ES2272278T3 - Horno industrial con quemador tubular. - Google Patents
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Abstract
Un horno industrial que tiene un quemador tubular, en el que el quemador a) comprende una parte terminal interior (1a) que se proyecta hacia una cámara de combustión (7) del horno (2), a cuya cámara de combustión (7) se suministra aire de combustión secundario (6) y b) una pluralidad de paredes de tubo (10, 11, 12) dispuestas coaxialmente unas dentro de otras y espaciadas de forma radial unas de otras que definen una pluralidad de conductos de alimentación independientes (13, 14) de sección transversal aproximadamente anular para gas de combustión (9) y combustible (8), en el que c) en el extremo delantero (14c), que apunta hacia la cámara de combustión (7), de al menos un conducto de alimentación (14) construido para suministrar gas de combustión (9), hay un número de toberas individuales (16) dispuestas en una distribución aproximadamente anular, caracterizado porque d) observando la sección transversal de la parte del extremo del quemador interior (1a), al menos el conducto de alimentación anular más exterior está construido como conducto de alimentación de combustible (13) y el conducto de alimentación de gas de combustión (14) suministrado con las toberas individuales (16) está dispuesto de forma radial dentro de ese conducto de alimentación de combustible (13).
Description
Horno industrial con quemador tubular.
La presente invención se refiere a un horno
industrial que tiene un quemador tubular, de acuerdo con el
preámbulo de la reivindicación 1.
Un campo de aplicación especialmente preferido
para tal horno industrial es el de las plantas de tratamiento
térmico para materiales minerales, por ejemplo hornos y sistemas de
hornos para el tratamiento término o el quemado de clínker de
cemento, cal, menas y similares, en los que los hornos industriales
y los sistemas de hornos industriales que se tienen especialmente
en cuenta son crisoles tubulares giratorios, hornos de calcinación
o instalaciones de calcinación, etc.
Es precisamente en hornos industriales del tipo
mencionado previamente en los que es importante que el proceso de
combustión pueda influirse por la configuración y el modo de
funcionamiento del quemador con el fin de poder realizar las tareas
de procesamiento en tales hornos industriales y sistemas de hornos
de una manera adecuada, por ejemplo, para las propiedades de la
materia prima determinada, las características de calidad deseadas
del producto objeto de producción, los diferentes tipos de
combustible, etc. Además, en esos procesos, es necesario cumplir
con los valores de emisiones especificados para tales hornos
industriales, por ejemplo en lo que respecta al dióxido de carbono
y al óxido de nitrógeno, mientras que al mismo tiempo el quemador
asociado, y con ello también el horno correspondiente, deberá
utilizarse de forma económica con el máximo rendimiento energético.
Para este fin, se hace lo posible para desarrollar una llama óptima
por medio del quemador de la cámara de combustión del horno
mediante la realización de una mezcla favorable del aire de
combustión entrante o el gas de combustión entrante con el
combustible entrante.
Por lo tanto, ya se han conocido distintas
construcciones de quemadores (por ejemplo de los documentos
DE-A-4319363 y
DE-A-19648981) en las que una
pluralidad de paredes de tubo dispuestas coaxialmente definen una
pluralidad de conductos de alimentación independientes con una
sección transversal aproximadamente anular para el gas de
combustión o el aire de combustión y el combustible. En estos casos,
en el extremo del quemador del conducto de alimentación anular
exterior destinado para el suministro de gas de combustión, cuyo
extremo descarga en la cámara de combustión, hay dispuestas toberas
individuales en una distribución aproximadamente anular y dichas
toberas rodean un conducto de alimentación de combustible colocado
en el interior de ese conducto de alimentación de gas de combustión
y que están destinadas a garantizar la mezcla de combustible
entrante y gas de combustión al poderse ajustar en su dirección de
descarga radial y/o tangencial. La experiencia práctica ha
demostrado, sin embargo, que la mezcla correcta deseada de gas de
combustión o aire de combustión y combustible puede lograrse
solamente en un grado muy inadecuado. En este proceso, en particular
el aire de combustión secundario (aire secundario), que es
introducido en la cámara de combustión por separado y que fluye
hacia ella por la región periférica exterior del quemador, se
incorpora en la mayoría de los casos de forma insuficiente a esa
combinación de gas de combustión/aire de
combustión y combustible.
combustión y combustible.
La solicitud de patente anterior
EP-A-0974552 se refiere a un
quemador para la oxidación parcial de sulfuro de hidrógeno para la
formación de vapor de azufre. El quemador tiene una pluralidad de
paredes de tubo dispuestas coaxialmente unas dentro de otras y
espaciadas de forma radial entre sí lo que define una pluralidad de
conductos de alimentación independientes de sección transversal
aproximadamente anular para gas de combustión con sulfuro de
hidrógeno. El conducto de alimentación anular más exterior está
destinado para combustible que contiene hidrógeno sulfurado. La
región de salida del quemador está dispuesta en un orificio de la
cámara de combustión, con otro conducto anular para el suministro
de aire de combustión que se forma en la región de salida del
quemador y el orificio de la cámara de combustión.
El problema subyacente de la invención es, por
lo tanto, mejorar un horno industrial que tiene un quemador tubular
de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de tal modo que
la combinación de combustible en el gas de combustión en su
conjunto o en el aire de combustión en su conjunto, y con ello todo
el proceso de combustión (ignición, quemado de los combustibles,
formación de NO_{x} y la forma y la longitud de la llama) puedan
influenciarse de forma óptima.
Ese problema se soluciona de acuerdo con la
invención mediante la parte caracterizadora de la reivindicación
1.
Las formas de realización ventajosas de la
invención se indican en las reivindicaciones subordinadas.
En el caso del horno industrial de acuerdo con
la invención que tiene un quemador tubular, que mira a la sección
transversal de la tobera del quemador interior, el conducto de
alimentación anular más exterior está construido sustancialmente
como conducto de alimentación de combustible, y el conducto de
alimentación de gas de combustión proporcionado con las toberas
individuales está dispuesto de forma radial dentro de ese conducto
de alimentación de combustible. Al considerar esta construcción de
acuerdo con la invención, por ejemplo, en relación con una
aplicación de este quemador que es especialmente representativa de
condiciones prácticas, por ejemplo, el uso en un crisol tubular
giratorio, en cuya cámara de combustión se suministra directamente
aire de combustión secundario precalentado y rico en oxígeno,
denominado "aire secundario", por ejemplo desde una corriente
descendente del refrigerador del crisol tubular giratorio, en cuyo
proceso fluye al menos parcialmente a lo largo y hacia el lado
periférico exterior de la parte terminal del quemador interior,
mientras que otro gas de combustión, especialmente denominado
"aire primario" se suministra a través de un anillo interior de
toberas individuales y el combustible se suministra a través del
conducto de alimentación de combustible anular exterior, puede
apreciarse fácilmente que, debido a las toberas individuales
interiores colocadas de forma radial, el combustible que fluye
hacia la cámara de combustión se inyectará mediante el aire primario
específicamente en el aire de combustión secundario que fluye hacia
dentro desde el exterior. Esto significa, por lo tanto, que el aire
primario que fluye hacia dentro a través de las toberas individuales
(como gas de combustión) inyectará el combustible que fluye hacia
dentro a través de al menos un conducto de alimentación de
combustible exterior al menos aproximadamente de forma radial hacia
fuera en la dirección hacia la periferia del quemador y de ahí al
aire secundario que fluye allí hacia dentro, lo que provoca una
incorporación muy intensa y rápida de aire primario y combustible
al aire secundario que fluye hacia dentro desde el exterior. A causa
de la posición de las toberas individuales (de forma radial dentro
del conducto de alimentación de combustible), el combustible se
incorpora al aire secundario templado o caliente con un alto
momento, lo que provoca una ignición rápida del combustible. El
grado de incorporación y entremezclado del aire primario y
secundario con combustible (o combustibles) se controla en función
de los combustibles particulares, la carga del aire secundario con
polvo y productos químicos, la geometría del horno, con la
orientación apropiada de las toberas individuales interiores
dispuestas de forma radial. De ese modo, el grado de incorporación
influye en todo el proceso de combustión (es decir, ignición,
quemado de combustibles, formación de NO_{x}, forma y longitud de
la llama, etc) de forma bastante notable. Es precisamente cuando se
utiliza este quemador de acuerdo con la invención en un crisol
tubular giratorio para la producción de clínker de cemento que el
tratamiento térmico o el proceso de quemado pueden controlarse de
forma óptima en lo referente a la obtención de clínker de buena
calidad y a la alta disponibilidad del crisol tubular giratorio
asociado. Deberá también señalarse en conexión con esto, sin
embargo, que el quemador construido de acuerdo con la invención
puede utilizarse no sólo en un crisol tubular giratorio sino
también en otros hornos industriales y sistemas de hornos
industriales en los que se realiza un tratamiento térmico o proceso
de quemado comparables, como es el caso, por ejemplo, de los hornos
de calcinación y las instalaciones de calcinación, en hornos para el
quemado de cal, para el tratamiento de menas y similares.
Las toberas individuales pueden orientarse
respecto a su dirección de descarga no sólo en paralelo sino también
en un ángulo dado para la dirección de descarga del conducto de
alimentación de combustible alrededor de ellas en la parte
posterior. En esta conexión, es posible también ajustar el ángulo de
orientación de las toberas individuales. Con una orientación
inclinada de las toberas individuales respecto a la dirección de
descarga del conducto de alimentación de combustible que las rodea,
es posible inyectar hacia dentro aire primario (o gas de combustión
primario) que fluye hacia la cámara de combustión a través de las
toberas individuales de modo que diverja hacia fuera en mayor o
menor medida. Con una disposición oblicua de las toberas
individuales respecto al conducto de alimentación de combustible
que las rodea, se puede generar adicionalmente un remolino
correspondiente, con el resultado de que el efecto de mezclado de
aire primario y combustible con el aire secundario, y con ello la
influencia de todo el proceso de combustión, se puede intensificar
también en consecuencia. Esa orientación de las toberas
individuales puede fijarse así, de acuerdo con una variante de forma
de realización, como una configuración básica de acuerdo con unos
descubrimientos óptimos o, de acuerdo con la otra variante de forma
de realización, las toberas individuales puede reajustarse una y
otra vez (durante el funcionamiento o en los periodos de
inactividad) de acuerdo con las condiciones dadas.
Debe mencionarse en este punto que, aunque al
menos un conducto de alimentación de combustible exterior está
sustancialmente destinado al suministro de los combustibles
correspondientes (en forma líquida, gaseosa, en grano fino o en
polvo), es también perfectamente posible suministrar en él una
proporción de aire de combustión dada (en un preparado de
combustibles). De forma similar, una proporción dada de combustible
puede también, en caso necesario, incorporarse al gas de combustión
suministrado a través de las toberas individuales o en el aire
primario allí introducido.
La invención se describirá en una forma algo más
detallada a continuación, con referencia a dibujos en gran parte
esquemáticos, en los que:
La Fig. 1 muestra una sección longitudinal
esquemática de un horno industrial en forma, por ejemplo, de crisol
tubular giratorio, equipado con un quemador construido de acuerdo
con la invención;
La Fig. 2 es una vista longitudinal,
parcialmente en sección, de la parte terminal del quemador interior
(que corresponde aproximadamente al detalle II de la Fig. 1);
La Fig. 3 es una vista desde un extremo hacia el
extremo interior del quemador (que corresponde a la flecha III de
la Fig. 2).
El quemador tubular 1 construido de acuerdo con
la invención se describirá a continuación con referencia a un
ejemplo especialmente típico de aplicación o uso, de forma más
específica cuando se utiliza sobre o en un crisol tubular giratorio
2 para la producción de escoria de cemento. La Fig. 1 ilustra
solamente el extremo del quemador o extremo de descarga 2a de ese
crisol tubular giratorio 2, de forma muy aproximada y esquemática,
es decir, el crisol tubular giratorio 2 puede estar construido de
cualquier forma adecuada. Ese extremo de descarga 2a del crisol se
proyecta en un cabezal de descarga de un crisol convencional 3 que
conecta el extremo del crisol 2a con la entrada 4a de un
refrigerador 4 que puede ser de cualquier tipo adecuado y que se
indica, por lo tanto, de forma simplemente breve en la Fig. 1. Como
se conoce generalmente y como se indica en la Fig. 1 mediante
flechas con líneas quebradas 5, la escoria de cemento caliente
completamente quemada que sale del extremo del horno 2a cae en el
refrigerador 4 en el que se enfría con gas de refrigeración,
especialmente aire de refrigeración. Al menos algo del aire de
escape del refrigerador, que se ha calentado allí, se introduce
como aire de combustión secundario, denominado en lo sucesivo
simplemente como "aire secundario", directamente en la cámara
de combustión 7 dentro del extremo del crisol tubular giratorio 2a
de acuerdo con las flechas con líneas continuas 6.
El quemador tubular 1 construido de acuerdo con
la invención se proyecta, como se conoce por sí mismo, por su parte
terminal frontal interior o tobera 1a desde detrás y aproximadamente
axialmente hacia el extremo del crisol tubular giratorio 2a, más
específicamente hacia la cámara de combustión 7 del mismo.
Como se indica esquemáticamente en la Fig. 1, en
la región de su parte terminal exterior 1b, que está fuera del
crisol tubular giratorio 2, el quemador 1 se abastece a través de
las tuberías de alimentación correspondientes con combustible
(flechas de puntos y rayas 8) y gas de combustión, especialmente
aire primario (flechas de líneas discontinuas 9) y también con
otros combustibles de ignición y aire de ignición, cuando
corresponda, de una forma en principio conocida.
La disposición adicional del quemador 1 de
acuerdo con la invención se explicará de forma detallada
particularmente con referencia a la Fig. 2 y a la Fig. 3, y sobre
todo en la región de su tobera 1a. De acuerdo con esas figuras, el
quemador 1, o más bien su tobera 1a, contiene una pluralidad de
paredes de tubo dispuestas coaxialmente unas dentro de otras y
espaciadas de forma radial entre sí, principalmente una pared de
tubo exterior 10, una primera pared de tubo interior 11, que se
extiende coaxialmente y dentro de esa pared de tubo exterior 10, y
al menos otra pared de tubo 12, segunda o central, que se extiende
coaxialmente dentro de esa primera pared de tubo interior 11. Esas
paredes de tubo 10, 11, 12 definen una pluralidad de conductos de
alimentación independientes de sección transversal aproximadamente
anular, más específicamente un conducto de alimentación anular
exterior 13, un conducto de alimentación anular interior 14 que se
extiende coaxialmente dentro de ese conducto de alimentación
exterior 13 y al menos un conducto de alimentación interior
adicional 15 que en este caso puede construirse como conducto de
alimentación 15 de sección transversal aproximadamente circular
dentro de la pared de tubo central 12, por ejemplo, para quemadores
de ignición o similares que no se muestran aquí de forma detallada
puesto que se conocen por sí mismos. En el extremo frontal 14c, que
apunta a la cámara de combustión 7, del conducto de alimentación
interior 14, que está construido sustancialmente para suministrar
gas de combustión, esto es, para suministrar aire primario (flecha
9) en el presente caso, hay un número de toberas individuales 16
dispuestas en una distribución aproximadamente anular, como se
indica en la Fig. 3, estando sujetas de forma fija o ajustable,
como se mencionará de nuevo posteriormente, en una pared frontal
anular 17 que está montada de forma fija encima o dentro del extremo
frontal 14c del conducto de suministro de aire primario 14.
En el caso de este quemador 1 de acuerdo con la
invención, observando la sección transversal de la tobera 1a, el
conducto de alimentación anular exterior (el más externo) está
construido sustancialmente como conducto de alimentación de
combustible 13, mientras que, como ya se ha indicado previamente, el
conducto de alimentación de gas de combustión o aire primario 14
suministrado con las toberas individuales 16 está dispuesto de forma
radial dentro de ese conducto de alimentación de combustible 13
(como puede verse en las Fig. 2 y 3).
Deberá mencionarse en este punto que, como
desviación a la forma de realización ilustrativa descrita con
referencia a las Figs. 2 y 3, también es posible en principio
proporcionar una pluralidad de conductos de alimentación de
combustible anulares y una pluralidad de conductos de alimentación
de gas de combustión o aire primario sin desviarse del principio
básico de esta construcción de acuerdo con la invención, en cuyo
caso las toberas individuales pueden proporcionarse también en una
pluralidad de grupos de toberas individuales dispuestas
conjuntamente en una configuración anular y que se extienden
coaxialmente unas con respecto de las otras. Deberá enfatizarse
también que puede proporcionarse cualquier número deseado o adecuado
de toberas individuales 16 para adaptarse a las condiciones de
funcionamiento particulares, combustibles, etc.
Las ilustraciones de las Figs. 2 y 3 muestran
además que, en su extremo delantero que apunta hacia la cámara de
combustión 7, el conducto de alimentación de combustible exterior 13
está construido de forma ventajosa aproximadamente en forma de
tobera anular (13a) que descarga libremente (es decir, que está
abierta y sustancialmente no obstruida).
Las toberas individuales 16 pueden estar en
principio orientadas con su dirección de descarga en paralelo al
eje longitudinal 1d del quemador, como se ilustra en las Fig. 2 y 3
con líneas continuas, con el fin de garantizar el efecto de
incorporación mejorado, descrito con más detalle previamente, del
combustible en el aire de combustión, especialmente en el aire
secundario. Sin embargo, puede ser especialmente ventajoso si las
toberas individuales 16 se orientan respecto a su dirección de
descarga (comparar con las flechas de líneas partidas 9a de la Fig.
2) de una manera inclinada, esto es, en un ángulo dado para la
dirección de descarga (flechas de puntos y rayas 8) del conducto de
alimentación de combustible 13 que las rodea por el exterior, como
se indica en las Fig. 2 y 3 simplemente de forma parcial y muy
esquemáticamente con líneas de puntos y rayas. Esto puede hacerse
de manera sencilla, por un lado, montando las toberas individuales
16 de forma fija (y al mismo tiempo posiblemente de modo que pueden
sustituirse) en una actitud básica adecuada en la pared frontal
asociada 17 durante la fabricación del quemador 1. Por otro lado, es
posible sujetar estas toberas individuales 16 en la pared frontal
asociada 17 de una manera ajustable, por ejemplo mediante una
válvula esférica, de tal forma que puedan ajustarse respecto a su
dirección de descarga a fin de que queden inclinadas u oblicuas
respecto a la dirección de descarga del conducto de alimentación de
combustible que las rodea. En el caso de una orientación inclinada,
por ejemplo, simplemente el extremo de entrada de las toberas
individuales 16 está dispuesto sustancialmente de forma radial
respecto al eje de los quemadores 1d. En el caso de una orientación
oblicua de las toberas individuales 16, el extremo de entrada de las
toberas individuales 16 se mueve sobre un círculo concéntrico
alrededor del eje del quemador 1d. Estas opciones de ajuste de las
toberas individuales 16 no se muestran al detalle en los dibujos
dado que pertenecen generalmente al estado de la técnica, esto, es,
estas toberas individuales 16 pueden estar sujetas de forma
ajustable aproximadamente de la forma conocida, por ejemplo, del
documento DE-A-19648981.
Claims (7)
1. Un horno industrial que tiene un quemador
tubular, en el que el quemador
a) comprende una parte terminal interior (1a)
que se proyecta hacia una cámara de combustión (7) del horno (2), a
cuya cámara de combustión (7) se suministra aire de combustión
secundario (6) y
b) una pluralidad de paredes de tubo (10, 11,
12) dispuestas coaxialmente unas dentro de otras y espaciadas de
forma radial unas de otras que definen una pluralidad de conductos
de alimentación independientes (13, 14) de sección transversal
aproximadamente anular para gas de combustión (9) y combustible (8),
en el que
c) en el extremo delantero (14c), que apunta
hacia la cámara de combustión (7), de al menos un conducto de
alimentación (14) construido para suministrar gas de combustión (9),
hay un número de toberas individuales (16) dispuestas en una
distribución aproximadamente anular,
caracterizado porque
d) observando la sección transversal de la parte
del extremo del quemador interior (1a), al menos el conducto de
alimentación anular más exterior está construido como conducto de
alimentación de combustible (13) y el conducto de alimentación de
gas de combustión (14) suministrado con las toberas individuales
(16) está dispuesto de forma radial dentro de ese conducto de
alimentación de combustible (13).
2. Un horno industrial de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque, en su extremo frontal
que apunta hacia la cámara de combustión del horno (7), el conducto
de alimentación de combustible (13) está construido aproximadamente
en forma de tobera anular de descarga libre (13a).
3. Un horno industrial de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el conducto de
alimentación de gas de combustión (14) se proporciona
sustancialmente para suministrar aire de combustión primario (aire
primario 9) y/o opcionalmente para suministrar gas de combustión o
una mezcla de aire primario/gas de combustión.
4. Un horno industrial de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque las toberas
individuales (16) dispuestas en una distribución anular están
sujetas en una pared frontal anular (17) montada en el extremo
frontal (14c) del conducto de alimentación de gas de combustión
(14).
5. Un horno industrial de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque las toberas
individuales (16) están orientadas respecto a su dirección de
descarga (9a) en paralelo a la dirección de descarga (8) del
conducto de alimentación de combustible (13) que las rodea en el
exterior.
6. Un horno industrial de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque las toberas
individuales (16) están orientadas respecto a su dirección de
descarga en un ángulo dado para la dirección de descarga del
conducto de alimentación de combustible (13) que las rodea.
7. Un horno industrial de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque las toberas
individuales (16) son ajustables respecto a su dirección de
descarga en un ángulo dado para la dirección de descarga del
conducto de alimentación de combustible (13) que las rodea.
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