SISTEMA Y PROCESO DE COMBUSTIÓN Campo de la invención La presente invención se refiere en general a un método y aparato para quemar un combustible fósil tal como carbón, y en particular a un nuevo y útil método y aparato para reducir la formación de óxidos de nitrógeno durante el proceso de combustión . Antecedente de la invención La combustión de combustibles de fósil genera óxidos de nitrógeno, tal como NO y NO2, acumulativamente referido a NOx. Las emisiones de NOx en la atmósfera se vuelven cada vez más una preocupación de salud y ambiental. La Agencia de Protección ambiental U.S. (EPA) ha determinado que la regulación de emisiones NOx es necesaria y apropiada, por lo tanto creando una necesidad urgente para desarrollar un aumento más eficiente de tecnologías de control de emisiones NOx. En un combustor convencional de combustible de fósil, el aire de combustión y un combustible fósil son mezclados y proporcionados para una zona de llama principal dentro de un horno. El NOx/ un subproducto de la combustión, es formado cuando ocurre naturalmente nitrógeno en el combustible y/o nitrógeno molecular en el aire de combustión oxidado. El requemado combustible es una tecnología capaz de reducir emisiones de N0X. La tecnología incluye proporcionar una zona de requemado de combustión secundaria deficiente de
oxigeno arriba una zona de combustión principal rica en oxigeno. El combustible suplementario proporcionado a la zona de requemado genera radicales de hidrocarburo, aminas, y especies ciánicas que reaccionan con productos principales entrantes de combustión para convertir N0X a N2. Aire adicional puede luego ser proporcionado por puertos de aire secundario (OFA) , colocados arriba de la zona de requemado, para quemar el combustible restante y gases combustibles. Las aplicaciones de requemado de combustible generalmente utilizan recirculación del gas de combustión (FGR) tecnología para reducir la emisión de NOx. El gas de combustión de aguas abajo de la caldera es recirculado vía conductos de regreso a la zona de combustión secundaria como un portador de gas de oxígeno pobre, por lo tanto manteniendo un ambiente rico de combustible y reforzando la penetración de combustible y mezclando con la zona de gases de combustión principal y productos. Apagado, resultando de utilizar gas de combustión de aguas abajo de la salida de la caldera como un portador de gas, además inhibe la formación de NOx en la zona de requemado. Las calderas de carbón quemado pulverizado y dispositivos similares por ello generalmente usan dos o tres tipos de corrientes gaseosas. La primera es la corriente primaria de aire, típicamente constituyendo desde cerca de 10 hasta 20% por ciento de la cantidad total de gas introducido dentro de la cámara de combustión. El propósito principal del aire primario
es llevar combustible (por ej . , carbón pulverizado) al quemador. La velocidad de flujo es por lo tanto guardado lo suficiente para llevar a cabo la función del transporte de partícula. Basado en este propósito primario, el transporte de gas necesita no contener un oxidante, aunque el aire es generalmente usado debido al costo y disponibilidad. La corriente secundaria es generalmente una corriente de aire inyectado en el nivel del quemador, alrededor o cerca de la primera mezcla de aire/combustible. El primer propósito de esta corriente es proporcionar un oxidante al combustible para la combustión. Convencionalmente, esta corriente ha sido aire debido al costo y disponibilidad. Una tercera corriente gaseosa, en general usada en aplicación de estacionamiento de aire es inyectada aguas abajo de los quemadores en una zona de combustión secundaria. Esta tercera corriente, generalmente inyectada a través del puerto secundario de aire (OFA) , ha sido convencionalmente aire debido al costo y disponibilidad. En la aplicación de estacionamiento de aire el uso del puerto OFA ha mostrado reducción NOx por alrededor de 20 hasta alrededor de 35 por ciento. El estacionamiento generalmente involucra operar la zona de combustión principal rica en combustible, la sub-estequiométrica en el rango de alrededor de 0.75 hasta alrededor de 0.95, y una segunda zona pobre en combustible, la super estequiométrica en el rango de alrededor de 1.10 hasta
alrededor de 1.25. Una técnica de reducción adicional de N0X involucra inyectar aire y un combustible fósil suplementario arriba de una zona de combustión primaria generalmente rica en oxidante, el radio estequiométrico de al menos 1.0, para crear una zona localmente oxidante deficiente de re-quemado. El suplemento de combustible genera especies reactivas las cuales inhiben la producción de NOx. El combustible requemado generalmente es inyectado en una zona que tiene temperaturas de gas de combustión de alrededor de 1250° hasta alrededor de 1650°C (alrededor de 2300° hasta alrededor de 3000°F) , y la eficiencia de la reducción de NOx ha sido mostrada para incrementar generalmente con un incremento en la temperatura de inyección y tiempos de residencia más largos en la zona de re-quemado. Las técnicas de re-quemado de combustible pueden resultar en hasta 60% de reducción de NOx dependiendo de los sistemas comerciales. El aire adicional puede entonces ser introducido arriba de la zona de re-quemado a través de puertos de aire de secundario para quemar fuera la materia combustible. Un procedimiento para reducir compuestos reactivos de NOx usando un quemador de re-quemado es descrito en la publicación de patente U.S. No .2006/0257800 Al (Sarv) . El combustible es combinado con 02 por quemadores operados con oxigeno en una zona de re-quemado rica de combustible aguas abajo de una zona principal de combustión operada en una manera pobre de
combustible con aire como el gas oxidante. Breve descripción de la invención Brevemente, la presente invención proporciona procesos y equipamiento para combustión de combustible fósil en la cual el subproducto N0X de las combustiones es reducido grandemente, potencialmente eliminando la necesidad para técnicas de aguas abajo tales como SCR y SNCR. En un aspecto de la presente invención proporciona un método para reducir la formación de emisiones de óxidos de nitrógeno de la combustión de un combustible fósil en un gas cargado de nitrógeno. El método comprende las etapas de proporcionar un horno en el cual el combustible fósil es quemado, proporcionado múltiples filas de quemadores operados con aire, proporcionar una fila aguas abajo de quemadores de re-quemado operados con oxigeno de al menos una fila de quemadores operados con aire, proporcionando una fila de puertos de aire secundario aguas abajo de la fila de quemadores de requemados operados con oxigeno, suministrando las múltiples filas de quemadores operados con aire con aire y un combustible fósil y una estequiometria de menos de 1.0, suministrando los quemadores de requemado operados con oxigeno con un combustible fósil y una corriente gaseosa que comprende al menos 90% de oxigeno en cantidad suficiente para producir una estequiometria de requemado entre alrededor de 0.35 y 0.65, y suministrando la fila de puertos de aire secundarios con suficiente aire para
producir una estequiometría de combustión arriba de 1.10 aguas abajo de los puertos de aire secundario. En otro aspecto la presente invención proporciona un horno de combustión que comprende una pluralidad de quemadores de combustible fósil colocados en al menos dos filas, la mejora comprende reemplazar la fila más alta de quemadores operados con aire con una fila de quemadores de requemado operados con oxigeno . Aún en otro aspecto la presente invención proporciona un método para controlar las emisiones de óxidos de nitrógeno resultado de la combustión de un combustible fósil en una caldera de utilidad, el método incluye la etapa de estacionamiento de combustión para prevenir la formación de precursores de óxidos de nitrógeno proporcionando al menos dos filas de quemadores operados con aire, cada uno de los quemadores siendo suministrado con aire y un combustible fósil y quemado a una estequiometría de menos de 1.0, y proporcionar una fila de puertos de aire secundario aguas abajo de la última fila de al menos dos filas de quemadores operados con aire, en los cuales los puertos de aire secundario proporcionan suficiente aire para crear una estequiometría de combustión mayor de 1.10, la mejora comprende proporcionar un quemador de requemado operado con de oxígeno aguas abajo de quemadores operados con aire y contracorriente de los puertos de aire secundarios, proporcionando el quemador d requemado operado con
oxígeno con un combustible fósil y un vapor gaseoso que comprende al menos 90% de oxígeno, y operando el quemador de requemado operado con oxígeno para producir una estequiometría de combustión de entre alrededor de 0.35 y 1.0 a la salida del quemador de requemado operado con oxígeno. Varias características de novedad las cuales caracterizan la presente invención son señaladas con particularidad en las reivindicaciones anexas para y formar una parte de esta descripción. Para una mejor comprensión de la invención, esta opera ventajas y beneficios específicos por sus usos, la referencia es hecha a los dibujos anexos y materia descriptiva en la cual las modalidades preferidas de la invención son ilustradas . Breve descripción de los dibujos La FIG.l es una vista de la perspectiva de una modalidad de un horno de conformidad a la presente invención en la cual todos los quemadores son colocados en una pared de la unidad. La FIG.2 es una vista de la perspectiva de otra modalidad de un horno de conformidad a la presente invención en la cual todos los quemadores son colocados en paredes opuestas de la unidad. La FIG.3 es una vista de la perspectiva de otra modalidad de un horno de conformidad a la presente invención en la cual todos los quemadores son colocados en un arreglo de encendido tangencial .
La FIG.4 es una vista lateral, porciones cortadas, de una sola modalidad de pared de un horno de conformidad a la presente invención en operación. Numerosas referencias similares para elementos similares a largo de aquí. DESCRIPCIÓN DE ? INVENCIÓN El sistema y el proceso de la presente invención involucra unidades de horno de aire-escalonado capaz de quemar combustibles sólidos. Las FIGS. 1 a 3 describen tres configuraciones de horno de combustible sólido relativamente comunes, cada uno de los cuales puede ser usado en esta invención. Especialmente, la FIG. 1 es una representación esquemática de una unidad simple de pared de quemado 10, la FIG. 2 es una representación esquemática de la unidad 20 opuesta de la pared de quemado, y la FIG. 3 es una representación esquemática de una unidad tangencial 30 (o quemadores de esquina) . Cada una de estas modalidades proporciona la pared frontal 11, pared trasera 13, y paredes de lado 15 y 17. La unidad tangencial 30 también incluye cuatro paredes de esquina 19. La unidad simple de pared de quemado incorpora quemadores primarios 12, quemadores de re-quemado 14 y puertos OFA 16 en la pared frontal 11. Opcionalmente, como se muestra en la Fig.l, puertos adicionales OFA pueden ser colocados en la pared trasera 13 de la unidad simple de pared de quemado. La unidad
de pared opuesta de quemado incorpora quemadores primarios 12a, quemadores de re-quemado 14a y puertos OFA 16a en la pared frontal 11 e incorpora quemadores primarios 12b, quemadores de re-quemado 14b, y puertos OFA 16b en la pared trasera 13. La unidad tangencial 30 incorpora quemadores primarios 12a y 12b, quemadores de requemado 14a y 14b, y puertos OFA 16a y 16b en paredes de esquinas opuestas 19; para la causa y claridad, únicamente estos quemadores y puertos en una disposición de paredes de esquinas opuesta 19 han sido mostradas. Variaciones en estos arreglos también son posibles. En cada diseño, las filas de contracorriente (más bajas) incorporan quemadores primarios 12, por ej . , quemadores configurados para quemar combustible en la presencia de un gas oxidante tal como aire que incluye un porcentaje relativamente grande de N2, mientras la fila de puertos de aguas abajo incorpora quemadores de re-quemado 14 que emplean gas oxidante enriquecido de 02. El término fila, usado aquí denota una linea imaginaria conectando una serie de quemadores similares. Mientras la variación la elevación de quemadores individuales puede ocurrir en la práctica, la menor variación de importancia se entiende están dentro del alcance de la presente invención.
Los puertos 16 OFA están generalmente localizados aguas abajo de los quemadores de re-quemado 14. Una vez que la salida del horno, el gas de combustión 18, pasa los puertos 16 OFA, este es dirigido fuera del horno. Mientras que la presente
invención proporciona remoción excepcional de N0X, elaborando etapas adicionales de proceso asociadas con SCR o SCNR innecesario para lograr los niveles de corriente de regulación de emisión NOx, el uso de esta etapa subsiguiente de procesamiento puede probar el beneficio si se establecen los sistemas de cobertura y comercio de las emisiones N0X. El proceso de la presente invención y operación del sistema de horno ahora son descritos en referencia a la FIG.4, la cual describe una construcción alternativa para una unidad de horno simple de pared de quemado. En esta descripción, el carbón pulverizado (PC) es usado como un combustible sólido ejemplar, aunque este es para ser considerado no limitativo debido a que el técnico experto en la técnica está enterado de una variedad de combustibles sólidos que pueden ser quemados en tales unidades. Una corriente combinada de PC y gas oxidante puede ser suministrada a la unidad de horno 50 vía primer conducto 32 y entrar a los quemadores primarios 12 dispuestos en los puertos de la contracorriente 22. La corriente de alimentación típicamente es proporcionada a una velocidad suficiente para arrastrar el carbón pulverizado. El componente gaseoso oxidante de la corriente de alimentación, típicamente aire, generalmente comprende una cantidad significativa de N2, típicamente es el porcentaje 70. La combustión de esta corriente de alimentación forma la primera zona de combustión 42. La zona de combustión
42 generalmente crea un ambiente de combustible rico, es decir, uno que tiene un radio estequiométrico de menos de 1.0, de preferencia entre alrededor de 0.8 a 1.0. En modalidades alternativas, la estequiometria de la primera zona de combustión 42 puede estar arriba de 1.0 y arriba de alrededor de 1.10. Una segunda corriente combinada de PC y gas oxidante puede ser suministrada a la unidad 50 vía un segundo conducto 34 y entrar al quemador de re-quemado 14 dispuesto en el puerto 24 de agua abajo. La corriente de alimentación típicamente es proporcionada a una velocidad suficiente para arrastrar el carbón pulverizado. El gas oxidante en esta corriente generalmente ha reducido la concentración de N2, preferiblemente menos del 50%, en la cual las concentraciones reducidas son un resultado del reciclado combinado del gas de combustión y una corriente relativamente pura de oxígeno, y más preferiblemente esencialmente libre de N2 en modalidades en las que un vapor de oxígeno relativamente puro es utilizado. En donde el gas oxidante es esencialmente 02 puro, este puede ser enviado por medios tales como una escarda o lanza; ver, por ejemplo, la Publicación de Patente No .2006/0257800 Al en la cual es descrito un dispositivo de inyección multi-hoja para la introducción de 02 al quemador de re-quemado 14. La combustión de la corriente de alimentación forma una segunda zona de combustión 44 en la proximidad del quemador de
requemado con una temperatura de llama local incrementada. En ciertas modalidades, la segunda corriente de alimentación puede incluir 02, y lo gas de combustión recirculado. Los conductos pueden ser instalados en cualquier lugar a lo largo de sistema de caldera para permitir cantidades deseadas de gas de combustión para ser recirculado en la unidad 50. El gas de combustión recirculado puede ser premezclado con 02 o inyectado directamente en la segunda zona de combustión 44. El radio estequiométrico en el quemador de re-quemado 14 generalmente depende de la composición del gas de combustión oxidante y la velocidad del flujo de la corriente de alimentación. Preferiblemente el quemador de re-quemado 14 es operado rico en combustible, de tal manera que el radio estequiométrico es debajo de 1.0 y preferiblemente entre alrededor de 0.35 y 0.85. Para un quemador de requemado de terminación elevada en el cual los gases no oxidantes tales como N2, H20 y C02 son introducidos al quemador de re-quemado 14 via transporte de aire y/o más corrientes de gas de combustión reciclado, una estequiometria en el rango de 0.65 y 0.85 es preferida. Mientras que en el quemador de re-quemado de terminación baja, en el cual la introducción mínima de gases no oxidantes es observada, una estequiometria en el rango de alrededor de 0.35 hasta alrededor de 0.65 es preferida. En todos los casos la estequiometria del quemador de re-quemado 14 es mantenida a o debajo del que pueda ser utilizado de otra
manera equivalente al quemador de requemado operado con aire. Como un sistema el radio estequiométrico combinado de las zonas de combustión resultan de quemadores primarios 12 y de quemador de re-quemado 14 preferiblemente es mantenido entre alrededor de 0.6 y 1.0 para una reducción máxima de N0X. Concentraciones locales elevadas de radicales de llama son generados debido a las temperaturas extremadamente elevadas y concentraciones elevadas de 02 presentes en la segunda zona de combustión 44, y muchos de estos son reactivaos con especies NOx . El gas de oxidación adicional es llevado a la unidad por el conducto 26 e introducido aguas abajo de la segunda zona 44 de combustión vía puerto 16 OFA. Aunque la composición de este gas oxidante puede variar significativamente, el aire típicamente es usado por consideraciones de disponibilidad y costo. El gas oxidante introducido vía puerto 16 OFA produce la combustión estequiométrica total dentro de la unidad 50 a al menos alrededor de 1.10, que ayuda en quemar fuera combustibles tales como carbones, hidrocarburos, y CO. El puerto 16 OFA comúnmente puede estar localizado en una posición en la cual la temperatura del gas de combustión es alrededor de 980° hasta alrededor de 1550°C (alrededor de 1800° hasta 2800°F) para lograr facilitar la combustión completa. En una modalidad de la presente invención, un horno existente puede ser actualizado para tener la configuración
descrita arriba. En otras palabras, convirtiendo una fila de agua abajo de quemadores existentes a quemadores de requemado operado con 02, un horno existente necesita no tener instalados puertos nuevos o adicionales. Asi, las unidades mostradas en las FIGS. 1 a 4 pueden ser vistas como unidades manufacturadas recientemente o unidades manufacturadas previamente habiendo sufrido actualización. Una ventaja del presente sistema y proceso es que el uso total de 02, como gas puro o como un compuesto enriquecido de otros gases, es reducido limitando su uso para quemadores de requemado profundamente organizados en la zona de combustión como opuestos a, por ej . , tecnologías que se usa a lo largo la zona principal de combustión. Más especialmente, el requerimiento de flujo total 02 para los quemadores de requemado es equivalente a o menos de alrededor del 23% de la velocidad de masa del flujo de aire sustituido. Todos los porcentajes usados aquí intentan representar porcentajes de volumen a menos que se indique expresamente lo contrario. Todas las patentes y publicaciones de patente mencionadas arriba son incorporadas aquí para referencia. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.