Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110;

111) de quemador que comprende medios (27) de alimentación de combustible que están acoplados directamente a primeros medios (29) de alimentación de agente oxidante para alimentar una mezcla de combustible/agente oxidante con una cantidad baja de agente oxidante y segundos medios (38) para alimentar agente oxidante adicional, caracterizada porque dichos segundos medios (38) para alimentar agente oxidante adicional están separados y colocados aguas abajo de dichos medios de alimentación de combustible y dichos primeros medios de alimentación de agente oxidante según el flujo de dicha mezcla de modo que se enriquece la mezcla de combustible/agente oxidante

Columna de quemador para un horno de combustión para material en terrones.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una columna de quemador para un horno para quemar material en terrones. En particular, la invención se refiere a una columna de quemador para un horno para quemar y sinterizar material en terrones tal como piedra caliza, dolomita, y similar, que permite homogeneizar la combustión y controlarla por toda la zona de combustión del horno. Además, la invención se refiere a un método para controlar la reacción de combustión en dicho horno.

Antecedentes de la invención

Cuando se tratan dichos materiales tal como para producir cal, o más en general, para eliminar compuestos volátiles de una sustancia sólida, se conoce cargar piezas del material que va a tratarse en hornos en los que se someten a un tratamiento térmico.

Particularmente, la producción de cal se deriva del proceso de combustión conocido (calcinaciones) de piedra caliza natural CaCO₃ para obtener cal CaO debido a la reacción:

CaCO₃ + calor -> CaO + CO₂

que habitualmente se lleva a cabo en un horno vertical con una sección circular, semicircular, elíptica, cuadrada o rectangular, un horno vertical doble, un horno regenerativo o un horno anular.

Dichos materiales de dolomita, calcáreos en terrones o similares se cargan desde arriba en un horno que se extiende a lo largo de un eje longitudinal sustancialmente vertical. El material se hace pasar consecutivamente, de arriba abajo, a través de una zona de precalentamiento, una zona de combustión (calcinación) situada entre dos o tres niveles de quemadores, una zona de poscombustión, una zona de enfriamiento y una zona de salida para el material calcinado.

La zona de combustión está delimitada por dos o más niveles de combustión que están definidos por columnas de quemador que están situadas transversales al eje longitudinal del horno y metidas en el lecho de material que va a tratarse.

Las columnas de quemador son estructuras de caja que tienen una sección transversal que habitualmente es rectangular o en forma de T, estando previsto su espacio interno para alojar los quemadores. En general, los quemadores están representados por tubos, también denominados lanzas, que están abiertos en ventanas obtenidas en el lado o las paredes inferiores de las columnas. El combustible que se inflamará en la proximidad de dichas columnas se suministra a través de estas aberturas y ventanas.

Una columna de quemador de este tipo se conoce por ejemplo por el documento US 3260514.

La cantidad y calidad resultantes de la cal se derivan principalmente del funcionamiento de dichas columnas, y así del nivel de combustión desarrollado desde las mismas o, en otras palabras, de la eficacia de las columnas.

De hecho, se ha observado en estudios de modelos matemáticos que la transferencia de calor puede no ser óptima dentro del horno. En particular, se ha demostrado que en un horno despresurizado, es decir, un horno en el que los gases calientes se aspiran de manera ascendente, la temperatura de combustión puede resultar sustancialmente inferior en la zona sobre cada columna que en las demás zonas alrededor de las columnas. Siguiendo estas observaciones, puede resultar que el material puede someterse a un tratamiento térmico diferenciado cuando se alimenta hacia abajo a lo largo del horno, dando así como resultado un producto final que no se ha quemado de manera homogénea. Esto puede dar como resultado una calidad no homogénea del producto final.

Sumario de la invención

Por consiguiente, el problema en el que se basa la presente invención es proporcionar un producto final con las características de una calidad uniforme particular (reactividad, cristalización, etc.).

Este problema se soluciona mediante columnas de quemador que permiten la combustión uniforme de materiales en terrones en todas las zonas de combustión en un horno de combustión para materiales en terrones, tal como se reivindica en la reivindicación independiente adjunta.

Por consiguiente, un primer objeto de la presente invención es proporcionar columnas de quemador para un horno de combustión para materiales en terrones.

Un segundo objeto de la invención es proporcionar un método para controlar la reacción de combustión en dicho horno.

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas adicionales de la presente invención se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción de algunas realizaciones de la invención, que se dan a modo de ejemplos no limitativos con referencia a las siguientes figuras en las que:

- la figura 1 es una vista esquemática de un horno de combustión para materiales en terrones;

- la figura 2A es una vista en sección transversal de una primera realización de la columna de quemador según la invención para un horno de combustión para material en terrones;

- la figura 2B es una primera variante de realización de la columna de la figura 2A;

- la figura 2C es una segunda variante de realización de la columna de la figura 2A;

- la figura 2D es una tercera variante de realización de la columna de la figura 2A;

- la figura 2E es una vista parcial en perspectiva, en corte transversal que deja ver el interior, de la columna de la figura 2A;

- la figura 2F es una vista parcial en perspectiva de la columna de la figura 2A;

- la figura 3A es una vista en sección transversal de una columna según una segunda realización de la invención;

- la figura 3B es una primera variante de realización de la columna de la figura 3A;

- la figura 3C es una segunda variante de realización de la columna de la figura 3A;

- la figura 3D es una tercera variante de realización de la columna de la figura 3A;

- la figura 4A es una vista en sección transversal de una columna según una tercera realización de la invención;

- la figura 4B es una variante de realización de la columna de la figura 2A;

- la figura 5A es una vista en sección transversal de una columna según una cuarta realización de la invención;

- la figura 5B es una variante de realización de la columna de la figura 5A;

- la figura 6A es una vista en sección transversal de una columna según una quinta realización de la invención;

- la figura 6B es una primera variante de realización de la columna de la figura 6A;

- la figura 6C es una segunda variante de realización de la columna de la figura 6A;

- la figura 6D es una tercera variante de realización de la columna de la figura 6A;

- la figura 7 es una vista en sección transversal de una columna según una sexta realización de la invención;

- la figura 8A es una séptima realización de la columna de la invención;

- la figura 8B es una variante de realización de la columna de la figura 8A;

- la figura 9 es una vista esquemática del funcionamiento de una columna de quemador según la técnica anterior;

- la figura 10 es una vista esquemática del funcionamiento de una columna de quemador según la presente invención;

- la figura 11 es una vista esquemática del sistema de control de flujo de combustible para cada columna de la invención.

Descripción detallada de la invención

La idea en la que se basa la presente invención es diseñar una columna de quemador que permita que el nivel de combustión sea uniforme sustancialmente por toda la zona de combustión de un horno de combustión para materiales en terrones.

Un horno 1 para quemar materiales en terrones, tal como se ilustra en la figura 1, puede ser cualquier horno convencional para quemar materiales en terrones tales como materiales calcáreos o de dolomita. Particularmente, el horno de la figura 1 es un horno vertical de sección circular, semicircular, cuadrada o rectangular que se extiende sustancialmente de manera vertical a lo largo de un eje X-X y comprende de arriba abajo una zona 2 de entrada, una zona 3 de precalentamiento, una zona 4 de combustión, una zona 5 de calcinación posterior, una zona 6 de enfriamiento y una zona 7 de salida.

La zona 2 de entrada puede estar provista de una abertura 21 de entrada...

1. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador que comprende medios (27) de alimentación de combustible que están acoplados directamente a primeros medios (29) de alimentación de agente oxidante para alimentar una mezcla de combustible/agente oxidante con una cantidad baja de agente oxidante y segundos medios (38) para alimentar agente oxidante adicional, caracterizada porque dichos segundos medios (38) para alimentar agente oxidante adicional están separados y colocados aguas abajo de dichos medios de alimentación de combustible y dichos primeros medios de alimentación de agente oxidante según el flujo de dicha mezcla de modo que se enriquece la mezcla de combustible/agente oxidante.

2. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según la reivindicación 1, comprendiendo dicha columna un elemento (11) de caja que se extiende a lo largo de un eje (Y-Y) y está dividido internamente por una pared horizontal longitudinal (17) de separación en un primer espacio vacío (18) y un segundo espacio (19) adecuado para alojar dichos medios (27) de alimentación de combustible y dichos primeros medios (29) de alimentación de agente oxidante.

3. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según la reivindicación 1 ó 2, en la que dichos medios (27) de alimentación de combustible comprenden lanzas.

4. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 1 a 3, en la que dichos primeros medios (29) de alimentación de agente oxidante comprenden cámaras adecuadas para alojar dichos medios (27) de alimentación de combustible.

5. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 1 a 4, que comprende además huecos (26) que se forman en la superficie externa de la misma para permitir que un fluido de enfriamiento pase a través de los mismos.

6. Columna (10; 101; 104; 106; 107; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 1 a 5, en la que su sección transversal tiene sustancialmente forma de T con una cabeza (20) y un vástago (25).

7. Columna (102; 103; 105; 108; 109) de quemador según cualquier reivindicación 1 a 5, en la que su sección transversal tiene sustancialmente forma de media T con una cabeza (20') y un vástago (25').

8. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 4 a 7, que comprende además separadores (30) para separar dichas cámaras (29) dentro de dicho segundo espacio (19) de la columna.

9. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 4 a 8, que comprende además separadores (33) adicionales que están montados dentro de dichas cámaras (29) para evitar que dichos medios (27) de alimentación de combustible puedan entrar en contacto con las paredes de cámara.

10. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 1 a 9, que comprende además medios (32) de inserción para facilitar la inserción o retirada de dichos medios (27) de alimentación de combustible dentro de dicha columna.

11. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 1 a 10, que comprende una pared superior (12), una pared inferior (13), dos paredes laterales (14), una pared anterior (15) y una pared posterior (16).

12. Columna (10; 101; 102; 103; 106; 107; 108; 109) de quemador según la reivindicación 11, en la que dichos medios (27) de alimentación de combustible comprenden extremos abiertos (34) en primeros orificios (35) correspondientes a las salidas de dichos primeros medios (29) de alimentación de agente oxidante que se forman en dichas paredes laterales (14).

13. Columna (104; 105; 110; 111) de quemador según la reivindicación 11, en la que dichos medios (27) de alimentación de combustible comprenden extremos abiertos (34) en primeros orificios (140; 150) correspondientes a las salidas de dichos primeros medios (29) de alimentación de agente oxidante que se forman en dicha pared lateral (13) de dicha columna.

14. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 11 a 13, en la que dichos segundos medios (29) de alimentación de agente oxidante están abiertos hacia el exterior de las columnas a través de segundos orificios (38) que se forman en dichas paredes laterales (14) en la proximidad de dicha pared superior (12).

15. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según la reivindicación 14, en la que dichos segundos orificios (38) se forman en la proximidad de la cabeza (20) de la columna.

16. Columna (10; 101; 102; 103) de quemador según la reivindicación 14 ó 15, en la que dichos primeros orificios (35) están situados lejos de dichos segundos orificios (38) y separados por una abrazadera (36) interpuesta entre los mismos, que sobresale de dichas paredes laterales (14).

17. Columna (106; 107; 108; 109) de quemador según la reivindicación 14 ó 15, en la que dichos primeros orificios (35) están situados en la proximidad de dichos segundos orificios (38) y separados por una abrazadera (36) que sobresale de dichas paredes laterales (14).

18. Columna (10; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111) de quemador según cualquier reivindicación 1 a 17, que comprende además material (39) de recubrimiento fijado en la superficie externa de dicha columna.

19. Columna (101; 103; 107; 109) de quemador según cualquier reivindicación 16 a 18, en la que dicha abrazadera está formada como una sola pieza.

20. Método para controlar la reacción de combustión en un horno de combustión para un material en terrones que comprende alimentar una mezcla de combustible/agente oxidante con una cantidad baja de agente oxidante en una primera zona de dicho horno y alimentar agente oxidante en una segunda zona de este horno aguas abajo de la primera zona según la dirección de flujo de dicha mezcla, caracterizado porque la alimentación de la mezcla de combustible/agente oxidante con un bajo contenido en agente oxidante en una primera zona del horno y la alimentación del agente oxidante en una segunda zona de dicho horno se lleva a cabo mediante cualquiera de las columnas de quemador según cualquier reivindicación 1 a 19.

21. Método según la reivindicación 20, en el que la alimentación de la mezcla en la primera zona puede llevarse a cabo con una cantidad de agente oxidante que oscila entre el 50% y el 80% del agente oxidante total que se requiere para la combustión completa de combustible, mientras que la alimentación del agente oxidante en la segunda zona puede oscilar entre el 50% y el 20% del agente oxidante total que se requiere para dicha combustión.

22. Método según la reivindicación 20 y 21, en el que el combustible que puede usarse es un combustible líquido, gaseoso o en polvo, o una mezcla de los mismos.

23. Método según cualquier reivindicación 20 a 22, en el que el agente oxidante es aire, opcionalmente aire precalentado a través de un intercambiador de calor en el que se hacen pasar gases calientes, que se aspiran en la parte de ápice del horno o a través de aire de enfriamiento que se calienta cuando pasa a través de la zona inferior del horno.

24. Método según cualquier reivindicación 20 a 23, en el que la alimentación del combustible en la segunda zona puede llevarse a cabo sustancialmente con el mismo tipo de agente oxidante según la reivindicación 22 ó 23.

25. Método según cualquier reivindicación 20 a 24, en el que la dirección de flujo de la mezcla de combustible/agente oxidante es desde la parte superior hasta la parte inferior del horno.

26. Método según cualquier reivindicación 20 a 25, que comprende además una etapa de control de suministro de combustible/agente oxidante controlando el flujo de combustible/agente oxidante para conjuntos de lanzas en diferentes partes de columna.

27. Método según la reivindicación 26, en el que dicha etapa de control comprende controlar el flujo de combustible/agente oxidante simultáneamente para lanzas ubicadas en dos lados enfrentados de columnas inmediatamente consecutivas.

28. Método según la reivindicación 26, en el que dicha etapa de control comprende controlar el flujo de combustible/agente oxidante simultáneamente para lanzas ubicadas en ambos lados de la misma columna.

29. Método según la reivindicación 27 ó 28, en el que dicho control se lleva a cabo de una manera diferenciada en cada media columna.

30. Método según la reivindicación 29, en el que dicho control se lleva a cabo a lo largo de un eje vertical del horno de modo que la lanza de medias columnas en el mismo eje se controlan para obtener un flujo vertical homogéneo.

31. Sistema de control y suministro de combustible/agente oxidante en una lanza (T) de columnas (B) de quemador para hornos (1) para quemar material en terrones, que comprende al menos dos válvulas (V'1, V'2, V'3, V'4) colocadas en líneas (P'1, P'2, P'3, P'4) de suministro de combustible/agente oxidante correspondientes, entregando dichas líneas a lanzas (T) colocadas en dos lados enfrentados de columnas inmediatamente consecutivas dispuestas en un nivel (L1) del horno, caracterizado porque dichas columnas (B) son columnas de quemador según cualquier reivindicación 1 a 19.

32. Sistema según la reivindicación 31, en el que dichas líneas (P'1, P'2, P'3, P'4) entregan a cada mitad de las lanzas (T) de las columnas (B) de modo que se crean diferentes partes de control en la sección transversal del horno.

33. Sistema según la reivindicación 31 ó 32, que comprende además al menos dos válvulas (V''1, V''2, V''3, V''4) adicionales colocadas en líneas adicionales (P''1, P''2, P''3, P''4) de suministro de combustible/agente oxidante correspondientes, entregando dichas líneas simultáneamente a lanzas (T) colocadas en ambos lados de la misma columna (B), estando colocada dicha columna en un nivel (L2) adicional.

34. Sistema según la reivindicación 33, en el que dichas líneas (P''1, P''2, P''3, P''4) entregan a cada mitad de las lanzas (T) de las columnas (B) de modo que se crean diferentes partes de control en la sección transversal del horno.

35. Método para controlar y ordenar el suministro de combustible y/o agente oxidante en lanzas de columnas de quemador según cualquier reivindicación 1 a 19 para hornos para quemar material en terrones, que comprende una etapa de control de flujo de combustible y/o agente oxidante de una manera individual diferenciada para lanzas o conjuntos de lanzas en diferentes posiciones en la columna.