quema en el interior del horno con el aire de combustion. El horno esta equipado ademas con puertos de aire secundario 7.

La presente invencion se adapta de forma sencilla a hornos que tienen este tipo de construccion, por ejemplo, por medio de la provision de una lanza 5 en uno o mas de los puertos de combustible para los que se haya determinado que se necesita inyectar oxidante al objeto de reducir el contenido de carbono de la ceniza que se generara, y por medio del suministro, a continuacion, de oxidante en las cantidades que se requieran a traves de cada una de dichas lanzas. Las lanzas 5 de oxlgeno se pueden disponer tambien en uno o mas de los puertos de aire de combustion o por fuera de los puertos de aire y de combustible, y el oxlgeno se inyecta a traves de la(s) lanza(s) hacia la corriente de carbon adyacente.

La cantidad de oxlgeno suministrada de esta manera es preferiblemente suficiente para establecer una relacion estequiometrica en la zona rica en combustible de la llama 13 que sea menor que aproximadamente 0,85, al objeto de conseguir unas emisiones de NOx bajas, as! como para la generacion de una ceniza con un bajo contenido de carbono. La cantidad de oxlgeno suministrado a traves de la llnea 5 debe ser menor que el 20 % de la cantidad estequiometrica requerida para la combustion completa del carbon. Mas preferiblemente, la cantidad equivale a menos del 15 % de la cantidad estequiometrica requerida para la combustion completa del carbon.

A la vez, se necesita reducir la cantidad de aire de combustion secundario 3 y de aire de combustion terciario que se suministra a traves del quemador 9, hasta el interior del dispositivo de combustion 1, en una cantidad estequiometricamente equivalente a la que se corresponde con la cantidad de oxlgeno suministrado a traves de la llnea 20.

Sin la intencion se verse limitado por ninguna de las explicaciones particulares del rendimiento inesperado de esta invencion, el rendimiento del dispositivo de combustion que se hace funcionar segun esta invencion se corresponde con un mecanismo en el que la inyeccion de oxlgeno en la proximidad de la corriente de carbon facilita la ignicion temprana de la corriente de carbon y mejora de forma significativa la velocidad y la cantidad de desgasificacion del carbon. Una mayor desgasificacion reduce la cantidad de carbon vegetal que se tiene que oxidar en la etapa posterior de combustion. Aunque el presente metodo de inyeccion de oxlgeno no aumenta la presion parcial de oxlgeno en la atmosfera durante la etapa de combustion lenta del carbon vegetal, tal y como se ensena en la tecnica anterior, se estima que la reduccion de la cantidad producida de carbon vegetal durante la etapa inicial de desgasificacion y combustion proporciona un impacto de gran beneficio en la reduccion de la cantidad de carbono sin quemar que queda en la ceniza.

Las figuras 3a a 3d muestran diferentes configuraciones de lanza que se pueden emplear. Se pueden utilizar otras configuraciones de lanza. En la figura 3a, la lanza 5 termina en un unico orificio 31, que se orienta preferiblemente a lo largo del eje de la lanza.

En la figura 3b, el extremo de la lanza 5 esta cerrado, y se disponen para la inyeccion radial de oxlgeno dos o mas, preferiblemente de dos a dieciseis, mas preferiblemente de cuatro a ocho boquillas 32 a lo largo del perlmetro de la lanza, en la proximidad del extremo caliente de la lanza. Tambien se pueden disponer en el extremo de esta lanza de una a cuatro, o mas, boquillas.

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En la figura 3c, se disponen dos o mas, y preferiblemente de dos a dieciseis, mas preferiblemente de cuatro a ocho boquillas 32 en direccion radial, en la proximidad del extremo cerrado aguas debajo de la lanza 5, y se disponen dos o mas, preferiblemente de dos a dieciseis, mas preferiblemente de cuatro a ocho boquillas 33, formando cada una de ellas un angulo mayor que 0 grados y menor que 90 grados con el eje de la direccion del flujo de oxlgeno del interior de la lanza 5.

En la figura 3d, se disponen dos o mas, y preferiblemente de dos a ocho boquillas 34 a lo largo del perlmetro de la lanza 5, en la proximidad del extremo caliente de la lanza 5, formando cada una de ellas un angulo de entre 30 a 90 grados, preferiblemente un angulo de entre 30 a 60 grados, con respecto al sentido contrario de la direccion del flujo de oxlgeno del interior de la lanza 5.

En estas y en otras realizaciones de la lanza, las boquillas que atraviesan el lado de la lanza se pueden disponer segun una circunferencia, o segun mas de una.

El angulo optimo de la inyeccion del oxlgeno para el control del NOx depende del momento tangencial y radial del aire circundante, de la geometrla del puerto del quemador y de la naturaleza del patron del flujo de aire del quemador en la proximidad de la lanza de oxlgeno. Por lo tanto, para la obtencion de unos mejores resultados en quemadores que tienen un bajo momento radial de aire, el angulo optimo es de 90° o mayor con respecto al eje del quemador, mientras que la obtencion de mejores resultados en quemadores que tienen un momento radial mayor requerira, por lo general, que el angulo se reduzca al objeto de evitar que se mezcle el oxlgeno con la corriente de aire. Con flujos de aire muy radiales, el angulo optimo es de 15° o inferior (inyeccion principalmente radial). Para los quemadores que utilizan tecnicas que generan una gran componente del flujo de aire en la direccion radial, tales como una elevada turbulencia con un puerto de quemador divergente poco profundo o como los deflectores de aire, son optimas las boquillas de oxlgeno que estan inclinadas fundamentalmente segun la direccion radial (angulo de menos de 30° con respecto al eje). Para los quemadores en los que el flujo de aire es predominantemente axial (es decir, la componente radial del flujo de aire es pequena o no existente), se prefiere inyectar el oxlgeno en la direccion radial (angulos entre 45° y 135° con respecto a la componente del flujo axial).

La puesta en practica de la presente invencion de acuerdo a una forma tal y como la que se describe en la presente memoria, que suministra el oxlgeno de manera que se quema con el carbon en la zona rica en combustible de la llama, proporciona la ventaja de una reduccion en la formation de NOx, junto con los beneficios de una reduction en el contenido de carbono de la ceniza.

Se proporcionan a continuation los detalles de las pruebas y las condiciones de simulation.

Ejemplo 1

Un quemador de aire-carbon de bajo NOx se hizo funcionar a aproximadamente 1.172 kW (4 MMBtu/hr) en un horno de prueba recubierto con material refractario, con unas dimensiones internas de aproximadamente 1,10 m (3.6 ft) de anchura x 1,10 m (3.6 ft) de altura y 12,5 m (41 ft) de longitud. Se dispusieron un par de puertos de aire secundario a una distancia de aproximadamente 3,20 m (10.5 ft) con respecto a la salida del quemador. El quemador es similar al que se muestra en la figura 2 y se compone de un conducto redondeado central y de diferentes conductos anulares para las corrientes de carbon, aire, oxlgeno y gas natural. El conducto central se utilizo para la insertion de una lanza de oxlgeno de 4,8 cm (1.9”) de diametro exterior y de 3,8 cm (1.5”) de diametro interior, o bien se cerro para proporcionar un cuerpo sin efecto al objeto de mejorar la recirculation de gas para la estabilidad de la llama. El carbon y el aire primario se inyectaron por el primer conducto anular de 7,793 cm (3.068”) de diametro exterior y de 4,8 cm (1.9”) de diametro interior. El segundo conducto anular de 10,23 cm (4.026”) de diametro exterior y de 8,9 cm (3.5”) de diametro interior se utilizo para la inyeccion de gas natural o de oxlgeno. Los conductos anulares tercero (15,40 cm (6.065”) de diametro exterior y de 11,43 cm (4.5”) de diametro interior) y cuarto (20,27 cm (7.981”) de diametro exterior y de 16,83 cm (6.625”) de diametro interior) se utilizaron para los flujos de aire secundario y terciario, y se equiparon con generadores de turbulencia variable al objeto de transmitir flujos turbulentos. El generador esta disenado para proporcionar una condition de combustion por etapas desde el punto de vista aerodinamico. Las velocidades axiales del aire primario y del aire secundario son similares al objeto de proporcionar una mezcla lenta del aire secundario con la corriente de carbon. El aire terciario tiene una velocidad significativamente mayor que la del aire secundario. Por lo tanto, el aire secundario proporciona una “zona intermedia” para la mezcla entre el aire terciario y la corriente de carbon. Se genera una zona de combustion rica en combustible relativamente extensa a lo largo del eje del quemador, con una mezcla relativamente gradual del aire secundario y el terciario a lo largo de la longitud del horno.

El oxlgeno se inyecto a traves de una lanza redondeada situada en el eje del quemador. Se utilizo una boquilla de oxlgeno, que tiene ocho orificios radiales de 0,64 cm (1/4 pulgada) de diametro y cuatro orificios axiales de 0,64 cm (1/4 pulgada) de diametro, para la inyeccion de oxlgeno y para la mezcla con la corriente de carbon circundante anular.

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Sin adicion de oxlgeno en el quemador, la perdida por ignicion (LOI) de las muestras de ceniza recogidas en el horno en la proximidad del puerto de escape, fue ligeramente superior al 10 % en peso. Por medio de la adicion del oxlgeno en el quemador que se corresponde con la sustitucion del 10 % del aire de combustion, la perdida por ignicion fue de aproximadamente el 7,5 % en peso, lo que representa una reduccion de aproximadamente el 25 %.

Ejemplo 2

Un quemador comercial de aire-carbon de bajo NOx, el quemador RSFC™ descrito en la patente de EE.UU. n° 5.960.724, se hizo funcionar a aproximadamente 7.034 kW (24 MMBtu/hr) en un horno de prueba recubierto con material refractario, con unas dimensiones internas de aproximadamente 2,29 m (7.5 ft) de anchura x 2,29 m (7.5 ft) de altura y 10,4 m (34 ft) de longitud. Se dispusieron un par, o dos pares opuestos, de puertos de aire secundario a una distancia de aproximadamente 7,92 m (26 pies) con respecto a la salida del quemador. El quemador se compone de un conducto redondeado central y de diferentes conductos anulares para las corrientes de carbon, aire y oxlgeno. El conducto central se utilizo para la insercion de una lanza de oxlgeno de 4,8 cm (1.9”) de diametro exterior y de 3,8 cm (1.5”) de diametro interior. El carbon y el aire primario se inyectaron a traves del primer conducto anular. Los conductos anulares segundo, tercero y cuarto se utilizaron para los flujos de aire secundario, terciario y cuaternario, y se equiparon con generadores de turbulencia variable al objeto de transmitir flujos turbulentos. El quemador esta disenado para proporcionar una condicion de combustion por etapas desde el punto de vista aerodinamico. Se genera una zona de combustion rica en combustible relativamente extensa a lo largo del eje del quemador, con una mezcla relativamente gradual del aire terciario y el cuaternario a lo largo de la longitud del horno.

El oxlgeno se inyecto a traves de una lanza redondeada situada en el eje del quemador. Se utilizo una boquilla de oxlgeno, con ocho orificios radiales de 9,5 mm (3/8 pulgada) de diametro y cuatro orificios axiales de 9,5 mm (3/8 pulgada) de diametro, para la inyeccion de oxlgeno y para la mezcla con la corriente de carbon anular adyacente. La cantidad de oxlgeno inyectada oscilo entre el 5 y el 10 % del oxlgeno estequiometrico. Cuando se inyecto el oxlgeno, se retiro la cantidad de aire estequiometricamente equivalente de las corrientes de aire secundario, terciario y cuaternario al objeto de mantener la misma zona de combustion primaria y la misma relacion estequiometrica de combustion total (relacion estequiometrica = 1,15) (SR = 1,15, stoichiometric ratio, por sus siglas en ingles). La velocidad del flujo de aire primario se mantuvo constante a aproximadamente SR = 0,20. El aire secundario para la division por etapas de la combustion global se inyecto en direction perpendicular al eje del horno desde dos a cuatro puertos de aire directamente opuestos.

Se optimizo la configuration de las paletas de turbulencia ajustables para los flujos de aire secundario, terciario y cuaternario al objeto de proporcionar las menores emisiones de NOx cuando solo se funcionaba con aire, y se utilizo esa misma configuracion cuando se inyecto oxlgeno. Las pruebas se llevaron a cabo en un horno de prueba a escala. Se resumen a continuation las condiciones de la prueba.

Velocidad de funcionamiento: 7.034 kW (24 MMBtu/hr)

Tipo de carbon: carbon bituminoso altamente volatil de la mina n° 6 de Illinois

Tamano de partlcula: carbon molido pulverizado estandar

Relacion estequiometrica total: 1,15

Relacion estequiometrica de la zona primaria: varla entre 0,7 y 1,15

Oxlgeno inyectado: 5 y 10 % de la relacion estequiometrica de aire reemplazado

Promedio. 21,7 y 22,5 % de O2

La figura 4 muestra los resultados en funcion del carbono sin quemar en las muestras recogidas de ceniza en el conducto de escape que sigue a la section convectiva del horno de prueba.

A pesar de que existe una considerable dispersion en los datos, el carbono sin quemar (UBC) en la ceniza se redujo aproximadamente en un 50 a un 70 % con un 5 % de O2 de sustitucion del aire estequiometrico, y aproximadamente en un 60 a un 80 % con un 10 % de O2 de sustitucion del aire estequiometrico. Teniendo en cuenta que la cantidad de oxlgeno utilizada con respecto al total de aire de combustion (21,7 y 22,5 % de enriquecimiento en O2) fue menor que la de las pruebas de Farmayan et al. (22 y 24 % de O2) con suspension acuosa de carbon, estos resultados fueron realmente sorprendentes. Ademas, el beneficio en el UBC del presente metodo de combustion mejorada de oxlgeno se obtuvo para todas las relaciones estequiometricas de la primera zona probadas. El consumo de carbono mejorado de la presente intention se obtuvo bajo condiciones normales, es decir, condiciones de combustion sin etapas, as! como bajo condiciones de combustion por etapas de bajo NOx.

Ejemplo 3

Se llevo a cabo una prueba a gran escala en un generador de vapor subcrltico Riley Stoker con una capacidad de 44 MW. La unidad se equipo con 3 pulverizadores de carbon Attrita. Se dispusieron seis quemadores de aire-carbon de bajo NOx DB Riley CCVTM a dos alturas sobre la pared frontal de la caldera. Se dispuso un sistema de aire secundario (OFA, overfire air, por sus siglas en ingles) compuesto de 5 puertos a una unica altura sobre la hilera superior de quemadores.

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Cada uno de los quemadores estaba compuesto por un conducto redondeado central y dos conductos anulares para la corriente de aire primario que transporta carbon y para una segunda corriente de aire secundario. El conducto central se utilizo para la insercion de una lanza de oxlgeno de 4,8 cm (1.9”) de diametro exterior y de 3,8 cm (1.5”) de diametro interior. El carbon y el aire primario se inyectaron a traves del primer conducto anular, el cual estaba equipado con un concentrador de carbon de Venturi y con cuatro paletas distribuidoras de carbon, situadas segun un angulo de 30 grados con respecto al eje del quemador. El segundo conducto anular se utilizo para el flujo de aire secundario y se equipo con generadores de turbulencia variable al objeto de transmitir un flujo turbulento. El quemador esta disenado para proporcionar una condicion de combustion por etapas desde el punto de vista aerodinamico. Se genera una zona de combustion rica en combustible relativamente extensa a lo largo del eje del quemador, con una mezcla relativamente gradual del aire secundario a lo largo de la longitud del horno.

El oxlgeno se inyecto a traves de una lanza redondeada situada en el eje del quemador. Se utilizaron dos tipos diferentes de lanzas de oxlgeno para la inyeccion de oxlgeno y para la mezcla con la corriente de carbon anular adyacente. La lanza tipo A era un conducto recto con extremo abierto. La lanza tipo B tenia tres hileras de boquillas de oxigeno radiales en la proximidad del extremo de inyeccion. La cantidad de oxigeno inyectado vario entre el 2 y el 8 % del oxigeno estequiometrico. Cuando se inyecto el oxigeno, se retiro la cantidad de aire estequiometricamente equivalente de la corriente de aire secundario al objeto de mantener la misma relacion estequiometrica en la zona de combustion primaria. La velocidad del flujo de aire primario se mantuvo constante a aproximadamente SR = 0,17.

Se resumen a continuacion las condiciones de la prueba.

Velocidad de funcionamiento: 76.326 kW (90 MMBtu/hr) por quemador

Tipo de carbon: carbon bituminoso altamente volatil de la mina de Bowie

Tamano de particula: carbon molido pulverizado estandar

Relacion estequiometrica de la zona primaria: varia entre 0,85 y 1,15

Oxigeno inyectado: Del 2 al 8 % de la relacion estequiometrica de aire reemplazado

Promedio. 21,3 y 22,2 % de O2

Se recogieron muestras de ceniza del gas de escape tras la seccion del economizador bajo condiciones especlficas para el analisis de la perdida por ignicion (LOI). En las figuras 5 y 6 se muestran los datos representativos sobre el efecto de las etapas y de la inyeccion de oxlgeno en la LOI. A medida que se redujo la relacion estequiometrica en el quemador desde una condicion sin etapas hasta aproximadamente 0,92 para las condiciones de funcionamiento solo con aire, la LOI se incremento de forma significativa. Cuando la relacion estequiometrica en el quemador se redujo de forma adicional hasta aproximadamente 0,85 y se anadio una pequena cantidad de oxlgeno, correspondiente al 2 al 8 % del oxigeno estequiometrico, la LOI se redujo de forma significativa. Ambas lanzas de oxigeno de tipo A y tipo B funcionaron igualmente bien y se observaron pocas diferencias en la LOI.

La figura 6 muestra los cambios en la LOI como funcion de la cantidad de oxigeno inyectado para los casos de combustion por etapas, con una relacion estequiometrica de la zona de combustion primaria de entre 0,85 y 0,96. La LOI disminuyo ligeramente a medida que la cantidad de oxlgeno se incremento desde el 2 % hasta el 4 % del oxlgeno estequiometrico, y se observaron pocos cambios adicionales entre el 4 y el 8 %. Por tanto, en este ejemplo, el intervalo economicamente optimo de adicion de oxigeno parecio estar entre el 2 % y el 4 % del oxigeno estequiometrico.

La reduction significativa de la LOI observada en los ejemplos anteriores es realmente muy sorprendente a la vista de las patentes de EE.UU. n° 4.495.874 y n° 4.596.198, las cuales presentan cambios menores en la temperatura del horno o en la deposition de escoria con un 1 % de enriquecimiento (un 1 % de enriquecimiento en oxlgeno es equivalente, aproximadamente, a una inyeccion del 8 % del oxlgeno estequiometrico). Sin la intention de verse limitado por ninguna de las explicaciones particulares del rendimiento inesperado de esta invention, la inyeccion directa de oxigeno a traves del quemador hasta el interior del dispositivo de combustion, sin que el oxigeno se haya mezclado antes con el aire, en la proximidad de la corriente de carbon, en lugar de enriquecer el aire por medio de la premezcla de oxlgeno con la corriente de aire, se considera que es una etapa crltica.

Cuando el oxlgeno se premezcla o se mezcla rapidamente en el interior de la corriente de transporte de carbon (es decir, la corriente de aire primario) utilizando un 20 % del aire estequiometrico y la relacion estequiometrica de combustion total se mantiene constante a 1,15 por medio de la reduccion de la cantidad de aire estequiometricamente equivalente del aire secundario y terciario (*), se determinan las siguientes concentraciones de oxigeno en la corriente de aire de transporte y en el aire de combustion total.

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% del estequiometrico en la

Concentracion de O2 Concentracion promedio de O2

combustion con aire

en el aire de transporte (% en vol.) en el aire total (% en vol.)

reemplazado por O2 (*) 0

21,0 21,0

5

24,9 21,7

10

28,5 22,5

15

31,7 23,4

20

34,7 24,3

(* por ejemplo, 0,14 m3 (5 cf) de aire reemplazados por 0,0297 m3 (1.05 cf) de O2 puro para proporcionar la misma cantidad de O2)

Debido a la pequena cantidad de oxlgeno utilizada, solo se consiguen unos incrementos modestos de la concentracion de oxigeno del aire cuando se mezclan de forma uniforme, incluso cuando el oxlgeno se mezcla solo con el aire de transporte (es decir, el aire primario). Ademas, la mezcla del oxlgeno en el interior del aire de transporte de carbon aumenta el riesgo de una ignicion prematura de las partlculas de carbon en el interior de la tuberla de carbon, y surge un problema de seguridad. Un metodo preferido es la inyeccion de oxlgeno en el interior de la corriente de carbon/de aire primario en el extremo de la boquilla. En este caso, algunas de las partlculas de carbon se mezclan con chorros de oxlgeno y se generan localmente zonas de mezcla de carbon de elevado O2. Tales condiciones pueden proporcionar zonas de fuentes de ignicion rapida y facilitar la ignicion temprana y la desgasificacion, en comparacion con el caso en el que el oxlgeno se premezcla con la corriente de aire de transporte.

Otro metodo preferido es la inyeccion de oxlgeno desde el espacio anular interior o exterior adyacente a la corriente de carbon. En este caso, la condicion favorable de combustion rica en oxlgeno se proporciona en la frontera entre las corrientes de carbon y oxlgeno.

Cuando el oxlgeno se inyecta de forma separada a elevada velocidad, en paralelo a la corriente de combustible, como ocurre en el caso de Farmayan et al., el chorro de oxlgeno, o chorros de oxlgeno, puede quedar diluido rapidamente con los gases circundantes y su eficacia puede verse retardada. Por lo tanto, el metodo de inyeccion de oxlgeno se tiene que disenar de forma cuidadosa.

Otro metodo potencial para la invencion propuesta es el precalentamiento del oxlgeno que entra. El oxlgeno precalentado, con temperaturas de hasta 871,1 °C - 982,2 °C (1.600 °F - 1.800 °F), aumentara la temperatura de la zona rica en combustible, mejorara la combustion en esta zona y aumentara la desgasificacion. Las cuestiones relativas al material de las tuberlas de proceso limitaran la temperatura superior.

A pesar de que la presente invencion se ha descrito haciendo referencia principalmente a calderas de calentamiento por pared, del tipo de la que se ilustra en las figuras 1 y 2, esta descripcion no tiene la intencion de dar a entender que la invencion esta limitada, en cuanto a su aplicabilidad, a este tipo de sistema de combustion. En su lugar, la invencion es aplicable a otros sistemas en los que se queman combustible y aire, incluyendo, sin limitation, sistemas de calentamiento tangencial del tipo descrito con respecto a las figuras 7A - 7C, y sistemas de combustion conocidos en la tecnica como hornos “de ciclon”, en los que la zona de combustion primaria del horno incluye uno o mas alojamientos, teniendo cada uno de ellos una pared cillndrica, una pared de extremo cerrada, y un extremo abierto que desemboca en la camara principal del horno a traves de una pared del horno, en los que combustible, aire de combustion y oxidante (suministrados hasta el interior del combustible en las cantidades que se ensenan en la presente memoria) se suministran a traves de la pared cillndrica y de la pared de extremo hasta el interior del alojamiento en una direction tal que giran alrededor del eje central de giro del alojamiento y se queman para generar una llama y un calor combustion que se emiten a traves del extremo abierto hasta el interior de la camara principal del horno.

Se pueden emplear otros tipos de quemadores, ademas de los mostrados a modo de ejemplo en la presente memoria, tales como los denominados quemadores de corriente dividida, en los que la corriente de combustible se divide en una pluralidad de corrientes separadas unas de otras, e incluso divergentes entre si, a medida que el combustible entra en la camara de combustion. Con este tipo de quemador, el oxlgeno se suministra desde de una correspondiente pluralidad de lanzas hasta el interior de cada corriente de combustible, o desde una lanza con una pluralidad de boquillas orientadas hacia cada corriente de combustible, y los requisitos estequiometricos de oxlgeno son funcion de las cantidades totales de combustible y oxlgeno que se suministran.

Claims (4)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo de combustion de carbon y de generacion de una ceniza que tiene un reducido contenido de carbono, que comprende proporcionar un dispositivo de combustion (1), suministrar aire y una corriente no acuosa de carbon a traves de un quemador (9) hasta el interior de dicho dispositivo (1), y quemar el carbon en el dispositivo de combustion (1) en una llama (13) que tiene una zona de combustion rica en combustible (12), a la vez que se suministra oxlgeno en forma de corriente gaseosa que contiene al menos un 35 % en volumen de oxlgeno hasta el interior de dicho carbon a medida que el carbon sale de dicho quemador (9), de manera que dicho oxlgeno se quema con dicho carbon en la zona de combustion rica en combustible (12) de dicha llama (13), en una cantidad de dicho oxlgeno que es menor que el 20 % de la cantidad estequiometrica requerida para la combustion completa de dicho carbon y que mantiene rica en combustible la zona rica en combustible (12), en el que el contenido de carbono de la ceniza generada por medio de dicha combustion es menor que el contenido de carbono de la ceniza generada por medio de la combustion llevada a cabo sin dicha etapa de suministro de oxlgeno, sino bajo cualesquiera otras condiciones identicas, que comprende ademas la adicion de aire desde una fuente (14) distinta a dicho quemador hasta el interior de una zona situada dentro de dicho dispositivo de combustion y en el exterior de dicha llama (13), en una cantidad que contiene oxlgeno suficiente para que la cantidad total de oxlgeno suministrado hasta el interior de dicho dispositivo (1) sea al menos la cantidad estequiometrica que se requiere para la combustion completa de dicho carbon; caracterizado por que dicho oxlgeno se suministra hasta el interior de dicho carbon por medio de su inyeccion a traves de una lanza (20) hueca, situada en dicha corriente, hasta el interior del carbon, a medida que el carbon sale del quemador (9), o por medio de su inyeccion a traves un conducto anular que esta rodeado por un conducto anular (6) de carbon, a traves del cual se suministra dicha corriente de carbon, o por medio de la inyeccion de dicho oxlgeno directamente hasta el interior de dicho carbon a traves de una lanza (20) que tiene un extremo cerrado y multiples boquillas (32) en la proximidad del extremo de la lanza (20).
2. 2. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que la cantidad de oxlgeno suministrada es menor que el 15 % de la cantidad estequiometrica requerida para la combustion completa de dicho carbon.
3. 3. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que la cantidad de oxlgeno suministrada es menor que el 10 % de la cantidad estequiometrica requerida para la combustion completa de dicho carbon.
4. 4. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que la cantidad de oxlgeno suministrada es menor que el 5 % de la cantidad estequiometrica requerida para la combustion completa de dicho carbon.