Procedimiento de funcionamiento de un horno regenerativo alternante.

Un proceso de operación de un horno regenerativo alternante, dicho horno con regenerador comprende:

- una cámara de combustión

(10);

- un primer conjunto de uno o más regeneradores (20);

- un segundo conjunto de uno o más regeneradores (30);

- uno o más inyectores de combustible (40, 50) para inyectar combustible en la cámara de combustión (10), el proceso comprende:

(i) una primera fase de operación en la que (a) el regenerador o regeneradores (20) del primer conjunto están en modo de precalentamiento y precalientan oxidante de combustión frío e inyectan oxidante de combustión caliente en la cámara de combustión (10), en la que (b) el combustible inyectado en la cámara de combustión (10) por al menos uno de los uno o más inyectores de combustible (40, 50) entra en combustión con dicho oxidante de combustión caliente para producir calor y gas de combustión caliente, y en la que (c) el gas de combustión caliente fluye desde la cámara de combustión (10) al regenerador o regeneradores (30) del segundo conjunto que están en modo de recuperación de calor, y abandona dicho regenerador o regeneradores como gas de combustión frío,

(ii) una segunda fase de operación en la que (a) el regenerador o regeneradores (30) del segundo conjunto están en modo de precalentamiento y precalientan oxidante de combustión frío e inyectan oxidante de combustión caliente en la cámara de combustión (10), en la que (b) el combustible inyectado en la cámara de combustión (10) por al menos uno de los uno o más inyectores de combustible (40, 50) entra en combustión con dicho oxidante de combustión caliente para producir calor y gas de combustión caliente, y en la que (c) el gas de combustión caliente fluye desde la cámara de combustión (10) al regenerador o regeneradores (20) del primer conjunto que están en modo de recuperación de calor, y abandona dicho regenerador o regeneradores (20) como gas de combustión frío,

(iii) una fase de transición entre las sucesivas primera y segunda fases de operación y entre las sucesivas segunda y primera fases de operación, en la que (a) el regenerador o regeneradores (20, 30) que, en la fase de operación antes de la fase de transición estaban en modo de recuperación de calor inyectan gas de combustión en la cámara de combustión (10), y en la que (b) el gas de combustión fluye desde la cámara de combustión (10) al regenerador o regeneradores (20, 30) que, en la fase de operación antes de la fase de transición estaban en modo de precalentamiento, caracterizado por que:

durante la fase de transición (a) se inyecta combustible en la cámara de combustión (10) por al menos un inyector de combustible (40, 50) del uno o más inyectores de combustible, y (b) el regenerador o regeneradores (20, 30) que, en la fase de operación antes de la fase de transición estaban en modo de recuperación de calor, inyectan una mezcla de gas de combustión y de gas que contiene oxígeno en la cámara de combustión (10), la mezcla tiene un contenido de oxígeno capaz de mantener la combustión del combustible de modo que el combustible inyectado por el al menos uno de los inyectores de combustible (40, 50) durante la fase de transición entra en combustión con la mezcla de gas de combustión y de gas que contiene oxígeno para producir calor y gas de combustión en la cámara de combustión (10).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/064021.

Solicitante: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 75, QUAI D'ORSAY 75007 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: ZUCCHELLI, PIETRO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > VIDRIO; LANA MINERAL O DE ESCORIA > FABRICACION O MODELADO DE VIDRIO O DE LANA MINERAL... > Fusión en hornos; Hornos especialmente adaptados... > C03B5/235 (Calentamiento del vidrio (C03B 5/02, C03B 5/18, C03B 5/225 tienen prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > SUMINISTRO DE AIRE O LIQUIDOS O GASES NO COMBUSTIBLES... > F23L7/00 (Alimentacion de líquidos o gases al fuego no combustibles distintos del aire, p. ej. oxígeno, vapor)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > SUMINISTRO DE AIRE O LIQUIDOS O GASES NO COMBUSTIBLES... > Calentamiento del aire suministrado para la combustión > F23L15/02 (Disposiciones de los regeneradores)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > VIDRIO; LANA MINERAL O DE ESCORIA > FABRICACION O MODELADO DE VIDRIO O DE LANA MINERAL... > Fusión en hornos; Hornos especialmente adaptados... > C03B5/237 (Regeneradores o recuperadores especialmente adaptados a los hornos de fusión de vidrio)

PDF original: ES-2544760_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de funcionamiento de un horno regenerativo alternante La presente invención se refiere a un método mejorado de operación de un horno regenerativo.

En la operación de un horno el balance térmico es altamente importante. Se han desarrollado muchos procesos, instalaciones y dispositivos para mejorar el balance térmico de los hornos, en particular por medio de la recuperación de calor del gas de combustión que abandona la cámara de combustión del horno.

Un ejemplo de tal instalación para mejorar el balance térmico del horno es el horno regenerativo, el cual es ampliamente usado en la industria, en particular en el caso de hornos que trabajan de una forma continua.

Los hornos regenerativos están equipados con varios regeneradores, cada regenerador está conectado a la cámara de combustión del horno a través de su puerto del regenerador. Dichos regeneradores operan de forma alternante como (1) un dispositivo de recuperación de calor para la recuperación de calor del gas de combustión que abandona la cámara de combustión del horno, y como (2) un precalentador para precalentar el oxidante de combustión, típicamente aire de combustión, alimentado a la cámara de combustión. Esto se consigue por medio del material refractario presente en cada uno de los regeneradores.

Cuando un regenerador opera como un dispositivo de recuperación de calor, es decir cuando el regenerador está en un modo de recuperación de calor, el gas de combustión caliente procedente de la zona de combustión entra en el regenerador a través de su puerto del regenerador.

El gas de combustión caliente fluye a través del regenerador, por lo que calienta el material refractario presente en el regenerador y abandona el regenerador como un gas de combustión frío a través de la salida del regenerador.

Cuando un regenerador opera como precalentador, es decir cuando el regenerador está en un modo de precalentamiento, el oxidante de combustión frío entra en el regenerador por la entrada del regenerador. El oxidante de combustión frío fluye a través del regenerador y es calentado por un intercambio de calor con el material refractario presente en el regenerador, dicho material refractario ha sido calentado en un modo de recuperación de calor anterior del regenerador. El oxidante de combustión precalentado o "caliente" es suministrado a continuación por el regenerador o regeneradores que operan en modo de precalentamiento, y entra en combustión, o en otras palabras arde, con el combustible inyectado en la cámara de combustión por uno o más quemadores o inyectores de combustible.

Dichos quemadores o inyectores de combustible están generalmente situados en la proximidad de los puertos del regenerador, típicamente debajo de cada uno de los puertos del regenerador.

(a) Cuando la temperatura del gas de combustión frío que abandona el regenerador o regeneradores que operan en modo de recuperación de calor alcanza un límite superior predeterminado;

(b) cuando la temperatura del oxidante de combustión caliente que abandona el regenerador o regeneradores que operan en modo de precalentamiento alcanza un límite inferior predeterminado; o

(c) cuando la duración del modo de recuperación de calor o del modo de precalentamiento de un regenerador

o conjunto de regeneradores dados alcanza una longitud de tiempo predeterminada, se invierte la operación de los regeneradores:

el regenerador o regeneradores que han estado operando en modo de recuperación de calor se cambian a operación en modo de precalentamiento como se ha descrito antes, y el regenerador o regeneradores que han estado operando en modo de precalentamiento se cambian a operación en modo de recuperación de calor como se ha descrito antes.

De esta manera se mantiene un balance energético mejorado a lo largo de la operación de los hornos.

Tal proceso también es conocido como un proceso u operación de encendido inversa.

Hay un problema con los hornos con regenerador conocidos que, inmediatamente después de la inversión de la operación de los regeneradores, de hecho los regeneradores no suministran el oxidante de combustión a la cámara de combustión. Ciertamente, por una parte, (1) el regenerador o conjunto de regeneradores que antes de la inversión estaban en el modo de precalentamiento, ya no suministran más oxidante de combustión a la cámara de combustión y en lugar de ello reciben gas de combustión procedente de la cámara de combustión, en tanto que, por otra parte, (2) antes de suministrar oxidante de combustión caliente a la cámara de combustión, el regenerador o conjunto de regeneradores, que antes de la inversión de la operación estaban en el modo de recuperación de calor, suministran, durante un período de transición limitado, a la zona de combustión el gas de combustión que llenaba o

estaba presente dentro de este regenerador o conjunto de regeneradores antes de la operación de inversión. Esta etapa particular en la operación de un horno con regenerador a partir de aquí se denomina "fase de transición".

Cuando el gas de combustión inyectado en la cámara de combustión durante la fase de transición no puede adecuadamente mantener la combustión en la cámara de combustión, normalmente no se inyecta combustible en la cámara de combustión durante esta fase. La generación de calor en la cámara de combustión es de este modo reducida o incluso interrumpida durante dicha fase de transición cada vez que se invierte la operación de los regeneradores, con una correspondiente reducción en la productividad del horno.

El documento EP 1 634 856 A1 muestra un horno que describe tal fase de transición.

Por ejemplo, en un horno de fundición de vidrio con regenerador con una tasa de rendimiento de 50.000 kg de vidrio por día, en el que la inversión de la operación de los regeneradores se produce cada 17 a 22 minutos con una fase de transición de 40 a 60 segundos por inversión de la operación, la generación de calor en la cámara de combustión se reduce o se interrumpe durante el 3 al 5% del tiempo de operación total con un correspondiente efecto negativo sobre la tasa de rendimiento del horno.

Es un objeto de la presente invención superar dicha desventaja de los hornos regenerativos de la técnica anterior y reducir o incluso eliminar el efecto negativo de las fases de transición sobre la generación de calor en la cámara de combustión del horno.

Para esto, la presente invención propone un proceso de operación de un horno regenerativo alternante, dicho horno regenerativo comprende:

una cámara de combustión, un primer conjunto de uno o más regeneradores, un segundo conjunto de uno o más regeneradores, y uno o más inyectores de combustible para inyectar combustible en la cámara de combustión.

El proceso de la invención comprende una primera fase de operación, una segunda fase de operación y una fase de transición.

En la primera fase de operación: (a) el regenerador o regeneradores del primer conjunto están en modo de precalentamiento y precalientan el oxidante de combustión frío e inyectan el oxidante de combustión caliente en la cámara de combustión, (b) el combustible es inyectado en la cámara de combustión por al menos uno o más inyectores de combustible y entra en combustión con dicho oxidante de combustión caliente para producir calor y gas de combustión caliente, y (c) el gas de combustión caliente fluye desde la cámara de combustión al regenerador o regeneradores del segundo conjunto que están en modo de recuperación de calor, y dicho gas de combustión abandona dicho regenerador o regeneradores del segundo conjunto como gas de combustión frío.

En la segunda fase de operación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso de operación de un horno regenerativo alternante, dicho horno con regenerador comprende:

- una cámara de combustión (10) ;

- un primer conjunto de uno o más regeneradores (20) ;

- un segundo conjunto de uno o más regeneradores (30) ;

- uno o más inyectores de combustible (40, 50) para inyectar combustible en la cámara de combustión (10) , el proceso comprende:

(i) una primera fase de operación en la que (a) el regenerador o regeneradores (20) del primer conjunto están en modo de precalentamiento y precalientan oxidante de combustión frío e inyectan oxidante 10 de combustión caliente en la cámara de combustión (10) , en la que (b) el combustible inyectado en la cámara de combustión (10) por al menos uno de los uno o más inyectores de combustible (40, 50) entra en combustión con dicho oxidante de combustión caliente para producir calor y gas de combustión caliente, y en la que (c) el gas de combustión caliente fluye desde la cámara de combustión (10) al regenerador o regeneradores (30) del segundo conjunto que están en modo de recuperación de calor, y abandona dicho regenerador o regeneradores como gas de combustión frío, (ii) una segunda fase de operación en la que (a) el regenerador o regeneradores (30) del segundo conjunto están en modo de precalentamiento y precalientan oxidante de combustión frío e inyectan oxidante de combustión caliente en la cámara de combustión (10) , en la que (b) el combustible inyectado en la cámara de combustión (10) por al menos uno de los uno o más inyectores de combustible (40, 50) entra en combustión con dicho oxidante de combustión caliente para producir calor y gas de combustión caliente, y en la que (c) el gas de combustión caliente fluye desde la cámara de combustión (10) al regenerador o regeneradores (20) del primer conjunto que están en modo de recuperación de calor, y abandona dicho regenerador o regeneradores (20) como gas de combustión frío, (iii) una fase de transición entre las sucesivas primera y segunda fases de operación y entre las sucesivas segunda y primera fases de operación, en la que (a) el regenerador o regeneradores (20, 30) que, en la fase de operación antes de la fase de transición estaban en modo de recuperación de calor inyectan gas de combustión en la cámara de combustión (10) , y en la que (b) el gas de combustión fluye desde la cámara de combustión (10) al regenerador o regeneradores (20, 30) que, en la fase de operación antes de la fase de transición estaban en modo de precalentamiento, caracterizado por que:

durante la fase de transición (a) se inyecta combustible en la cámara de combustión (10) por al menos un inyector de combustible (40, 50) del uno o más inyectores de combustible, y (b) el regenerador o regeneradores (20, 30) que, en la fase de operación antes de la fase de transición estaban en modo de recuperación de calor, inyectan una mezcla de gas de combustión y de gas que contiene oxígeno en la cámara de combustión (10) , la mezcla tiene un contenido de oxígeno capaz de mantener la combustión del combustible de modo que el combustible inyectado por el al menos uno de los inyectores de combustible (40, 50) durante la fase de transición entra en combustión con la mezcla de gas de combustión y de gas que contiene oxígeno para producir calor y gas de combustión en la cámara de combustión (10) .

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 en el que los regeneradores (20, 30) del primer y segundo conjunto comprenden:

- un primer extremo (23, 33) que tiene un puerto (21, 31) del regenerador que conecta el regenerador a la cámara de combustión (10) , -un segundo extremo (22, 32) que tiene una entrada de oxidante de combustión frío (60) y una salida de 45 gas de combustión frío (64) , y -un lecho (24, 34) de material refractario permeable al gas colocado entre el primer extremo (23, 33) y el segundo extremo (22, 32) .

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2 en el que la mezcla de gas de combustión y de gas que contiene oxígeno es producida, en el extremo de la fase de operación que inmediatamente precede a la fase de 50 transición, inyectando gas que contiene oxígeno en el primer extremo (23, 33) del regenerador o regeneradores (20, 30) que están en modo de recuperación de calor para mezclarse con el gas de combustión caliente que fluye desde la cámara de combustión (10) a dicho regenerador o regeneradores (20, 30) , y en el que la mezcla de gas de 11

combustión y de gas que contiene oxígeno llena a continuación el lecho (24, 34) del material refractario de dicho regenerador o regeneradores (20, 30) .

4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el primer extremo (23, 33) de los regeneradores (20, 30) del primer y del segundo conjunto comprenden una zona de mezclado entre el lecho (24, 34) de material refractario y el puerto (21, 31) del regenerador, y en el que la mezcla de gas de combustión y de gas que contiene oxígeno es producida durante la fase de transición inyectando gas que contiene oxígeno en dicha zona de mezclado del primer extremo (23, 33) del regenerador o regeneradores (20, 30) que en la fase de operación inmediatamente antes de la fase de transición estaban en modo de recuperación de calor, para mezclarse con el gas de combustión inyectado por dicho regenerador o regeneradores (20, 30) en la cámara de combustión (10) durante la fase de transición.

5. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que dichos regeneradores (20, 30) del primer y segundo conjunto comprenden unos inyectores para inyectar gas que contiene oxígeno en el primer extremo (23, 33) .

6. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la mezcla de gas de combustión y de gas que contiene oxígeno se produce inyectando, durante la fase de transición, gas que contiene oxígeno en el puerto (21, 31) del regenerador o regeneradores (20, 30) , que en la fase de operación inmediatamente antes de la fase de transición estaban en modo de recuperación de calor, para mezclarse con el gas de combustión inyectado por dicho regenerador o regeneradores (20, 30) en la cámara de combustión (10) durante la fase de transición.

7. Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 2 o 6, por el que los regeneradores (20, 30) del primer y del segundo conjunto comprenden unos inyectores para inyectar gas que contiene oxígeno en los puertos (21, 31) del regenerador de dichos regeneradores (20, 30) .

8. Un proceso de acuerdo con una de las anteriores reivindicaciones en el que la mezcla de gas de combustión y de gas que contiene oxígeno tiene un contenido de oxígeno dentro del 7% en volumen de O2 del contenido de oxígeno del oxidante de combustión, preferiblemente dentro del 5% en volumen de O2 del mismo.

9. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones en el que la mezcla de gas de combustión con gas que contiene oxígeno tiene un contenido de oxígeno sustancialmente igual al contenido de oxígeno del oxidante de combustión.

10. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones en el que el oxidante de combustión es aire.

11. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones en el que el gas que contiene oxígeno tiene un contenido de oxígeno de al menos el 90% en volumen, preferiblemente de al menos el 95% en volumen.

12. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones en el que el horno es un horno con puertos en los extremos.

13. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones en el que el horno es un horno con puertos en los lados.

14. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones en el que el horno es un horno de fundición de vidrio en el que la materia prima del vidrio se funde en la cámara de combustión (10) para formar vidrio fundido.

15. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones en el que el horno es un horno de fundición de metal, preferiblemente un horno de fundición de aluminio, en el que el material sólido que contiene el metal se funde para formar metal fundido.