ES2226057T3 - Aparato para el tratamiento de los gases de escape de una caldera alimentada con aceite pesado. - Google Patents
Aparato para el tratamiento de los gases de escape de una caldera alimentada con aceite pesado.Info
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Abstract
SE SUMINISTRA UN APARATO PARA EL TRATAMIENTO DE LOS GASES DE ESCAPE DE UNA CALDERA DE COMBUSTION DE ACEITE PESADO QUE ELIMINA EL HOLLIN Y EL POLVO Y EL SO 3 EN LOS GASES DE ESCA PE DE LA CALDERA DE COMBUSTION DE ACEITE PESADO DE FORMA EFICIENTE Y CON UN BAJO COSTE SIN UTILIZAR UN APARATO EXCESIVAMENTE GRANDE. EL APARATO DE TRATAMIENTO COMPRENDE UN DISPOSITIVO DE CARGA (3) DISPUESTO EN LA ENTRADA DE UNA TORRE DE ABSORCION DE UN DESULFURIZADOR DE GASES DE ESCAPE DE TIPO HUMEDO (4) Y UN MEDIO DE VACIADO DEL NEUTRALIZADOR A DISPUESTO EN EL LADO CORRIENTE ARRIBA DEL DISPOSITIVO DE CARGA (3) PARA VACIAR UN NEUTRALIZADOR EN LOS GASES DE ESCAPE Y NEUTRALIZADOR EL SO 3 EN LOS GASES DE ESCAPE.
Description
Aparato para el tratamiento de los gases de
escape de una caldera alimentada con aceite pesado.
La presente invención se refiere a un aparato
para el tratamiento de gases de escape de una caldera alimentada con
aceite pesado.
Convencionalmente, tal como se muestra en la
figura 4, como método de tratamiento para el SO_{3}, en los gases
de escape de una caldera de aceite pesado 401, generalmente se ha
utilizado un método en el que se genera una sal, como por ejemplo
sulfato de amonio ((NH_{4})_{2}SO_{4}) vertiendo un
neutralizador tal como amoniaco en el lado aguas arriba de un
colector eléctrico de polvo 402, y el SO_{3} queda atrapado junto
con hollín y polvo por el colector eléctrico de polvo 402. Los gases
de escape pasan a través de un desulfurizador de gases de escape del
tipo húmedo 403 y se descarga desde un conducto de humos 405. Cuando
se requiere una extracción de polvo mucho más elevada, se instala un
colector eléctrico de polvo del tipo húmedo 404 en el lado aguas
abajo del desulfurizador de gases de escape del tipo húmedo 403 para
efectuar la extracción de polvo a un nivel elevado.
Sin embargo, la sal neutralizadora producida por
el vertido de un neutralizador consiste en partículas finas, de
manera que resulta difícil atrapar dicha sal neutralizante por el
colector eléctrico de polvo 402 y una torre de absorción del
desulfurizador 403. Además, dado que el sulfato de amoniaco se
atrapa como parte del hollín y del polvo de forma conjunta con el
hollín y el polvo del colector eléctrico de polvo 402, se debe
incrementar la capacidad de dicho colector eléctrico de polvo 402.
Por lo tanto, el método convencional adolece del problema, no sólo
en la zona del emplazamiento, sino también del incremento del coste
de la instalación y de la operación.
Lo mismo se podría aplicar a otro aparato
conocido para el tratamiento de gases de escape de unas calderas
alimentadas por carbón (patente US nº 5.525.317) que utiliza
unidades individuales para NO_{x}, SO_{x} y la extracción de
partículas y proporciona la inyección de amoniaco a las tres
unidades desde una única fuente. Los gases de escape de la caldera
pasan por un reactor catalítico electivo, un precipitador
electrostático y una torre de absorción aguas arriba de la salida a
la que se proporciona un eliminador de neblina al cual se le
suministra agua potable. Los gases de escape depurados se descargan
por un conducto de humos.
A la vista de lo mencionado anteriormente,
existía la necesidad de disponer de un aparato para el tratamiento
de gases de escape de una caldera alimentada con aceite pesado que
solucionase los problemas anteriores.
La presente invención se ha realizado a la vista
de la situación descrita anteriormente, y de acuerdo con ello, un
objetivo de la misma es proporcionar un aparato para el tratamiento
de gases de escape de una caldera alimentada con aceite pesado que
extraiga el hollín y el polvo y el SO_{3} presentes en los gases
de escape de una caldera alimentada con aceite pesado, de modo
eficiente y a un bajo coste, sin la necesidad de utilizar un aparato
excesivamente grande.
En las reivindicaciones adjuntas se define un
aparato para el tratamiento de gases de escape de una caldera
alimentada con aceite pesado con sus ulteriores desarrollos.
El aparato para el tratamiento de gases de escape
de una caldera alimentada con aceite pesado según la invención
comprende un desulfurizador de gases de escape del tipo húmedo que
está provisto de una torre de absorción que recibe los gases de
escape de la caldera que han pasado por medios de vertido de
neutralizador para verter un neutralizador en los gases de escape
con el fin de neutralizar el So que contiene, y un colector de polvo
dispuesto en la salida de la torre de absorción. Según la invención,
se proporciona un dispositivo de carga que incluye un electrodo de
carga y una placa electrodo de recogida de polvo en la entrada de la
torre de absorción que funciona para cargar eléctricamente el hollín
y las partículas de polvo que contiene los gases de escape de la
caldera, se dispone un rociador de agua a alta presión (22)
inmediatamente detrás del dispositivo cargador (3), y el colector de
polvo es un colector de polvo de aceleración.
Se puede disponer un rociador de alta presión
inmediatamente detrás del dispositivo de carga y se puede
proporcionar un rociador para rociar agua en los gases de escape en
el lado aguas arriba de un colector de polvo de aceleración.
Además, se puede proporcionar un separador para
separar el carbón no quemado de un líquido absorbente obtenido de la
torre de absorción y también medios para separar y recuperar un
neutralizador en un líquido absorbente extraído de un depósito de
oxidación del desulfurizador de gases de escape del tipo húmedo.
Si se proporciona un colector eléctrico de polvo
para recoger polvo de los gases de escape entre los medios de
vertido de neutralizador y los medios de carga (3) la recogida de
polvo se puede mejorar de forma efectiva.
Tal como resulta evidente a partir de la
descripción anterior, según la presente invención, se proporciona un
aparato para el tratamiento de gases de escape de una caldera
alimentada con aceite pesado que extrae el hollín y el polvo y el
SO_{3} presentes en los gases de escape de la caldera alimentada
con aceite pesado de un modo eficiente a un bajo coste sin utilizar
un aparato excesivamente grande.
Esto se consigue, según la presente invención,
instalando un dispositivo de carga, en el que se cargan el hollín y
el polvo (que contiene una sal neutralizadora como por ejemplo
sulfato de amonio). Además, instalando un rociador de alta presión
(presurizado), se pueden rociar pequeñas gotas de agua, mediante las
que se pueden aglomerar y agrandar pequeñas partículas. De este
modo, se pueden atrapar el hollín y el polvo en las torres de
absorción con una gran eficiencia.
Cuando se instala un colector de polvo de
aceleración, se puede recuperar el hollín y el polvo de forma
eficiente, de manera que se puede omitir o compactar un colector
eléctrico de polvo que presenta un coste elevado.
Además, cuando se instalan un ciclón líquido y
medios para separar y recuperar un neutralizador, se pueden
recuperar el carbón no quemado y el neutralizador atrapados en las
torres de absorción, de modo que se puede reducir el uso. De ese
modo, resulta posible mejorar en su conjunto el aparato para el
tratamiento de gases de escape de una caldera alimentada con aceite
pesado.
La Figura 1 es un diagrama de bloques para
ilustrar una forma de realización de un aparato para el tratamiento
de gases de escape de una caldera alimentada con aceite pesado según
la invención;
la Figura 2 es una vista esquemática
principalmente para ilustrar un dispositivo de carga, un rociador de
alta presión y un desulfurizador del tipo húmedo para una forma de
realización de un aparato para el tratamiento de gases de escape de
una caldera alimentada con aceite pesado según la invención;
la Figura 3 es una vista esquemática
principalmente para ilustrar un ciclón líquido y medios para la
evaporación, la separación y la recuperación del amoniaco para una
forma de realización de un aparato para el tratamiento de gases de
escape de una caldera alimentada con aceite pesado según la
invención; y
la Figura 4 es un diagrama de bloques para
ilustrar un modo de un aparato para el tratamiento de gases de
escape de una caldera alimentada con aceite pesado convencional.
Unos gases de escape a los que se aplica la
presente invención son los gases de escape que se descargan de una
caldera alimentada con aceite pesado. Dicha caldera alimentada con
aceite pesado es una caldera que utiliza aceite pesado como
combustible principal.
Como aceites pesados, tres tipos especificados en
la regla JIS K-2205-1980, que es la
regla técnica para aceites pesados, son particularmente usuales. Un
"aceite pesado" incluye aceites residuales obtenidos mediante
la destilación de un aceite crudo, residuos de petróleo obtenidos
por la extracción de un aceite crudo con un solvente, y alquitrán
obtenido como un producto derivado en el proceso de reacción de
descomposición de aceite crudo, como las descomposiciones térmicas o
catalíticas. Además, también se incluyen aceites con base de carbón
como por ejemplo aceites de carbón licuados y extractos solventes de
carbones y betunes como aceite de arena y aceite de pizarra. Estos
materiales están caracterizados en común por presentar puntos de
ebullición elevados, una apariencia marrón negruzca o líquida negra,
ser sólidos o semisólidos en algunos casos, y por ser capaces de
disolverse en disolventes fuertes como piridina y quinolina,
características que los diferencian de un carbón. Dado que los gases
de escape contienen SO_{3}, resulta necesario realizar un
tratamiento para ello.
La Figura 1 muestra esquemáticamente una forma de
realización de un aparato para el tratamiento de gases de escape de
una caldera alimentada con aceite pesado según la presente
invención.
En esta forma de realización, se obtiene sulfato
de amonio ((NH_{4})_{2}SO_{4}) vertiendo amoniaco como
un neutralizador en los gases de escape de una caldera alimentada
con aceite pesado 1 a través de una línea A en el lado aguas arriba
de un colector eléctrico de polvo 2, y el sulfato de amonio es
atrapado junto con el hollín y el polvo por el colector eléctrico de
polvo del tipo seco 2. Los gases de escape se introducen en un
desulfurizador de gases de escape del tipo húmedo de etapa posterior
4 a través de un dispositivo de carga 3. Los gases de escape que han
pasado a través del desulfurizador de gases de escape 4 pasan a
través de un colector de polvo de aceleración 5 y se descarga por un
conducto de humos 6.
La Figura 2 muestra esquemáticamente el
dispositivo de carga 3 y el desulfurizador de gases de escape del
tipo húmedo 4. Dicho desulfurizador de gases de escape del tipo
húmedo 4 es un dispositivo que utiliza un dispositivo de contacto
gas-líquido del tipo de contra flujo paralelo. Dicho
desulfurizador 4 incluye un tanque de oxidación 11 alimentado con un
líquido absorbente en el que se suspende un absorbente que consiste
en cal (en adelante denominado lodo absorbente), una torre de
absorción en el lado de entrada del tipo de columna líquida 12 que
está dispuesta extendida hacia arriba desde un lado del depósito de
oxidación 11 para efectuar el contacto gas-líquido
entre los gases de escape que no han sido tratados y el lodo
absorbente en el depósito de oxidación 11, y una torre de absorción
en el lado de salida del tipo de columna líquida 13 que está
dispuesta extendida hacia arriba desde el otro lado del depósito de
oxidación 11 para efectuar de nuevo el contacto
gas-líquido entre los gases de escape que entran
desde la torre de absorción del lado de entrada 12 y el lodo
absorbente en el depósito de oxidación 11.
La torre de absorción del lado de entrada 12 es
una torre de absorción del tipo denominado de flujo paralelo, en la
que los gases de escape no tratados es conducido desde la misma y
fluye hacia abajo. Del mismo modo, la torre de absorción del lado de
salida 13 es una torre de absorción del tipo denominado de
contraflujo, en la que los gases de escape fluyen hacia arriba.
Las torres de absorción 12 y 13 están provistas
de una pluralidad de conductos rociadores 14 y 15 dispuestos en
paralelo, respectivamente. Dichos conductos rociadores 14 y 15 están
cada uno de ellos formados por una pluralidad de boquillas para la
inyección del lodo absorbente hacia arriba en forma de columna de
líquido.
En la parte exterior del tanque de oxidación 11
se dispone una bomba de circulación 16 para succionar el lodo
absorbente del depósito de oxidación 11, por la que el lodo
absorbente alimenta los conductos rociadores 14 y 15 a través de las
líneas de circulación 17 y 18, respectivamente, y se inyecta hacia
arriba desde las boquillas.
Aunque no se muestra en la figura, el depósito de
oxidación 11 puede estar provisto de un rociador de aire del tipo de
brazo giratorio. Este rociador de aire sopla aire para la oxidación
como minúsculas burbujas de aire en el lodo absorbente en el
depósito de oxidación 11 al mismo tiempo que agita el lodo
absorbente. De este modo, el lodo absorbente que ha absorbido
SO_{2} y el aire entran en contacto mutuo de forma eficiente en el
depósito de oxidación 11, en el que se oxida la cantidad al completo
para obtener yeso.
En este desulfurizador de gases de escape del
tipo húmedo 4 se inyecta el lodo absorbente desde los conductos
rociadores de las torres de absorción 12 y 13, y fluye hacia abajo
al mismo tiempo que absorbe SO_{2} por medio del contacto
gas-líquido con los gases de escape y al mismo
tiempo que atrapa hollín y polvo (que contienen sulfato de amonio).
El lodo absorbente entra en contacto con muchas burbujas de aire
generadas tal y como se describe anteriormente, oxidándose, y
después provoca la reacción de neutralización para generar un lodo
que contiene gran cantidad de yeso.
En esta forma de realización, la sección
transversal de la zona de paso de flujo de la torre de absorción del
lado de salida 13 se realiza relativamente mayor que la de la torre
de absorción del lado de entrada 12. De este modo, en la torre de
absorción del lado de entrada se consigue una velocidad de flujo de
los gases de escape mayor, de manera que el hollín y el polvo se
atrapan de forma efectiva. Por otra parte, en la torre de absorción
de el lado de salida 13 se asegura una capacidad de contacto
gas-líquido elevada, de modo que el SO_{2} se
absorbe de forma especialmente efectiva.
El dispositivo de carga 3, el cual ofrece una
característica de la presente invención, se instala en el lado aguas
arriba del desulfurizador de gases de escape del tipo húmedo 4
descrito anteriormente. En esta forma de realización, tal y como se
muestra en la Figura 2, el dispositivo de carga 3 incluye un
electrodo de carga 20 y una placa electrodo de recogida de polvo 21.
Bajo las condiciones experimentales que se indican en la Tabla 1, se
aplica un voltaje negativo al electrodo de carga 20, de manera que
la densidad de corriente de la placa electrodo de recogida de polvo
21 es de 0,5 a 6 mA/m^{2} utilizando una fuente de energía 19. De
esta manera, se atrapan el hollín y el polvo en la placa electrodo
de recogida de polvo. El hollín y el polvo aglomerados y agrandados
se expulsan de la placa electrodo de recogida de polvo 21 hacia las
torres de absorción 12 y 13 por martilleo. Debido a que el tamaño de
partícula se ha incrementado, el hollín y el polvo se pueden atrapar
con facilidad por la sección de absorción.
Por otra parte, el hollín y el polvo minúsculos
que no han sido atrapados en la placa electrodo de recogida de polvo
21 también se cargan en el dispositivo de carga 3. Se rocían
pequeñas gotas de agua (0,1 a 0,5 mm) utilizando un rociador de alta
presión (presurizado) 22 (d = 100 \mum aproximadamente) instalado
inmediatamente detrás del dispositivo de carga 3. De este modo, el
hollín y el polvo cargados son atrapados por las pequeñas gotas de
agua al ser sometidos a una fuerza de atracción eléctrica provocada
por la carga imagen de pequeñas gotas de agua. Dichas pequeñas gotas
de agua que han atrapado hollín y polvo se atrapan con facilidad y
gran eficiencia en las torres de absorción 12 y 13 por la colisión
inercial y el efecto de interrupción. De este modo, el hollín y el
polvo que no se han extraído por medio del colector eléctrico de
polvo seco 2 se pueden atrapar en las torres de absorción 12 y 13
con una elevada eficiencia.
Como el sulfato de amonio, que constituye parte o
en ocasiones la mayor parte del hollín y el polvo, es soluble al
agua, se disuelve en el lodo absorbente en el depósito de oxidación
11, y es ionizado a ion de amonio e ion SO_{4}.
De esta manera, en el depósito de oxidación 11 se
encuentran en suspensión o disueltos normalmente una gran cantidad
de yeso, una pequeña cantidad de cal, que es un absorbente, y hollín
y polvo (que contienen iones de amonio e iones de SO_{4}
producidos por la disolución del sulfato de amonio) atrapados de los
gases de escape. El lodo absorbente del depósito de oxidación 11 se
envía a una parte de separación sólido-líquido que
se describirá más adelante a través de una conducción 30.
Durante el funcionamiento, se alimenta el
depósito de oxidación 11 con cal, que es un absorbente, como lodo de
un depósito regulador de lodo (que no se muestra). El absorbente se
suministra de forma apropiada al depósito de oxidación utilizando
una bomba de lodo o similar. Además, se alimenta el depósito de
oxidación 11 con agua tratada adecuadamente, por el que se
suplementa el agua que ha disminuido gradualmente debido a la
evaporación en las torres de absorción 12 y 13.
Durante el funcionamiento, se regulan el caudal
de agua tratada hacia el depósito de oxidación 11, el caudal del
lodo extraído a través de la conducción 30, etc., de manera que el
lodo que contiene una concentración de yeso y absorbente
predeterminada se acumula en el depósito de oxidación 11 dentro de
un nivel de una gama establecida.
También, durante el funcionamiento, con el fin de
mantener la extracción eficiente de SO_{x} y para mantener una
elevada pureza del yeso, la carga de la caldera (caudal de flujo de
los gases de escape), la concentración de SO_{2} en los gases de
escape no tratados, el pH en el depósito de oxidación 11, la
concentración de cal, etc. se detectan utilizando sensores.
Basándose en dichos resultados de detección, la cantidad de cal
suministrada al depósito de oxidación 11 y otros factores se
controlan de forma adecuada por medio de un controlador (que no se
muestra).
En esta forma de realización, la neblina que sale
de la sección de absorción se extrae por medio de un colector de
neblina 23.
Además, en esta forma de realización, se instala
adicionalmente un colector de polvo de aceleración 5 en la salida de
la torre de absorción. El colector de polvo de aceleración 5 reduce
el ancho normal del paso del colector de neblina, por lo que la
fuerza de inercia de la neblina se incrementa por medio del
incremento en la velocidad de flujo del fluido para permitir la
prestación de extracción por colisión de polvo. En este colector de
polvo de aceleración 5 también, se atrapa la neblina que contiene el
hollín y el polvo que no ha sido atrapado. Además, rociando agua en
los gases de escape en el lado aguas arriba del colector de polvo de
aceleración 5, se provoca un estado de sobreenfriamiento en el gas
saturado de agua, en el que el agua en el gas de exceso se condensa
alrededor de finas partículas para agrandar el hollín y el polvo
minúsculo. Por lo tanto, la prestación de extracción de polvo se
puede mejorar por medio del tratamiento utilizando una fuerza de
inercia mayor. El agua rociada se suministra desde un depósito de
agua rociador 24. Añadiendo este colector de polvo de aceleración 5,
se puede obtener la prestación de la extracción de polvo equivalente
a la que existiría en el caso en el que se instalase un colector
eléctrico de polvo del tipo húmedo. De este modo, se puede obtener
una elevada acción de extracción de polvo sin la instalación de un
colector eléctrico de polvo del tipo húmedo. Además, el colector
eléctrico de polvo 2 se puede obviar o realizar de manera
compacta.
En esta forma de realización, el lodo absorbente
se extrae hasta un sistema de tratamiento tal y como se muestra en
la Figura 3 y se trata.
El lodo absorbente se extrae mediante una bomba
31, y la separación por flotación del carbón no quemado del lodo
absorbente se efectúa por medio de un ciclón líquido 32, que es un
separador. El lodo absorbente del que se ha separado el carbón no
quemado se separa en yeso y componente líquido por medio de un
filtro de banda 33. El yeso se recupera por medio de una
transportadora de recuperación 34. El componente líquido se almacena
en un depósito de recuperación 35 y se envía a un evaporador 37
utilizando una bomba 36. El componente líquido se extrae utilizando
una bomba 38 y se calienta por medio de un calefactor 39, con lo que
se separa por medio de la evaporación y se recupera el amoniaco
contenido. Dicho amoniaco recuperado es reutilizado como amoniaco
para vertido.
De este modo, efectuando la separación por
flotación del carbón no quemado del lodo absorbente por el ciclón
líquido 32, se puede asegurar la pureza del yeso. Además,
reutilizando el carbón recuperado que no ha sido quemado, se reduce
la cantidad de combustible utilizado.
\newpage
Además, el amoniaco en el lodo absorbente se
separa por evaporación por medio de un evaporador 37 o de un
equipamiento similar y se recupera, por lo que se puede mantener
reducido el consumo de amoniaco.
Cada una de las torres de absorción mencionadas
no está limitada a una torre de absorción del tipo de columna
líquida. Por ejemplo, se puede utilizar una simple torre de
absorción del tipo rociador o de llenado. Sin embargo, la torre de
absorción del tipo de columna líquida, que presenta de forma
apreciable unas prestaciones de extracción de polvo elevado, resulta
superior a otros tipos en el caso en el que los gases de escape
contengan cantidades elevadas de hollín y de polvo.
Como neutralizador, se pueden utilizar NaOH,
carbonato cálcico, o similares, además del amoniaco.
El ciclón líquido 32 puede tratarse de cualquier
otro dispositivo para separar el carbón no quemado.
Claims (5)
1. Aparato para el tratamiento de gases de escape
de una caldera alimentada con aceite pesado que comprende un
desulfurizador de gases de escape del tipo húmedo (4) provisto de
una torre de absorción (12, 13) que recibe los gases de escape de la
caldera que han pasado por medios de vertido de neutralizador para
verter un neutralizador en dichos gases de escape para neutralizar
el SO_{3} en el mismo, y un colector de polvo dispuesto en la
salida de la torre de absorción (13),
en el que
se proporciona un dispositivo de carga (3) que
incluye un electrodo de carga (20) y una placa electrodo de recogida
de polvo (21) en la entrada de la torre de absorción (12) que puede
funcionar para cargar eléctricamente las partículas de hollín y de
polvo contenidas en los gases de escape de la caldera,
se proporciona un rociador de agua de alta
presión (22) inmediatamente detrás del dispositivo de carga (3),
y el colector de polvo es un colector de polvo de
aceleración (5).
2. Aparato para el tratamiento de gases de escape
de una caldera alimentada con aceite pesado según la reivindicación
1, en el que se proporcionan medios para rociar agua en los gases de
escape previsto en el lado aguas arriba del colector de polvo de
aceleración (5).
3. Aparato para el tratamiento de gases de escape
de una caldera alimentada con aceite pesado según las
reivindicaciones 1 ó 2, en el que se proporciona un separador (32)
para separar el carbón no quemado de un líquido absorbente obtenido
de dicha torre de absorción (12, 13).
4. Aparato para el tratamiento de gases de escape
de una caldera alimentada con aceite pesado según la reivindicación
3, en el que se proporcionan medios (37) para separar y recuperar un
neutralizador en un líquido absorbente extraído de un depósito de
oxidación (11) del desulfurizador de gases de escape del tipo húmedo
(4).
5. Aparato para el tratamiento de gases de escape
de una caldera alimentada con aceite pesado según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que se proporciona un colector
eléctrico de polvo (2) para recoger polvo del gases de escape, entre
los medios de vertido de neutralizador y los medios de carga
(3).
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