Método de calentamiento asistido en un horno de fundición de vidrio utilizando un quemador de combustible y oxígeno montado en el techo.

Un método para fundir una carga de materia prima en un horno de vidrio que tiene regeneradores,

recuperadores y/o sobrealimentación eléctrica, teniendo dicho horno paredes laterales, una pared posterior, una pared anterior y un techo, que comprende generar una llama a partir de al menos un quemador de combustible y oxígeno montado en el techo del horno sobre dicha carga de materia prima, siendo gaseoso el combustible proporcionado al quemador, teniendo dicha llama una velocidad suficiente para maximizar la transferencia de calor desde dicha llama a dicha carga de materia prima sin alterar sustancialmente dicha carga de materia prima.

Método para aumentar el calentamiento en un horno de fusión de vidrio que utiliza un quemador de combustible y oxígeno montado en el techo.

La invención se refiere al uso de al menos un quemador de combustible y oxígeno en el techo de un horno de fundición de vidrio para sobrealimentar la capacidad de producción o mantener la capacidad de producción de corriente con la reducción del sobrealimentador eléctrico o como resultado del deterioro del equipo de recuperación de calor existente tal como recuperadores o regeneradores. El proceso implica la sustitución de una porción de la capacidad de aire combustible existente o previamente existente o la capacidad de energía eléctrica con energía de combustible y oxígeno. Con la excepción de hornos de recuperación calentados por un extremo y hornos eléctricos el proceso implica el bloqueo de puertos de regeneración o aislamientos de quemadores de recuperación. En particular la selección del diseño, colocación en ángulo y posicionamiento de los quemadores sobre la carga de materia prima que entra al horno mejora la velocidad de fusión, aumenta el rendimiento del producto, mejora la eficacia de energía y mejora la calidad del vidrio. El control preciso de la relación estequiométrica de combustión en el quemador, interacción de la propensión abundante de quemadores y graduación oxígeno/combustible zonal del horno se usan para optimizar la transferencia de calor al tiempo que minimizan las emisiones de óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre.

Los hornos de recuperación, de regeneración, eléctricos y de inyección directa han sido comúnmente implicados en la fabricación de vidrio y productos de frita afines.

Los hornos de recuperación de combustible y aire forman dos categorías: de fuego cruzado y caldeados por un extremo. Los hornos de recuperación de fuego cruzado tienen múltiples puertos típicamente tres a ocho en cada lado del horno que se conectan a un regenerador compartimentado o común para precalentar el aire de combustión. Los regeneradores que se presentan en diversas formas y tamaños cambian de marcha cada 15-30 minutos dependiendo del funcionamiento del horno. Durante cada ciclo de cambio de marcha el aire de combustión procedente de un ventilador que pasa a través de un conducto en la válvula inversora entra en la base del regenerador en un lado del horno y se precaliente antes de entrar en los puertos que se conectan al horno. El combustible en la forma de aceite y/o gas se inyecta bajo, por encima, a través o en el lado del puerto para producir una llama que se quema en el horno de fusión del vidrio. Los productos calientes de la combustión salen del horno a través del puerto lateral opuesto, hacia abajo a través de los ladrillos del recuperador liberando calor y entonces saliendo a la torre de escape a través de un segundo pasadizo en la válvula inversora. A medida que el regenerador lateral de aire enfría, el regenerador de escape se calienta hasta que la válvula inversora cambia de marcha y el aire de combustión entra en el regenerador de escape previamente caliente.

El vidrio se derrite parcialmente debido a la radiación de la llama de combustible y aire aunque principalmente a partir de la radiación secundaria del techo y paredes que se calientan por los productos de combustión. Para obtener una capacidad de producción de vidrio del horno más elevada, muchos hornos utilizan la sobrealimentación eléctrica por medio de electrodos inmersos en el vidrio. Esto no es rentable y puede ocasionar daño a las paredes del depósito en contacto con el vidrio. A través del tiempo, los recuperadores se pueden comenzar a bloquear debido al daño estructural/térmico y/o transporte de los materiales que forman el vidrio bruto, también conocidos como materiales de carga o carga, o condensación de especies volátiles liberadas de la carga de vidrio. A medida que los recuperadores comienzan a bloquearse o fallar, se reducirá la temperatura de precalentamiento del aire en el horno. Debido al aumento de la caída de presión, el lado de escape limitará la retirada de los gases de escape y por lo tanto limitará la entrada de energía dentro del horno reduciendo de este modo la producción de vidrio del horno.

Para recuperar la pérdida de capacidad de producción al nivel precedente del regenerador o para aumentar la producción en un horno no afectado, se ha usado el oxígeno mediante cuatro mecanismos: enriquecimiento de aire general con oxígeno, soplado del oxígeno específico bajo las llamas del puerto, instalación de un quemador de combustible y oxígeno entre el primer puerto y que carga la pared extrema, y quemadores de combustible y oxígeno enfriados con agua instalados a través del puerto. Los incrementos de capacidad a partir de estas tecnologías se limitan por acceso, requerimientos de proceso o límites de temperatura refractaria.

El horno de recuperación caldeado por un extremo es similar en funcionamiento a un horno de quemadores de fuego cruzado, sin embargo, tiene sólo dos puertos en la pared extrema que conectan con regeneradores individuales. El deterioro del regenerador consiste en el mismo mecanismo que en los hornos de fuego cruzado y asimismo se utiliza la sobrealimentación de oxígeno y electricidad.

Para recuperar la pérdida de capacidad de producción del nivel del regenerador antes mencionado o el incremento de producción se ha usado el oxigeno mediante tres mecanismos: enriquecimiento de aire general con oxígeno, soplado de oxígeno específico bajo el puerto e instalación de quemadores de combustible y oxígeno a través del depósito dirigido hacia abajo de las paredes laterales del horno. Estas tecnologías son típicamente limitadas en capacidad debido a la localización y son de interés para sobrecalentamiento del horno.

El horno de recuperación utiliza al menos un intercambiador de calor tipo recuperador. A diferencia del regenerador, el recuperador es continuo con intercambiador de calor de flujo simultáneo caliente en el que el aire de combustión precalentado de los gases de escape se conduce a quemadores de combustible y aire individuales a lo largo de los lados del horno. Los hornos pueden también usar la sobrealimentación eléctrica. Como con los hornos de recuperación, los recuperadores pueden comenzar a perder su eficacia y capacidad para precalentar el aire. Se pueden bloquear o también desarrollar orificios.

Para recuperar la pérdida de capacidad de producción a partir de emisiones de los niveles del recuperador antes mencionado o para incrementar la producción, se ha usado el oxígeno mediante tres mecanismos: enriquecimiento de aire general con oxígeno, oxígeno especifico soplado bajo los quemadores de combustible y aire e instalación de quemadores de combustible y oxígeno a través de las paredes laterales y extremas del horno. Estas tecnologías están típicamente limitadas en capacidad debido a las restricciones de localización y son de interés para sobrecalentamiento del horno.

Los hornos de inyección directa no utilizan aire precalentado y son por lo tanto menos eficaces que los ejemplos precedentes de diseño de horno. Para mejorar la eficacia térmica o incrementar la capacidad de producción, los quemadores de combustible y oxígeno de la pared lateral han sustituido los quemadores de combustible y aire.

Los hornos eléctricos u hornos que utilizan electricidad para la mayoría de la fusión son típicamente poco rentables para funcionar y están sujetos a una vida más corta de campaña que los hornos típicos de combustibles fósiles. Una vez diseñado es difícil incrementar la capacidad de producción. Esta invención se refiere a hornos eléctricos de mazarota caliente y templada y no a hornos de mazarota fría.

El documento US-A-5.139.558 describe el uso de un quemador encendido con oxígeno secundario montado en el techo de momento elevado en un horno de fusión de vidrio el cual está dirigido a la interfaz del vidrio sólido y fundido que forma los ingredientes con lo cual el vidrio sólido que forma los ingredientes evita mecánicamente que se escapen de la zona de fusión.

El documento US-A-3.337.324 describe un proceso para fundir el material de carga en un horno de vidrio que usa un quemador posicionado para encender sustancialmente por debajo sobre el extremo de alimentación de un horno enfriado con agua.

El documento WO-A-9931021 describe el uso de quemadores montados en el techo como la fuente principal de calor en un horno de fusión de vidrio que no tiene regeneradores o recuperadores.

1. Un método para fundir una carga de materia prima en un horno de vidrio que tiene regeneradores, recuperadores y/o sobrealimentación eléctrica, teniendo dicho horno paredes laterales, una pared posterior, una pared anterior y un techo, que comprende generar una llama a partir de al menos un quemador de combustible y oxígeno montado en el techo del horno sobre dicha carga de materia prima, siendo gaseoso el combustible proporcionado al quemador, teniendo dicha llama una velocidad suficiente para maximizar la transferencia de calor desde dicha llama a dicha carga de materia prima sin alterar sustancialmente dicha carga de materia prima.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que la etapa de generar dicha llama incluye la etapa de controlar la velocidad de dicha llama de modo que sea menor que aproximadamente 30 metros por segundo cerca de la superficie de dicha carga de materia prima.

3. Un método según la reivindicación 2, en el que la velocidad de dicha llama es controlada de modo que sea menor que aproximadamente 25 metros por segundo cerca de la superficie de dicha carga de materia prima.

4. Un método según la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que la velocidad de dicha llama es controlada de modo que sea menor que aproximadamente 21,1 metros por segundo cerca de la superficie de dicha carga de materia prima.

5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se genera la llama para recuperar la producción perdida debido al bloqueo de los regeneradores y/o recuperadores.

6. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el quemador de combustible y oxígeno está posicionado dentro de un bloque de quemador y es retranqueado en una distancia entre 76 mm y 447 mm.

7. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además proporcionar oxígeno adicional a partir de al menos un inyector de oxígeno montado en el techo de dicho horno para completar la combustión en o cerca de la superficie de dicha carga de materia prima.

8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el quemador de combustible y oxígeno está montado en un bloque de quemador y la etapa de generar dicha llama da como resultado una llama que tiene una longitud de al menos la distancia desde la parte inferior del bloque de quemador a la superficie de la carga de materia prima.

9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la llama se dirige perpendicular a la superficie de la carga de materia prima.