COMBUSTIÓN DILUIDA.

Procedimiento de combustión en un horno (41) provisto de un quemador que comprende una entrada de comburente (51) que comprende entre 10% y 30% de oxígeno y una entrada de combustible (52,

53, 54) que desemboca en el horno (41) fuera de la entrada de comburente (51) y a una distancia de ésta comprendida entre 0,3 y 4 veces el diámetro equivalente de la entrada de comburente (51), desembocando el citado comburente en el horno (41) con una velocidad comprendida entre 10 y 60 m/s, siendo la sección de la entrada de comburente (51) al menos igual a 0,25 m 2 e inferior a 3 m 2

La invención se refiere a un procedimiento de combustión diluida que genera poco óxido de nitrógeno aplicable particularmente en los hornos de vidrio.

El experto designa generalmente por « NOx » a las emisiones de óxido de nitrógeno del tipo NO y/o NO2 que provienen de la oxidación no deseada del nitrógeno. Una fuente importante de nitrógeno es el contenido en el 5 comburente tal como el aire o el aire enriquecido en oxígeno.

La mayoría de los procedimientos de combustión, particularmente los utilizados en los hornos de vidrio, se enfrentan a problemas de emisión no deseada de NOx en los humos de combustión. Los NOx tienen una influencia nefasta a la vez sobre el ser humano y sobre el medioambiente. En efecto, por una parte el NO2 es un gas irritante que está en el origen de enfermedades respiratorias. Por otra parte, en contacto con la atmósfera, pueden formar 10 progresivamente lluvias ácidas. Finalmente, generan una contaminación fotoquímica puesto que en combinación con los compuestos orgánicos volátiles y la radiación solar, los NOx están en el origen de la formación del ozono llamado troposférico cuyo aumento de concentración a baja altitud resulta nocivo para el ser humano, sobre todo en periodo de mucho calor.

Es por lo que las normas en vigor sobre la emisión de NOx son cada vez más exigentes. Por el hecho mismo 15 de la existencia de estas normas, los fabricantes y los explotadores de hornos tales como los de los hornos de vidrio se preocupan de manera constante de limitar al máximo las emisiones de NOx, preferentemente a una tasa inferior a 800, incluso inferior a 600 mg por Nm3 de humos.

La temperatura es un parámetro que influye mucho en la formación de los NOx. Por encima de 1300 °C, la emisión de los NOx crece de manera muy importante. 20

La reducción de los NOx puede hacerse según dos principios llamados métodos primarios y métodos secundarios. Los métodos primarios consisten en impedir la formación de los NOx mientras que los métodos secundarios se dirigen a destruir los NOx después de su formación.

Un método secundario para reducir los NOx consiste en hacer intervenir un agente reductor sobre los gases emitidos con el fin de que los NOx sean convertidos en nitrógeno. Este agente reductor puede ser amoniaco pero esto 25 crea inconvenientes tales como la dificultad de almacenar y manipular tal producto. La presencia de gases reductores en ciertas partes del horno tales como los regeneradores puede además provocar una corrosión acelerada de los refractarios de estas zonas.

Teniendo en cuenta las limitaciones precedentes, los métodos primarios son preferibles. Con el fin de limitar la formación de los NOx al nivel de la llama, se puede particularmente buscar reducir el exceso de aire de combustión. Es 30 igualmente posible buscar limitar los picos de temperatura aumentando el volumen del frente de la llama. Tal solución se describe por ejemplo en los documentos US6047565 y WO9802386. La alimentación en combustible y la alimentación en comburente se efectúan las dos de manera que se escalona en el tiempo el contacto combustible/comburente y/o se aumenta el volumen de este contacto con el objeto de reducir la emisión de NOx.

El documento EP413309 enseña que los NOx pueden ser reducidos mediante las medidas conjuntas 35 siguientes:

- escalonando mucho las entradas de comburente y de combustible una de otra, y esto a más de 4 veces el diámetro de entrada del comburente,

- inyectando el oxidante a gran velocidad, de 200 a 1070 pies por segundo (sea entre 60 m/s y 326 m/s) y preferentemente de 500 a 1070 pies por segundo (sea entre 152 m/s y 326 m/s). 40

Los ejemplos de este documento han sido realizados con un comburente muy rico en oxígeno (50% de oxígeno). La reducción en NOx va de 17 a 43%. La figura muestra entradas de comburente y fuel a través de tubos metálicos del mismo diámetro.

El documento EP896189 pretende mejorar esta técnica preconizando:

- utilizar un comburente más rico en oxígeno que el aire, 5

- la inyección del comburente y del combustible a velocidades entre mach 0,25 y 1. Las velocidades del sonido en el aire en el metano a temperatura ambiente (T=25°C) son respectivamente 346 m/s y 450 m/s. El valor 0,25 Mach corresponde a una velocidad de 87 m/s para el aire y 112 m/s para el CH4 a temperatura ambiente. Cuando la temperatura aumenta, estas velocidades aumentan con la raíz cuadrada de la temperatura. Este documento preconiza por otra parte una velocidad de de más de 100 m/s para el combustible y más de 75 m/s para el comburente. 10

El documento US-A-20030054301 enseña un procedimiento de combustión que comprende una entrada de comburente que contiene 10% a 30% de oxígeno, una entrada de combustible que desemboca en el horno de la entrada de comburente y a una distancia de éste comprendida entre 0,3 y 4 veces el diámetro equivalente de la entrada de comburente, desembocando el comburente en el horno con una velocidad comprendida entre 10 y 60 m/s. La sección de la entrada de comburente es como mucho igual aproximadamente a 44,2 cm2. 15

El documento EP-A-0343746 enseña un procedimiento de alimentación de aire y un orificio de alimentación de combustible a una cierta distancia uno de otro en el horno. El conducto de aire tiene un diámetro de 200 mm, o sea una sección de 0,0314 m2.

Los documentos FR 2 892 497 A1 y EP 0 782 973 A1 divulgan un funcionamiento de combustión para un horno en el cual varias entradas de combustibles que desembocan en el horno están situadas a una cierta distancia por 20 debajo de una entrada de aire.

La reducción de los NOx se basa en el principio de la dilución de los componentes de reacción en los humos del laboratorio, produciendo temperaturas de llama menores y más homogéneas. Se habla a veces de combustión sin llama, lo que significa simplemente que la llama no es visible para el ojo desnudo.

La enseñanza de estos documentos es difícilmente adaptable a los hornos de vidrio que funcionan con aire o 25 con aire moderadamente enriquecido en oxígeno puesto que estos hornos disponen de entradas de comburente de secciones importantes, pudiendo particularmente estar comprendidas entre 0,5 y 3 m2. De acuerdo con la técnica anterior, el inyector de combustible está siempre situado justo por debajo o en el interior (a menudo en la parte baja) de la entrada de comburente, justo antes de desembocar en el laboratorio del horno. Particularmente, la configuración característica de un quemador de horno de vidrio es la de la figura 6. Los grandes diámetros de entradas de comburente 30 se deben a las razones siguientes:

- son necesarios grandes volúmenes de gases (sobre todo si el comburente es aire) y un diámetro grande limita las pérdidas de carga;

- un pequeño diámetro se traduce en elevadas velocidades de gas que pueden provocar el desprendimiento de materias vitrificables en polvo que sobrenadan en la superficie del baño de vidrio; en efecto, materias vitrificables que 35 sobrenadan en polvo se encuentran en la superficie del vidrio al menos en el primer tercio de aguas arriba del horno (en referencia a la dirección de colado del vidrio) e incluso en la mitad de aguas arriba del horno; estos polvos arrastrados por los gases se propagan entonces sobre las paredes y la bóveda o en el interior de las canalizaciones de recuperación de los humos en lugar de participar en la fabricación del vidrio; además, contienen a menudo materias corrosivas (óxido de alcalín, derivado del boro, etc) que reaccionan y dañan las superficies sobre las cuales se van a 40 depositar; en el caso de hornos de recuperador, las canalizaciones de recuperación de los humos son relativamente estrechas y los vuelos de polvos deben impedirse para evitar el atasco de estas canalizaciones;

- estas entradas de comburente (generalmente de aire) son a menudo de material refractario desmenuzable (particularmente en el caso de los hornos de regeneradores: hornos de quemadores transversales y hornos de bucle) y sujetos a una erosión tanto más fuerte cuanto más elevado sea el caudal de gases. No es deseable que partículas de refractarios contaminen el vidrio fundido;

- estas entradas de aire funcionan a menudo alternativamente como entrada de aire y como colectores de 5 humos cuando el horno es del tipo de inversión y está equipado con regeneradores; un diámetro demasiado pequeño entorpece la recogida de los humos, obliga a utilizar ventiladores... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de combustión en un horno (41) provisto de un quemador que comprende una entrada de comburente (51) que comprende entre 10% y 30% de oxígeno y una entrada de combustible (52, 53, 54) que desemboca en el horno (41) fuera de la entrada de comburente (51) y a una distancia de ésta comprendida entre 0,3 y 4 veces el diámetro equivalente de la entrada de comburente (51), desembocando el citado comburente en el horno (41) 5 con una velocidad comprendida entre 10 y 60 m/s, siendo la sección de la entrada de comburente (51) al menos igual a 0,25 m2 e inferior a 3 m2.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la distancia entre la entrada de comburente (51) y la entrada de combustible (52, 53, 54) es inferior a 3 veces el diámetro equivalente de la entrada de comburente (51). 10

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la distancia entre la entrada de comburente (51) y la entrada de combustible (52, 53, 54) es de al menos 0,5 veces el diámetro equivalente de la entrada de comburente (51).

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la distancia entre la entrada de comburente (51) y la entrada de combustible (52, 53, 54) está comprendida entre 20 cm y 4 m. 15

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el comburente desemboca en el horno (41) con una velocidad superior a 15 m/s.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el comburente desemboca en el horno (41) con una velocidad inferior a 50 m/s.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el 20 comburente es calentado a una temperatura de al menos 400 °C antes de entrar en el horno (41).

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque el comburente es calentado a una temperatura de al menos 1000 °C antes de entrar en el horno (41).

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el comburente es calentado al menos a la temperatura de auto-inflamación del combustible antes de entrar en el horno 25 (41).

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la sección de la entrada de comburente (51) está comprendida entre 0,5 y 3 m2.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la sección de la entrada de comburente (51) está comprendida entre 0,8 y 3 m2. 30

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el combustible es gaseoso y porque su velocidad de entrada en el horno (41) es superior a 30 m/s.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la velocidad de entrada del combustible es superior a 50 m/s.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el combustible es gaseoso y porque su velocidad de entrada en el horno (41) es inferior a 250 m/s.

15. Procedimiento de fusión de materias vitrificables en un horno (41) en el cual el vidrio fundido fluye de aguas arriba a aguas abajo, comprendiendo una alimentación (6, 6', 15, 15') de materias vitrificables en polvo situada en la mitad de aguas arriba del horno (41), y un quemador situado en la mitad de aguas arriba del horno (41), funcionando el 5 citado quemador de acuerdo con el funcionamiento de combustión de una de las reivindicaciones precedentes.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque materias vitrificables en polvo sobrenadan en el primer tercio de aguas arriba del horno (41) y porque el quemador está situado en el primer tercio de aguas arriba (48) del horno (41).

17. Procedimiento de acuerdo con una de las dos reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el 10 horno es un horno de bucle.

18. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el horno es un horno de quemadores transversales.