Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida.

Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida.

La presente invención se refiere a un aparato (1) para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta. El aparato comprende un horno rotatorio (10), un precalcinador (12), y un precalentador de suspensión adaptado para calentar la mezcla bruta a través de un intercambio de calor con los humos de combustión que se generan en el horno rotatorio (10). Dicho precalentador comprende un par de separadores de ciclón (30, 40) conectados mediante una tubería de alimentación y de calentamiento (42) que comprende por lo menos una sección de carga (42) para la mezcla bruta. El precalentador también comprende un filtro electrostático (450) conectado con uno de los dos separadores y que comprende una sección de salida de mezcla bruta conectada con la sección de carga (42'). Los dos separadores (30, 40) se disponen a la misma altura, definiendo un primer plano de referencia horizontal (101). Además, esta tubería (32) se desarrolla en parte por encima de este primer plano (101) y en parte por debajo del plano del mismo para definir respectivamente, un punto de máxima altura (71) y un punto de mínima altura (72) para la tubería del mismo. Además, la sección de carga (42') de la mezcla bruta se dispone por debajo del primer plano (101).

Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida 5

Campo de la invención La presente invención se encuentra dentro de la fabricación de plantas para la producción de conglomerantes hidráulicos. Con mayor precisión, la presente invención se refiere a un aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador de suspensión con una altura vertical limitada, es decir, un impacto ambiental reducido.

Estado de la técnica Tal como se sabe, el cemento es un conglomerante hidráulico que se usa para unir materiales inertes sólidos tales como arena y grava, para formar hormigón y mortero, es decir, los componentes básicos para la construcción de edificios.

A una escala industrial, el cemento se fabrica mediante mezclado y trituración de clínker y yeso, posiblemente con correctores tal como caliza, escoria y puzolana. En la actualidad, el “clínker” se obtiene normalmente a través de una tecnología denominada “proceso en seco” que representa el producto de cocción a alta temperatura de una mezcla de materiales en bruto que consiste principalmente en caliza (carbonato de calcio) y arcilla (sílice, alúmina, óxidos de hierro, además de agua de cristalización) . Los materiales en bruto se mezclan en el estado sólido en las proporciones deseadas y a continuación se trituran finamente hasta que se obtiene un polvo homogéneo que se denomina “mezcla bruta” (o mezcla en bruto) . Para los objetos de la presente invención, ha de entenderse que la expresión “mezcla bruta”, o “mezcla en bruto”, por lo tanto, es el polvo homogéneo que se usa como material de partida para la producción de clínker.

La mezcla bruta, una vez se ha pulverizado y secado en un molino especial, se añade a un precalentador/ calcinador y posteriormente se transforma en clínker mediante cocción a una temperatura de aproximadamente 1.450 ºC en un horno rotatorio que consiste esencialmente en un cilindro rotatorio inclinado. Durante el tratamiento térmico en el horno rotatorio, la mezcla bruta reacciona para formar silicatos y aluminatos de calcio (reacción de clinkerización) los cuales son los constituyentes principales del clínker.

En las plantas de producción de clínker que se conocen a partir del estado de la técnica, la mezcla bruta, antes de alimentarse al horno rotatorio, se somete a un precalentamiento y, si fuera necesario, a un tratamiento de precalcinación. Una de las técnicas de precalentamiento que más se usan actualmente se basa en el uso de un así denominado “precalentador de suspensión” o “precalentador de múltiples fases de ciclones” (a continuación en el presente documento simplemente “precalentador”) que consiste en una torre de ciclones en la que cada fase de precalentamiento tiene lugar en uno o más separadores de ciclón. En cada fase de precalentamiento, la mezcla bruta se dispersa en primer lugar en un conducto vertical en la corriente gaseosa y se separa a continuación por efecto centrífugo en un separador de ciclón de gran diámetro (8-9 metros) . Este conducto vertical esencialmente constituye una fase de calentamiento del precalentador.

La figura 1 es una vista esquemática en relación con un precalentador de múltiples fases que se conoce a partir del estado de la técnica. Este precalentador es de hecho similar a un intercambiador de calor que funciona a contracorriente en el que la mezcla bruta que va a calentarse cae por gravedad de arriba abajo, mientras que los humos calientes producidos en el horno rotatorio retroceden hasta la parte de arriba del precalentador. El precalentador que se muestra de forma esquemática en la figura 1 comprende cuatro fases de calentamiento. No obstante, el número de estas fases puede variar dependiendo de las aplicaciones.

El precalentador que se ilustra en la figura 1 comprende, por ejemplo, un calentamiento de primera fase definido usualmente por un par de primeros separadores de ciclón 301 de entrada alimentados por una primera sección de alimentación (que se indica con la referencia 401) . Esta última se ve atravesada por la salida de humos a partir de 55 un segundo separador de ciclón 302 de una segunda fase de precalentamiento. La mezcla bruta se introduce en el primer conducto 401 de tal modo que la misma sólo se mezcla con los humos de entrada a partir del segundo separador 302. Este primer conducto 401 se divide usualmente en dos ramas, dirigida cada una hacia la entrada de uno de los primeros ciclones de la primera fase de precalentamiento. Estos primeros separadores 301 llevan a cabo a continuación una primera separación entre la mezcla bruta precalentada y los humos. En particular, cada uno de los primeros separadores 301 comprende una sección de salida de mezcla bruta y una sección de salida de humos. En particular, la salida de humos a partir de los primeros separadores 301 se usa a continuación en la planta de trituración/ secado de mezcla bruta antes de emitirse a la atmósfera después de la eliminación del polvo.

La salida de mezcla bruta a partir de los primeros separadores 301 se introduce en un segundo conducto 402 que 65 conecta la salida de un tercer separador 303 con la alimentación del segundo separador 302 que se encuentra a una mayor altura. La salida de mezcla bruta a partir de este último se introduce posteriormente por gravedad en un tercer conducto 403 que conecta un cuarto separador 304 con el tercer separador 303 que se encuentra a una altura intermedia entre el segundo separador 302 y el cuarto separador 303. La salida de mezcla bruta a partir del tercer separador 303 se inserta en un cuarto conducto 404 que conecta el cuarto separador 304 en la salida del horno rotatorio 500 que va a devolverse posteriormente al cuarto separador 304. Dentro de este último, la mezcla bruta se separa definitivamente de los humos y se conduce al interior del horno rotatorio 500 para experimentar una transformación en clínker.

El número de fases de precalentamiento se determina por la humedad de los materiales en bruto que van a secarse en la planta de trituración/ secado, la cual usa, en efecto, estos gases y, por lo tanto, la cantidad de energía térmica asociada a los mismos, después de que estos hayan dejado el precalentador de la misma. En particular, en presencia de una alta humedad de los materiales en bruto, es necesaria de hecho una mayor cantidad de calor para el secado y, por lo tanto, habrá unos precalentadores con sólo cuatro fases. En presencia de unas humedades intermedias, se preparan unos precalentadores de cinco fases en su lugar, mientras que en presencia de materiales en bruto con unas humedades bajas se usan unos precalentadores de seis fases.

La elección de los materiales en bruto con un bajo contenido en humedad y el diseño cuidadoso de los ciclones y conductos verticales que forman las diferentes fases de calentamiento dan como resultado que actualmente sea usual fabricar unos precalentadores de cinco e incluso de seis fases, con unos conductos verticales de conexión lo bastante larga para aumentar el tiempo de contacto y, por lo tanto, el intercambio de calor entre el gas y el material y, por último, la eficiencia térmica global del proceso.

Además, la capacidad de producción nominal de los hornos de cemento ha aumentado en los últimos años de forma significativa, ascendiendo de las 1.000 a 2.000 tpd (toneladas por día) de clínker, típicas de los años setenta, hasta las 5.000 a 7.000 tpd típicas de los proyectos más recientes. Esta tendencia ha dado como resultado un aumento en el tamaño físico de los precalentadores con unas secciones de conducto y alturas de ciclón ampliadas de forma proporcional. De la totalidad de lo anterior, resulta que los precalentadores de suspensión, que en el pasado tenían unas alturas de 60 a 80 m, ahora superan normalmente los 120 m en cuanto a la altura e incluso alcanzan hasta de 140 a 150 m.

La considerable altura de los precalentadores determina un problema de impacto visual ambiental importante, del que no se había oído hablar anteriormente, debido a que las alturas de los precalentadores, mucho más restringidas, no se desviaban en gran medida con respecto a los silos de depósito más altos (de 40 a 60 m) . Actualmente, en su lugar, la torre de precalentador se eleva por encima de la fábrica de cemento, pasando a ser un elemento característico del paisaje, visible a grandes distancias. A tal efecto, la creciente sensibilidad frente a las cuestiones ambientales hace incluso más difícil, por lo tanto, obtener los necesarios permisos de edificación del gobierno local.

Tal como se indica anteriormente, la altura de un...

1. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta, comprendiendo dicho aparato (1) un horno rotatorio (10) y un precalcinador (12) en comunicación con dicho horno rotatorio (10) con el fin de que lo atraviesen los humos de combustión generados en dicho horno rotatorio (10) , comprendiendo dicho precalcinador (12) una sección de entrada de humos (12’) que define un plano base de referencia sustancialmente horizontal (100) , comprendiendo dicho aparato (1) un precalentador de suspensión adaptado para calentar dicha mezcla bruta por intercambio de calor con dichos humos de combustión que salen de dicho precalcinador (12) , comprendiendo dicho precalentador:

-un primer separador de ciclón (30) , que comprende una sección de alimentación (31’) , una sección de salida de humos (31’’) y una sección de salida de mezcla bruta (31’’’) ,

-por lo menos un filtro electrostático de separación (450) de dicha mezcla bruta a partir de dichos humos dispuesto por debajo de dicho primer separador (30) , comprendiendo dicho filtro electrostático

(450) una sección de alimentación (11’) , una sección de salida de humos (11’’) y por lo menos una primera sección de salida de mezcla bruta (11’’’) ;

-una primera tubería de alimentación y de calentamiento (32) que conecta dicha sección de alimentación (11’) de dicho filtro electrostático (450) con dicha sección de salida de humos (31’’) de dicho primer separador (30) , comprendiendo dicha primera tubería (32) una primera sección de carga de mezcla bruta (32’) ;

-por lo menos un segundo separador de ciclón (40) , que comprende una sección de alimentación (41’) , una sección de salida de humos (41’’) y una sección de salida de mezcla bruta (41’’’) ,

-una segunda tubería de alimentación y de calentamiento (42) que conecta dicha sección de salida de humos (41’’) de dicho separador (40) con dicha sección de alimentación (31’) de dicho primer separador (30) , comprendiendo dicha segunda tubería (42) una segunda sección de carga (42’) de dicha mezcla bruta;

-unos medios de alimentación de mezcla bruta operativos para mover dicha mezcla bruta desde dicha por lo menos una sección de salida (11’’’) de dicho filtro electrostático (450) hasta dicha segunda sección de carga (42’) de dicha segunda tubería (42) , caracterizado por que dicho primer separador (30) y dicho segundo separador (40) se disponen sustancialmente a la misma altura con respecto a dicho plano base de referencia (100) de tal modo que las respectivas secciones de salida de humos (31’, 41') definen un primer plano de referencia sustancialmente horizontal (101) y dicha segunda tubería (42) tiene una primera parte (33’) que se desarrolla por debajo de dicho primer plano (101) y una segunda parte (33’’) que se desarrolla por encima de dicho primer plano (101) con el fin de definir un punto de máxima altura (71) y un punto de mínima altura (72) , respectivamente, de dicha segunda tubería (42) , definiendo dicha primera parte (33’) de dicha segunda tubería (42) dicha segunda sección de carga (42’) .

2. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho primer separador (30) tiene una altura sustancialmente equivalente a la de dicho segundo separador (40) de tal modo que la sección de salida (31’’’) de dicho primer separador (30) y la sección de salida (41’’’) de dicho segundo separador

(40) se disponen sustancialmente sobre un segundo plano de referencia horizontal (102) por debajo de dicho primer plano (101) , desarrollándose dicha segunda parte (33") de dicha segunda tubería (42) de tal modo que dicho punto de mínima altura (72) se encuentra por debajo de dicho segundo plano (102) .

3. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha primera parte (33’) de dicha segunda tubería (42) define dicha segunda sección de carga (42’) por debajo de dicho segundo plano (102) .

4. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha primera parte (33’) tiene sustancialmente forma de U y en comunicación con dicha sección de alimentación (31’) de dicho primer separador (30) y en el que dicha segunda parte (33’’) tiene esencialmente forma de U invertida y en comunicación en un primer lado con dicha primera parte (33’) y en un segundo lado con dicha sección de salida de humos (41’’) de dicho segundo separador (40) .

5. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha segunda tubería (42) comprende una parte de ajuste (34) , curvada por lo menos en parte, conectada en un lado con dicha sección de alimentación (31’) de dicho primer separador (30) y en el otro con dicha primera parte sustancialmente en forma de U (33’) , comprendiendo dicha segunda tubería (42) una parte central rectilínea (35) que conecta dicha primera parte (33’) con dicha segunda parte (33’’) .

6. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho

precalentador comprende:

-un tercer separador de ciclón (50) que comprende una sección de alimentación (51’) , una sección de salida de humos (51’’) y una sección de salida de mezcla bruta (51’’’) , estando dispuesto dicho tercer separador (50) en una posición de tal modo que dicha sección de salida (51’’) de dicho tercer separador

(50) define un tercer plano de referencia sustancialmente horizontal (103) por debajo de dicho primer plano de referencia (101) ,

-una tercera tubería de alimentación y de calentamiento (52) que conecta dicha sección de salida de humos (51’’) de dicho tercer separador (50) con dicha sección de alimentación (41’) de dicho segundo separador (40) , comprendiendo dicha tercera tubería (52) una tercera sección de carga (52’) conectada con dicha sección de salida de mezcla bruta (31’’’) de dicho primer separador (30) por medio de una primera tubería de alimentación (39) .

7. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho precalentador comprende:

-un cuarto separador de ciclón (60) que comprende una sección de alimentación (61’) , una sección de salida de humos (61’’) y una sección de salida de mezcla bruta (61’’’) , estando dispuesto dicho cuarto separador (60) en una posición de tal modo que dicha sección de salida (61’’) de dicho cuarto separador (60) se encuentra sustancialmente sobre dicho tercer plano de referencia (103) ;

-una cuarta tubería de alimentación y de calentamiento (62) que conecta dicha sección de salida de humos (61’’) de dicho cuarto separador (60) con dicha sección de alimentación (51’) de dicho tercer separador (50) , comprendiendo dicha cuarta tubería (62) una cuarta sección de carga (62’) conectada con dicha sección de salida de mezcla bruta (41’’’) de dicho segundo separador (40) por medio de una segunda tubería de alimentación (39’) ;

-una quinta tubería de alimentación y de calentamiento (93) que conecta dicha sección de alimentación (61’) de dicho cuarto separador (60) con una sección de salida (12’’) de dicho precalcinador (12) .

8. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que dicha cuarta tubería de alimentación y de calentamiento (62) comprende una primera parte sustancialmente en forma de U invertida (64’) que se desarrolla por encima de dicho tercer plano (103) y una segunda parte de ajuste (64’’) que conecta dicha primera parte en forma de U (64’) con dicha sección de alimentación (51’) de dicho tercer separador (50) .

9. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que dicha sección de salida (12’’) de dicho precalcinador (12) identifica un cuarto plano de referencia sustancialmente horizontal (104) por encima de dicho tercer plano (103) , comprendiendo dicha quinta tubería (93) :

-una primera parte de extremo (82’) conectada con dicha sección de salida (12’’) de dicho precalcinador (12) , desarrollándose dicha primera parte (82’) por encima de dicho cuarto plano (104) de acuerdo con una estructura esencialmente en forma de U invertida;

-una parte central rectilínea (82’’) que se desarrolla en vertical desde dicha primera parte (82’) hasta una altura cercana a la de dicho tercer plano (103) ;

-una segunda parte de extremo (82’’’) que conecta dicha parte central (82’’) con dicha sección de alimentación (61’) de dicho cuarto separador (60) .

10. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dichos medios de alimentación comprenden:

-por lo menos una tubería de alimentación (70) que conecta de forma operativa dicha sección de salida (11’’) de dicho filtro electrostático (450) con dicha segunda sección de carga (42’) de dicha segunda tubería (42) ,

-un dispositivo de propulsión (77) para imprimir a dicha mezcla bruta un empuje suficiente para superar la diferencia de nivel entre dicha sección de salida (11’’’) de dicho filtro electrostático (450) y dicha segunda sección de carga (42’) de dicha segunda tubería (42) .

11. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicha primera parte (33’) de dicha segunda tubería (42) se desarrolla por debajo de dicho primer plano (101) de tal modo que dicho punto de mínima altura (72) se encuentra por debajo de dicho tercer plano de referencia (103) .

12. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en el que dicha primera tubería (32) comprende:

-una primera parte (23’) que tiene una forma de U invertida que se desarrolla por encima de dicho primer plano de referencia (101) ;

-una segunda parte rectilínea (23’’) , conectada con dicha primera parte (23’) , que se desarrolla

hasta una posición cercana a la de dicha sección de alimentación (11’) de dicho filtro electrostático (450) ;

-una parte de ajuste (23’’’) que conecta dicha parte rectilínea (23’’) con dicha sección de alimentación (11’) de dicho filtro electrostático (450) .

13. Aparato para la producción de clínker partiendo de mezcla bruta que comprende un precalentador a una altura restringida (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicha primera sección de carga (32’) de dicha primera tubería (32) se define sobre dicha segunda parte rectilínea (23’’) en su posición cerca de dicho primer plano (101) .