HORNO Y PROCEDIMIENTO OXI-COMBUSTIBLE PARA LA FUSIÓN DE MATERIAS VITRIFICABLES.

Horno y procedimiento oxi-combustible para la fusión de materias vitrificables La invención se refiere a un procedimiento y un horno oxi-combustible para la fusión de materia vitrificable y la obtención de vidrio fundido. La invención se refiere especialmente a un horno de fusión que tiene una capacidad o tirada inferior o igual a 400 toneladas de vidrio fundido por día. Tales hornos de fusión se utilizan, por ejemplo, en la fabricación de vidrio hueco y de vidrio para cristalería, donde éstos alimentan las máquinas de conformación de vidrio fundido. La invención se refiere, más en particular, a un horno de fusión denominado de llama. En un horno de llama, al menos una parte de la energía es suministrada por al menos una llama a la cámara de fusión, siendo materializada la al menos una llama por medio de un quemador. El documento anterior US-A-3592622 describe un procedimiento que permite aumentar la temperatura del vidrio en un horno de fusión-afinado, calentado por aero-combustión sin aumento correspondiente de la temperatura de la bóveda del horno. Según el documento US-A-359622, esto se realiza mediante la aportación al horno de energía térmica auxiliar suministrada por una llama no luminosa, generada por un oxi-quemador. La citada llama está dirigida en el sentido longitudinal del horno y hacia abajo, con el fin de permitir una combustión sustancialmente completa antes de que los productos de combustión entren en contacto con la superficie del vidrio fundido. El documento anterior US-A-359622 divulga en particular un horno de fusión-afinado de ese tipo, con una cámara de una longitud de aproximadamente 10,1 m (36 pies) que se calienta por medio de quemadores montados de manera separada en las paredes laterales. Con el fin de aumentar la temperatura del vidrio, la citada cámara está dotada de dos oxi-quemadores en la pared corriente arriba. Los ejes de los dos oxi-quemadores convergen a una distancia de aproximadamente 3,7 a 4,3 metros (12 a 14 pies) de la pared corriente arriba. La energía térmica auxiliar proporcionada por estos dos oxi-quemadores se eleva a alrededor de un 10,5% de la energía térmica total del horno. Para reducir las emisiones contaminantes, tales como las de NOx, y para limitar el consumo energético de los hornos de fusión de llama, es posible sustituir el aire, como comburente para la combustión, por un gas rico en oxígeno. Tales hornos se conocen como hornos de llama oxi-combustibles u hornos oxi-combustibles. La combustión por medio de un gas rico en oxígeno se denomina oxi-combustión y los quemadores que funcionan con un gas rico en oxígeno como comburente se denominan oxi-quemadores. En los hornos de fusión oxi-combustibles, la configuración de los quemadores está constituida generalmente por un número de quemadores situados sobre una parte de la longitud del horno y dirigidos perpendicularmente al eje del horno / de la cámara de combustión. La potencia de cada uno de los quemadores se ajusta individualmente, se ajusta por grupo de quemadores, para establecer el perfil térmico deseado en el horno. La potencia total de los quemadores se ajusta en función de la tirada del horno. Se han propuesto otras configuraciones de quemadores. Existen igualmente hornos de fusión denominados de bucle en los que (1) la configuración de los quemadores está constituida por un número muy bajo de quemadores (típicamente uno o dos), dirigidos de manera sustancialmente paralela al eje longitudinal del horno, y (2) la o las aberturas de evacuación de vapores estás posicionadas de manera que crean una o más llamas en forma de bucle. La presente invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento oxi-combustible mejorado para la fusión de materias vitrificables en un horno de capacidad limitada, así como un horno de fusión mejorado de capacidad limitada, apto para ser utilizado en tal procedimiento. La presente invención se refiere más en particular a un procedimiento para la obtención de vidrio fundido por fusión de materias vitrificables en una cámara de fusión. La cámara de fusión está definida por una pared corriente arriba (asimismo denominada aguilón de carga o aguilón trasero, y en inglés: back wall), una pared corriente abajo (asimismo denominada aguilón de salida o aquilón delantero, y en inglés: front wall), paredes laterales, un suelo y una bóveda. La misma tiene una superficie interna inferior o igual a 200 m 2 y su eje longitudinal se extiende entre la pared corriente arriba y la pared corriente abajo. La cámara de fusión incluye una zona corriente arriba por el lado de la pared corriente arriba, y una zona corriente 2 abajo por el lado de la pared corriente abajo. ES 2 365 377 T3 En el procedimiento según la invención, se cargan las materias vitrificables en la zona corriente arriba. Se funden las materias vitrificables con obtención de vidrio fundido proporcionando la energía de fusión a la cámara de fusión. Se evacua el vidrio fundido a la zona corriente abajo. Se proporciona al menos el 70% de la energía de fusión mediante dos oxi-quemadores. Los dos oxi-quemadores desembocan en la cámara de fusión a través de la pared corriente arriba, y están situados a uno y otro lado del plano vertical que comprende el eje longitudinal de la cámara de fusión (es decir, el plano vertical en el que se sitúa el citado eje longitudinal). Para proporcionar este al menos 70% de la energía de fusión, se alimentan los dos oxiquemadores con combustible y comburente, y se inyectan el combustible y el comburente en la cámara de fusión por medio de estos dos oxi-quemadores con el fin de crear dos llamas y vapores. Cada una de las dos llamas presenta un eje de inyección. El comburente es un comburente rico en oxígeno, y en particular un comburente cuyo contenido de oxígeno es de al menos un 70% en volumen. Se evacuan los vapores de la cámara de fusión mediante al menos una abertura de evacuación de vapores. La invención se caracteriza en particular porque los ejes de inyección de las dos llamas se juntan a una distancia d de la pared corriente arriba comprendida entre 1/3 y 1/4 de la longitud L de la cámara de fusión. La superficie interna de la cámara de fusión es, con preferencia, de 10 a 90 m 2 . El comburente tiene con preferencia un contenido de oxígeno de al menos un 80% en volumen. Los dos oxi-quemadores están posicionados, con preferencia, simétricamente a uno y otro lado con relación al plano vertical que comprende el eje longitudinal de la cámara de fusión. Los ejes de inyección de las dos llamas se juntan, con preferencia, a una distancia d de la pared corriente arriba de aproximadamente los 2/3 de la longitud L de la cámara (entre 7/12 y 3/4 de la longitud L de la cámara). Los ejes de inyección de las dos llamas se juntan con preferencia en el plano vertical que comprende el eje longitudinal de la cámara de fusión. Mediante eje de inyección de una llama se entiende la orientación o la dirección inicial de la llama, es decir, a la salida del quemador. El procedimiento que sigue según la invención presenta un número de ventajas. Se ha constatado, en efecto, que en un horno con esa superficie interna, el procedimiento según la invención con la orientación de las dos llamas tal y como se ha descrito en lo que antecede, en particular con ejes de inyección que se juntan en el horno, permite una eficacia mejorada de transferencia térmica hacia la carga, permitiendo así realizar una tirada (en inglés pull rate) más elevada del horno y/o una mejor calidad del vidrio fundido, en particular en lo que se refiere a la homogeneidad de la composición y de la temperatura del vidrio fundido a la salida del horno, o incluso realizar ahorros de combustible. Esta orientación de las dos llamas con un punto de encuentro que crea una zona de combustión a alta temperatura, mejora principalmente el control de los flujos de vidrio bajo fusión en el baño de vidrio, y su homogeneidad. Esta orientación permite igualmente aumentar el tiempo de estancia de los vapores por encima de la carga, mejorando con ello la transferencia térmica hacia la carga, y reducir la temperatura de los vapores a la salida del horno. Debido a que, para una potencia dada, los volúmenes de gases (en particular, el comburente y los vapores) en oxicombustión se reducen considerablemente con relación a los volúmenes de gases en aero-combustión, el riesgo de arrastre de materias vitrificables o de componente de vidrio fundido con la llama y los vapores, vista la orientación de las llamas, se reduce, y con ello, el riesgo de daño de las paredes de la cámara de fusión y de pérdidas de materias vitrificables y/o de componentes. Otra ventaja de la presente invención consiste en que resulta posible proceder a un mantenimiento de uno de los dos quemadores, o de los dispositivos de alimentación de combustible y/o de comburente... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento para la obtención de vidrio fundido por fusión de materias vitrificables en una cámara de fusión definida por una pared corriente arriba, una pared corriente abajo, paredes laterales, un suelo y una bóveda, y que tiene una superficie interior inferior o igual a 200 m 2 , con preferencia de 10 a 90 m 2 , incluyendo la citada cámara una zona corriente arriba por el lado de la pared corriente arriba, una zona corriente abajo por el lado de la pared corriente abajo, y que tiene un eje longitudinal que se extiende entre la pared corriente arriba y la pared corriente abajo, procedimiento en el que: - se cargan las materias vitrificables en la zona corriente arriba, - se funden las materias vitrificables con obtención de vidrio fundido proporcionando energía de fusión a la cámara de fusión, siendo al menos una parte de la energía de fusión proporcionada al alimentar dos oxi-quemadores (7) con combustible y comburente, teniendo el citado comburente un contenido en oxígeno de al menos un 70% en volumen, y con preferencia al menos un 80% en volumen, e inyectando el combustible y el comburente en la cámara de fusión por medio de los dos citados oxi-quemadores (7) con el fin de crear dos llamas que presentan un eje de inyección y vapores, desembocando los dos oxi-quemadores en la cámara de fusión a través de la pared corriente arriba y estando situados a uno y otro lado del plano vertical que comprende el eje longitudinal (X-X) de la cámara de fusión, - se evacua el vidrio fundido a la zona corriente abajo, y - se evacuan los vapores de la cámara de fusión a través de al menos una abertura de evacuación de vapores, y en el que los ejes de inyección de las dos llamas se juntan, con preferencia en el plano vertical que comprende el eje longitudinal (X-X) de la cámara de fusión, a una distancia d de la pared corriente arriba entre 1/3 y 3/4 de la longitud L de la cámara de fusión, con preferencia a alrededor de los 2/3 de la longitud de la cámara de fusión; caracterizado porque al menos el 70% de la energía de fusión es proporcionada por los dos citados oxi-quemadores (7). 2.- Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se transporta al menos una parte de los vapores evacuados hacia medios de recuperación de calor (1, 3, 4) y se precalienta al menos una parte del comburente en los medios de recuperación de calor (1, 3, 4) con anterioridad a su alimentación a los dos oxi-quemadores (7). 3.- Procedimiento según la reivindicación 2, en el que los medios de recuperación de calor (1, 3, 4) incluyen al menos un primer intercambiador de calor (3, 4) situado en el exterior de la cámara de fusión y esencialmente por detrás de la pared corriente arriba. 4.- Procedimiento según la reivindicación 3, en el que se precalienta al menos una parte del comburente por intercambio térmico con un fluido caloportador en el al menos un primer intercambiador de calor (3, 4) con anterioridad a su alimentación a los dos oxi-quemadores (7). 5.- Procedimiento según la reivindicación 4, en el que se calienta el fluido caloportador por intercambio térmico con al menos una parte de los vapores evacuados en al menos un segundo intercambiador de calor (1) situado en las proximidades de la al menos una abertura de evacuación, y se arrastra el fluido caloportador calentado hacia el al menos un primer intercambiador de calor (3, 4) situado por detrás de la pared corriente arriba para el precalentamiento de al menos una parte de dicho comburente y eventualmente de al menos una parte de dicho combustible. 6.- Procedimiento según la reivindicación 4, en el que se arrastra al menos una parte de los vapores evacuados hacia al menos un segundo intercambiador de calor situado en las proximidades de la pared corriente arriba, se calienta el fluido caloportador por intercambio térmico con la al menos una parte de los vapores evacuados en el al menos un segundo intercambiador de calor, se arrastra el fluido caloportador calentado hacia el al menos un primer intercambiador de calor (3, 4) situado por detrás de la pared corriente arriba para el precalentamiento de al menos una parte de dicho comburente y eventualmente una parte de dicho combustible. 7.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los dos oxi-quemadores (7) están posicionados simétricamente a uno y otro lado con relación al plano vertical que comprende el eje longitudinal (X-X) de la cámara de fusión. 8.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el comburente tiene un contenido de oxígeno de al menos un 85% en volumen, con preferencia al menos un 90% en volumen, y aún con más preferencia de al menos un 95% en volumen. 9.- Horno de fusión de materias vitrificables, que incluye: ES 2 365 377 T3 9 - una cámara de fusión definida por una pared corriente arriba, una pared corriente abajo, paredes laterales, un suelo y una bóveda, y que incluye una zona corriente arriba por el lado de la pared corriente arriba y una zona corriente abajo por el lado de la pared corriente abajo, incluyendo la citada cámara de fusión una superficie inferior o igual a 200 m 2 , y con preferencia de 10 a 90 m 2 , y que tiene un eje longitudinal que se extiende entre la pared corriente arriba y la pared corriente abajo, - al menos una abertura de carga de materias vitrificables situada en la zona corriente arriba, - al menos una abertura de salida de vidrio fundido situada en la zona corriente abajo, - al menos una abertura de evacuación de vapores, y - dos oxi-quemadores (7) que desembocan en la cámara de fusión a través de la pared corriente arriba y situados a uno y otro lado del plano vertical que comprende el eje longitudinal (X-X) de la cámara de fusión, estando cada oxiquemador (7) equipado con medios de alimentación de comburente y medios de alimentación de combustible; incluyendo los dos oxi-quemadores inyectores de comburente e inyectores de combustible de manera que se pueden formar dos llamas en la cámara de fusión según ejes de inyección que se juntan, con preferencia, en el plano vertical que comprende el eje longitudinal de la cámara de fusión, a una distancia d de la pared corriente arriba de entre 1/3 y 3/4 de la longitud de la cámara, con preferencia de alrededor de los 2/3 de la longitud de la cámara, estando el citado horno caracterizado porque los dos oxi-quemadores (7) están capacitados para proporcionar al menos un 70% de la energía a la cámara de fusión. 10.- Horno según la reivindicación 9, en el que los dos oxi-quemadores (7) están posicionados simétricamente a uno y otro lado con relación al plano vertical que comprende el eje longitudinal (X-X) de la cámara de fusión. 11.- Horno según una de las reivindicaciones 9 y 10, en el que los medios de alimentación de comburente están conectados a una fuente de comburente que tiene un contenido de oxígeno de al menos un 70% en volumen, con preferencia superior a un 80%, incluso más preferentemente superior a un 85% en volumen, y más preferentemente aún de al menos un 90% en volumen. 12.- Horno según una de las reivindicaciones 9 a 11, que incluye medios (1, 3, 4) para la recuperación de calor desde los vapores evacuados, incluyendo los citados medios (1, 3, 4) para la recuperación de calor desde los vapores evacuados al menos un primer intercambiador de calor (3, 4), estando el citado al menos un primer intercambiador de calor (3, 4) situado en el exterior de la cámara y esencialmente por detrás de la pared corriente arriba. 13.- Horno según la reivindicación 12, en el que los medios de alimentación de comburente están conectados a dicho al menos un primer intercambiador de calor (3) de manera que permiten el precalentamiento de al menos una parte del comburente por intercambio térmico con un fluido caloportador. 14.- Horno según la reivindicación 13, que incluye: - al menos un segundo intercambiador de calor (1) situado en las proximidades de la al menos una abertura de evacuación de vapores para el calentamiento de un fluido caloportador por intercambio térmico con al menos una parte de los vapores evacuados, - conductos (2) que permiten arrastrar el fluido caloportador calentado hacia el al menos un primer intercambiador de calor (3, 4) situado por detrás de la pared corriente arriba. 15.- Horno según la reivindicación 13, que incluye: ES 2 365 377 T3 - al menos un segundo intercambiador de calor situado en las proximidades de la pared corriente arriba, para el calentamiento de un fluido caloportador por intercambio térmico con al menos una parte de los vapores evacuados, - conductos que permiten arrastrar la al menos una parte de los vapores evacuados desde la abertura de evacuación hacia el al menos un segundo intercambiador de calor, - conductos que permiten arrastrar el fluido caloportador calentado hacia el al menos un primer intercambiador de calor (3, 4) situado por detrás de la pared corriente arriba. 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