Método y aparato para hacer funcionar un horno.

Método para hacer funcionar un proceso de combustión en un horno (1), por el que se quema un combustible primario y un combustible secundario, el método comprende por lo menos las siguientes etapas:

- inyectar el combustible primario y el oxidante primario en el horno

(1) para crear una zona de combustión primaria (2) en la que el combustible primario se quema con el oxidante primario,

- inyectar oxígeno líquido (LOX) en el horno como oxidante secundario de tal manera que el oxidante secundario junto con el combustible secundario crean una zona de combustión secundaria (3) que es distinta de la zona de combustión primaria (2).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/055443.

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: RHEKER,FRANK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > QUEMADORES > Quemadores para la combustión de un gas, p. ej.... > F23D14/78 (Refrigeración de las partes del quemador)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION,... > Hornos con tambores rotativos, es decir, horizontales... > F27B7/36 (Disposición de los dispositivos de alimentación de aire o de gas)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > HORNOS CREMATORIOS; COMBUSTION DE DESECHOS O DE COMBUSTIBLES... > Métodos o aparatos, p. ej. incineradores, especialmente... > F23G5/20 (con combustión en tambores rotativos u oscilantes)
  • 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;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > PARTES CONSTITUTIVAS O ACCESORIOS DE LOS HORNOS,... > F27D99/00 (Materia no prevista en otros grupos de esta subclase)

PDF original: ES-2538099_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método y aparato para hacer funcionar un horno La presente invención está relacionada con un método para hacer funcionar un proceso de combustión en un horno y con un aparato y un horno para ello. La presente invención está relacionada en particular con los métodos y los hornos en los que combustibles primarios y combustibles secundarios se queman con unos oxidantes primarios y secundarios.

Los hornos de combustión se usan ampliamente. En dichos hornos, se genera calor por la combustión de uno o más combustibles con un oxidante apropiado.

Tales hornos de combustión generalmente funcionan con aire como oxidante. En los hornos de combustión también se conoce el uso de oxígeno o aire enriquecido con oxígeno como oxidante.

El documento US-A-5587283 describe un proceso de combustión que utiliza oxígeno como oxidante. Según dicho proceso, se inyecta un solo gas combustible, tal como el gas natural, y oxígeno a través de un quemador, del 15 al 35% del oxígeno total se inyecta como un chorro constante en fase líquida. Se dice que el proceso es adecuado para el uso en hornos de fusión de metal, hornos de esmalte y hornos de vidrio. Al inyectar el oxígeno licuado como un chorro constante a alta velocidad, dicho oxígeno pasa a través de la región a alta temperatura para la combustión aguas abajo del resto del combustible gaseoso. Se obtiene una elongación de la llama que es ajustable en función de la proporción del gas licuado inyectado.

Un proceso adicional de combustión, en el que se utiliza oxígeno líquido, se describe en la patente europea EP-A0866295. La patente europea EP-A-0866295 describe más específicamente un método en el que se carga material mineral precalentado de alimentación en un horno, y se procesa térmicamente mediante una llama producida por la combustión de un único combustible sin identificar, y por el que se inyecta por lo menos un chorro de oxígeno líquido en el horno, en particular debajo de la llama, de modo que el oxígeno impacta en el material mineral de alimentación en forma líquida. El oxígeno líquido acompaña entonces al material de carga a medida que se revuelca bajando dentro del horno rotatorio hacia la llama.

Los hornos de combustión funcionan preferiblemente de manera general con combustibles sumamente inflamables, tales como el gas natural y el aceite combustible, pero algunos procesos hacen uso o necesitan la combustión de combustibles o carburantes de grado bajo con baja inflamabilidad, incluidos los productos de desecho.

Por ejemplo, para la producción de cemento en un horno tubular rotatorio, se sabe cómo generar una llama con un combustible convencional de alto poder calorífico. La temperatura de dicha llama puede aumentarse con el suministro de un oxidante adicional, por ejemplo aire enriquecido con oxígeno, en la parte superior del aire refrigerante caliente procedente del enfriador de clínker.

Con el fin de mantener bajos los costes del combustible, ha llegado a ser una práctica establecida la adición de un combustible secundario barato al combustible primario. El poder calorífico del combustible secundario es menor que el poder calorífico del combustible primario y el combustible secundario se quema en la llama del combustible primario. En particular, como combustible secundario a veces se hace uso de desechos plásticos. Estos desechos plásticos se inyectan en el horno tubular rotatorio como partículas trituradas, de tal manera que se quemen tanto como sea posible en la llama del combustible primario. El combustible secundario comprende además constituyentes que no todos tienen la misma geometría. Se ha descubierto que no todos los constituyentes del combustible secundario se queman completamente. En cambio, los constituyentes del combustible secundario que no se queman completamente generan partículas de hollín, y perjudican a la calidad del cemento que se va a producir. Además, una combustión incompleta puede llevar a la formación de monóxido de carbono, que en la medida de lo posible no debe pasar al ambiente.

La patente europea EP-B-1065 461 describe un proceso de calcinación adaptado para permitir la combustión de tal combustible secundario de bajo poder calorífico. En dicho proceso, el material mineral a calcinar se calienta por medio de una llama que comprende una zona de combustión primaria y una zona de combustión secundaria aguas abajo. La zona de combustión primaria está creada por la combustión de un combustible primario con un primer oxidante y se encuentra cerca de los puntos de inyección del primer oxidante y el combustible primario. La llama comprende además una zona de combustión secundaria ubicada aguas abajo de la zona primaria y creada por la combustión de un combustible secundario con un oxidante secundario, el combustible secundario se precalienta por el flujo a través de la zona primara de la llama antes de entrar a la zona de combustión secundaria. El combustible secundario típicamente tiene un bajo poder calorífico de 15x106 J/kg o menos. El primer oxidante tiene un contenido de oxígeno de más del 21% y hasta sustancialmente el 100%. El oxidante primario puede tener una temperatura de aproximadamente 100 °C. El oxidante secundario es preferiblemente aire y en particular aire procedente del enfriador de clínker y que tiene una temperatura de entre 500 °C y 1000 °C. Ambos oxidantes se utilizan por lo tanto en forma gaseosa.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método optimizado para hacer funcionar un horno de combustión con un combustible primario y uno secundario, por el que dicho combustible secundario puede ser un combustible de grado bajo. Una meta adicional de la presente invención es aliviar por lo menos alguna de las desventajas conocidas en la técnica anterior por el calentamiento de tal horno de combustión y en particular tal como un horno tubular rotatorio. En particular, un objeto de la presente invención es proporcionar un mejor método que permita la combustión completa del combustible secundario.

Estos objetos se consiguen con un método según la reivindicación 1 y un horno según la reivindicación 11. Por otra parte, en la reivindicación 8 se define un aparato adecuado para inyectar oxígeno líquido en un horno, en particular para llevar a cabo el método según la invención. Unas configuraciones ventajosas adicionales del método, el aparato y el horno se indican en las reivindicaciones dependientes. Las características que se dan individualmente en las reivindicaciones pueden combinarse entre sí de cualquier manera deseada con significado tecnológico, y pueden ser suplementadas con información explicativa de la descripción y los dibujos, presentando unas realizaciones adicionales de la invención.

La presente invención está relacionada con un método para hacer funcionar un proceso de combustión en un horno, por el que se quema un combustible primario y un combustible secundario. El método de la invención comprende por lo menos las siguientes etapas:

- el combustible primario y el oxidante primario se inyectan en el horno para crear una zona de combustión primaria en la que el combustible primario se quema con el oxidante primario, y -se inyecta oxígeno líquido como oxidante secundario de tal manera que la combustión del combustible secundario con el oxidante secundario crea una zona de combustión secundaria distinta de la zona de combustión primaria.

En el presente contexto, dos zonas de combustión se consideran distintas cuando no ocupan el mismo espacio dentro del horno.

Según una realización, el combustible secundario también se inyecta en el horno. En ese caso, el combustible secundario se inyecta preferiblemente en el horno de modo que el combustible secundario entra en la zona de combustión primaria... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para hacer funcionar un proceso de combustión en un horno (1) , por el que se quema un combustible primario y un combustible secundario, el método comprende por lo menos las siguientes etapas:

- inyectar el combustible primario y el oxidante primario en el horno (1) para crear una zona de combustión primaria (2) en la que el combustible primario se quema con el oxidante primario, -inyectar oxígeno líquido (LOX) en el horno como oxidante secundario de tal manera que el oxidante secundario junto con el combustible secundario crean una zona de combustión secundaria (3) que es distinta de la zona de combustión primaria (2) .

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de inyectar el combustible secundario en el horno (1) , por el que dicho combustible secundario se inyecta preferiblemente en el horno (1) de modo que el combustible secundario entre en la zona de combustión primaria (2) .

3. Método según la reivindicación 2, en donde el combustible secundario y el oxidante secundario (LOX) fluyen substancialmente paralelos a través de la zona de combustión primaria (2) .

4. Método según la reivindicación 2 o 3, en donde el oxidante secundario (LOX) se inyecta en una dirección contraria al combustible secundario.

5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde la zona de combustión secundaria (3) colinda con la zona de combustión primaria (2) .

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el combustible secundario tiene un poder calorífico menor o igual a 15 x 106 J/kg.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el combustible secundario comprende constituyentes sólidos, la mayor dimensión de los cuales es de 0, 5 cm a 20 cm, en particular desecho plástico plano.

8. Aparato (4) para inyectar oxígeno líquido (LOX) en un horno (1) , que comprende una lanza (5) y una línea (6) para guiar el oxígeno líquido a la lanza (5) , en donde la lanza (5) tiene un alimentador central (8) , que tiene una primera abertura de entrada (7) y una guía de refrigerante (10) , que rodea el alimentador (8) y tiene una segunda abertura de entrada (9) , en donde la línea (6) se conecta a la primera abertura de entrada (7) y a la segunda abertura de entrada (9) .

9. Aparato (4) según la reivindicación 8, en donde la guía de refrigerante (10) tiene una abertura de salida (11) , que se dispone radialmente sobre la guía de refrigerante (10) .

10. Aparato (4) según la reivindicación 8, en donde la guía de refrigerante (10) tiene una abertura de descarga (12) , que rodea el alimentador (8) .

11. Horno (1) , que comprende un aparato (4) según una de las reivindicaciones 8 a 10, un alimentador de oxidante primario, un alimentador (13) de combustible primario y opcionalmente un alimentador (14) de combustible secundario.

12. Horno (1) según la reivindicación 11, en donde la lanza (5) y el alimentador (14) de combustible secundario se orientan paralelos entre sí.

13. Horno (1) según la reivindicación 11 o 12, en donde la lanza (5) se dispone encima del alimentador (13) de combustible primario.

14. Horno (1) según una de las reivindicaciones 12 a 13, en donde la lanza (5) y el alimentador (13) de combustible primario incluyen un ángulo de 5° a 20°.

15. Uso del aparato según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 o un horno según una de las reivindicaciones 11 a 14 en el método según una de las reivindicaciones 1 a 7.