ES2337401T3 - Procedimiento de calcinacion de un material de baja emision nox. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de calcinación de un material, en el que dicho material se calienta por contacto con una fuente de calor esencialmente creada por una llama engendrada por al menos un flujo (a) de combustible y de aire primario y un flujo (b) de aire secundario, comprendiendo la llama una primera zona (I) de combustión de temperatura inferior a 1500ºC y una segunda zona (II) de combustión de temperatura superior a 1500ºC, en la que: - se inyecta al menos un flujo (c) de al menos un gas inerte en el interior de la llama a nivel del comienzo de la segunda zona (II) de combustión, y/o - se inyecta al menos un flujo (d) de oxígeno o de un gas enriquecido en oxígeno al nivel de la segunda zona (II) de combustión.
Description
Procedimiento de calcinación de un material de
emisión NO_{x}.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de mejora de la combustión en un horno industrial de
elevada temperatura así como a un dispositivo de mejora de la
combustión en un horno de este tipo.
Se sabe que los procedimientos industriales a
elevada temperatura utilizan combustibles para el aporte de energía
con un contenido en nitrógeno no despreciable, tales como carbón o
coque de petróleo, generando emisiones considerables de óxidos de
nitrógeno (NO_{x}). NO_{x} es el término colectivo para designar
a todos los óxidos de nitrógeno, particularmente al monóxido de
nitrógeno (NO) y al dióxido de nitrógeno (NO_{2}). De acuerdo con
su mecanismo de formación se distinguen principalmente dos tipos de
NO_{X} : los NO_{x} del combustible y los NO_{x} térmicos.
Los NO_{x} de combustible resultan de la oxidación de compuestos
nitrogenados del combustible. Los NO_{x} térmicos, que
corresponden a una oxidación del nitrógeno atmosférico por el
oxígeno de combustión, dependen principalmente de 3 variables:
- -
- la concentración de oxígeno en las zonas de la llama a elevada temperatura (>1200ºC),
- -
- el tiempo de residencia del oxígeno en esas zonas, y sobre todo
- -
- la temperatura en esas zonas.
Los NO_{x} son tóxicos para las plantas y
particularmente el dióxido de nitrógeno puede provocar dificultades
respiratorias en el ser humano. Los NO_{x} también son uno de los
principales precursores de la formación del ozono. Además, las
emisiones de NO_{x} participan en la acidificación y eutrofización
del suelo.
El problema de las emisiones de los NO_{x} se
plantea en todas las industrias que utilizan procedimientos a
elevada temperatura. Una de las industrias particularmente afectada
es la de la fabricación de cemento, donde los procedimientos de
fabricación se someten a normas cada vez más estrictas que afectan a
las emisiones de óxidos de nitrógeno (NO_{x}). En estos procesos
cementadores, la formación de los NO_{x} de combustible está
asociada a la utilización de combustibles con un contenido en
nitrógeno no despreciable, para los que la oxidación de los
compuestos nitrogenados del combustible conduce a la formación de
NO. Este mecanismo tiene lugar tanto al nivel de quemador del horno
rotativo, durante la ignición del combustible, como en el
precalcinador cuando existe. Los NO_{x} térmicos, por su parte,
son inevitables en la zona de combustión del horno rotativo, debido
a la necesidad de una temperatura suficientemente elevada para la
denominada reacción de clinkerización del crudo (1450ºC) (formación
del cemento en bruto), acelerando de esta manera la oxidación del
nitrógeno atmosférico.
Las técnicas actuales para reducir las emisiones
de NO_{x} pueden clasificarse en dos categorías: las técnicas
primarias que limitan la formación de NO_{x} durante la combustión
y las técnicas secundarias, basadas en el tratamiento de humos para
eliminar los NO_{x} creados hacia arriba.
Para permitir reducir eficazmente la formación
de NO_{x} en los procedimientos cementadores, cualquier técnica
primaria debe limitar tanto la formación de los NO_{x} del
combustible como la de los NO_{x} térmicos. Entre las principales
medidas primarias se indican:
- -
- los quemadores inferiores de NO_{x}, que optimizan la mezcla del combustible y de diferentes inyecciones de comburente para limitar principalmente la formación de los NO_{x} térmicos por un efecto de escalonamiento local de la combustión. Este método encuentra sus límites en las inestabilidades de la llama que se generan cuando el aire primario se reduce por debajo de límites aceptables (\sim10% de aire estequiométrico necesario). Las reducciones disponibles son por tanto del orden del 30%.
- -
- el enfriamiento de la llama por inyección de agua, que tiene por objeto reducir los NO_{x} térmicos disminuyendo los picos de temperatura en la llama. Se puede por tanto alcanzar una reducción de NO_{x} de hasta el 50%, pero este procedimiento reduce significativamente el rendimiento de la combustión y parece que causa problemas en el funcionamiento del horno.
- -
- el escalonamiento de la combustión entre el horno rotativo y el precalcinador cuando existe, permite efectuar una reducción de NO_{x} a elevada temperatura en la salida del horno rotativo y completar después la combustión hacia abajo en el precalcinador y la unidad de precalentamiento. Se reivindican niveles de reducción de NO_{x} de hasta el 50%, pero estos sistemas tienen un elevado coste de inversión debido a las importantes modificaciones de instalación que requieren. También se mencionan numerosos problemas en cuando a la formación excesiva de CO, que no permiten obtener tasas de reducción de NO_{x} regulares.
Actualmente cada una de estas técnicas primarias
no es capaz de reducir suficientemente las emisiones de NO_{x} lo
que plantea a las cementeras el uso de métodos secundarios costosos
con objeto de respetar las normas que están en vigor.
Las medidas secundarias utilizadas son clásicas:
se trata de procedimientos de reducción de NO_{x} catalíticos o
no (RSNC = reducción selectiva no catalítica, RSC = reducción
selectiva catalítica) basados en la inyección de amoníaco o urea en
los humos para reducir el NO en N_{2}. Son por tanto posibles,
mayores reducciones de NO_{x}, pero con costes de inversión y de
funcionamiento significativamente más elevados. Además, estas
técnicas requieren zonas de temperatura muy precisas y cualquier
error puede producir la emisión de amoniaco que no ha reaccionado
en los humos, que puede después oxidarse en NO_{x}.
Además de la reducción de las emisiones de
NO_{x} otra preocupación principal para los fabricantes de cemento
es obtener un rendimiento y una calidad satisfactorios. Se han
desarrollado técnicas que aplican el uso de oxígeno o de gas
enriquecido en oxígeno. Se han concebido principalmente para
permitir un aumento de la producción o de la calidad del producto
permitiendo un aumento de la temperatura en la zona de
clinkerización. Por lo tanto, producen generalmente un aumento o un
mejor mantenimiento de los niveles de emisiones de NO_{x} con
respecto a un funcionamiento sin oxígeno añadido.
El documento de Estados Unidos 3.397.256
describe el uso de un quemador oxi-combustible
situado entre la carga y el quemador principal, que efectúa un
aumento significativo de temperatura en esta zona, y por tanto
inevitablemente de la cantidad de NO_{x} emitido.
El documento US 5.572.938 divulga la inyección
de oxígeno en el aire primario, a través del quemador principal,
con el fin de mejorar la transferencia térmica en la carga y la
producción. No se ha proporcionado ninguna mención en cuanto a un
método de inyección que limite la formación de NO_{x} del
combustible. También se propone una inyección de oxígeno
exclusivamente en la parte inferior del horno rotativo, a lo largo
de la carga, para escalonar la combustión. Este posicionamiento
específico permite conservar condiciones oxidantes por encima de la
carga y la transferencia de más energía, pero no permite una mezcla
adecuada con todos los incombustibles.
El documento de Estados Unidos 5.580.237
describe un inyector que permite optimizar la inyección de oxígeno
en el quemador, con objeto de estabilizar la llama. La cantidad de
NO_{x} emitido se mantiene o disminuye ligeramente.
La patente de Estados Unidos 6.309.210 de la
sociedad solicitante describe el enriquecimiento de aires primarios,
secundarios y terciarios con oxígeno para mejorar la capacidad de
enfriamiento del clinker (cemento en bruto) y mejorar la combustión
en general. La dilución general del oxígeno en todo el gas de
combustión va en contra de los principios de reducción de la
cantidad de NO_{x} emitido. En los documentos US 6.375.456B y US
6.318.278B se describen otros procedimientos de calcinación.
Un objeto de la presente invención es por tanto
proponer una técnica innovadora de mejora de la combustión en un
horno industrial a elevada temperatura, tal como un horno rotativo,
que permite reducir las emisiones de NO_{x} y a la vez obtener un
rendimiento y una calidad de producto satisfactorios.
Con este fin, la invención se refiere a un
procedimiento de calcinación de un material, en el cual dicho
material se calienta en contacto con una fuente de calor
esencialmente creada por una llama engendrada por al menos un flujo
(a) de combustible y de aire primario, y un flujo (b) de aire
secundario, comprendiendo la llama una primera (I) zona de
combustión de temperatura inferior a 1500ºC y una segunda (II) zona
de combustión de temperatura superior a 1500ºC, y en el que:
- -
- se inyecta al menos un flujo (c) de al menos un gas inerte en el interior de la llama a nivel del comienzo de la segunda (II) zona de combustión, y/o
- -
- se inyecta al menos un flujo (d) de oxígeno o de un gas enriquecido en oxígeno a nivel de la segunda (II) zona de combustión.
La división de la llama en una primera y una
segunda zonas de combustión se realiza en función del tipo de
NO_{x} que se forma en esta zona durante un procedimiento de
combustión tradicional. De esta manera la primera zona de
combustión es la zona donde se desencadena la combustión y donde el
mecanismo predominante de formación de NO_{x} es el del NO_{x}
del combustible. La segunda zona de combustión es la zona donde la
llama alcanza su temperatura máxima al contacto con el aire
secundario y donde predomina la formación de los NO_{x} térmicos.
El límite entre la primera y la segunda zona de combustión se fija
en el lugar donde la temperatura de la llama supera 1500ºC,
temperatura más allá de la cual la tasa de formación de los NO_{x}
térmicos aumenta de manera significativa.
La inyección de al menos un flujo de al menos un
gas inerte a nivel del comienzo de la segunda zona de combustión
permite, conservando al mismo tiempo una temperatura tan elevada
como sea posible a nivel de la primera zona de combustión, absorber
la energía térmica liberada durante la combustión del combustible
con el aire secundario en la segunda zona de combustión. Por lo
tanto, la temperatura de la llama disminuye al nivel de la segunda
zona de combustión. Preferentemente, se utilizan al menos dos flujos
de gas(es) inerte(s) situados simétricamente. De esta
manera se obtiene una mejor homogeneización de la temperatura en el
interior de la llama. El gas o los gases inertes que se utilizan
para la inyección a nivel del comienzo de la segunda zona de
combustión se seleccionan ventajosamente entre el grupo que
consiste en nitrógeno, humos de recirculación, dióxido de carbono y
vapor de agua. El nitrógeno es una elección privilegiada,
particularmente en el caso en el que su producción en el sitio de
explotación del procedimiento a alta temperatura puede realizarse
conjuntamente con la producción de oxígeno necesario para otras
aplicaciones, tal como una inyección a nivel de la segunda zona de
combustión de acuerdo con la invención. Ventajosamente, el flujo (o
los flujos) de gas inerte (o inertes) se inyecta (o se inyectan) a
una velocidad superior a la del aire secundario para tener una
penetración suficiente hasta la segunda zona de combustión. Sin
embargo esta velocidad permanecerá inferior a la velocidad del
sonido medida en el horno, y preferentemente en una zona de
velocidad entre 0,2 Mach y 1 Mach (1 Mach corresponde a la
velocidad del sonido) con objeto de garantizar una mezcla inmediata
del gas (o gases) inerte (o inertes) con la llama al entrar en la
segunda zona de combustión. Para cada aplicación el experto en la
técnica sabe definir la cantidad de flujo que permite obtener un
compromiso satisfactorio entre la calidad de homogeneización del
gas inerte con los gases de la segunda zona de combustión y una para
un determinado flujo total de gas inerte. En lo que se refiere a la
calidad de homogeneización de gas inerte con el gas de la segunda
zona de combustión, el experto en la técnica sabe que aumenta
aumentando la cantidad de flujo de gas inerte. En cuanto a la
penetración suficiente hasta la segunda zona de combustión el
experto en la técnica sabe que puede mejorarse aumentando el
impulso de estos flujos inertes, es decir, disminuyendo la cantidad
de flujo. En este documento se entiende por impulso el producto del
caudal de gas por su velocidad.
Esta mezcla y por tanto una homogeneización
rápida de la composición y de la temperatura de la llama, puede
facilitarse por una inyección turbulenta, caracterizada por una
componente tangencial impulsada a gas durante su inyección.
En lo que se refiere al flujo (o flujos) de
oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno, se inyecta,
preferentemente, de manera que sean tangentes a la llama (F) a
nivel de la segunda zona de combustión, lo que permite amplificar
las recirculaciones en el interior de la llama (F) y obtener la
mezcla de oxígeno o del gas enriquecido en oxígeno y de la llama en
el extremo de esta. Además, proporcionando el oxígeno de esta
manera, toda la combustión se realiza en condiciones ricas en
combustible, reduciendo la temperatura de la llama así como el
tiempo de residencia y la concentración de oxígeno en la llama.
Para homogeneizar el aporte de oxígeno, se utiliza preferentemente
al menos dos flujos de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno
situados simétricamente con respecto al eje de la llama. Cuando la
inyección de al menos un flujo de oxígeno o de gas enriquecido en
oxígeno a nivel de la segunda zona de combustión se practica de
acuerdo con la invención, se reduce ventajosamente el flujo de aire
secundario. Una parte del oxígeno que normalmente aporta el aire
secundario, se sustituye de esta manera por el oxígeno
proporcionado por esta inyección. De esta manera, se evitan
condiciones de combustión demasiado ricas en oxígeno, que
conducirían a un aumento de la temperatura de la llama y que irían
en contra de la reducción de la formación de NO_{x} térmicos.
Preferentemente, el flujo (o flujos) de oxígeno o del gas
enriquecido en oxígeno se inyecta (o se inyectan) a una velocidad
superior a 0,5 Mach, preferentemente superior a 1 Mach. De esta
manera, se obtiene un chorro (o chorros) de oxígeno o de gas
enriquecido en oxígeno de dicho (o dichos) "coherente" (o
"coherentes"), que no se degrada (o degradan) durante la
primera parte del trayecto en el horno y sólo se mezcla (o se
mezclan) con los incombustibles al final de la llama, en una zona
donde la temperatura ya ha disminuido y donde se reduce por tanto
el riesgo de formación de NO_{x} térmicos. Además, este (o estos)
chorro (o chorros) de gas amplifica (o amplifican) las
recirculaciones en el interior de la llama así como el aporte de
productos de combustión hacia el interior la llama, permitiendo de
esta manera homogeneizar la temperatura y reducir los máximos de
temperatura de la llama.
En un modo de realización preferido, se combinan
los dos modos de inyección descritos anteriormente. Preferentemente,
las inyecciones se efectúan simultáneamente.
Ventajosamente, la inyección de gas inerte (o
inertes) y/o la inyección de oxígeno o de gas enriquecido en
oxígeno pueden combinarse con un débil enriquecimiento en oxígeno
del aire de transporte y de pulverización del combustible para
aumentar la temperatura en la zona de inflamación del combustible y
de esta manera reducir la formación de NOx del combustible, como se
describe en la solicitud de patente WO 2004/065849.
El procedimiento de calcinación de acuerdo con
la invención es particularmente ventajoso cuando se utilizan
combustibles sólidos de considerables cantidades en nitrógeno, tales
como carbón y coque de petróleo. Durante la utilización de un
combustible sólido, éste se pulveriza por un gas vector, tal como
aire, más generalmente aire.
El procedimiento de acuerdo con la invención
puede utilizarse en cualquier procedimiento industrial tal como la
fabricación de cal, vidrio y particularmente cemento. La utilización
del procedimiento de acuerdo con la invención para la calcinación
de un material a base de minerales es particularmente ventajosa.
Sin embargo, el procedimiento de acuerdo con la
invención puede utilizarse también cuando todos o parte de los
combustibles empleados para el procedimiento industrial de
combustión a elevada temperatura son combustibles gaseosos de débil
contenido en nitrógeno. Particularmente, en el caso de una
utilización predominante de combustible gaseoso de débil contenido
en nitrógeno por un procedimiento de cementación, el procedimiento
de acuerdo con la invención puede combinarse ventajosamente con el
sistema de combustión oscilante, que permite el aumento de la
inhibición de la formación de NO_{x} térmicos. Este sistema está
patentado por la solicitud (US 5.302.111).
El procedimiento de acuerdo con la invención
puede aplicarse usando un dispositivo de combustión, que
comprende:
- -
- un quemador que puede alimentarse con comburente y combustible,
- -
- un medio de inyección de aire que garantiza el suministro de un flujo de aire alrededor del quemador,
\newpage
- -
- al menos una lanza de inyección de gas inerte, que tiene un primer extremo de entrada de gas y un segundo extremo de salida de gas, estando el segundo extremo de salida de gas más próximo al eje longitudinal del quemador que el primer extremo de entrada de gas, y/o
- -
- al menos una lanza de inyección de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno, que tiene un primer extremo de entrada de gas y un segundo extremo de salida de gas, estando el primer extremo de entrada de gas más próximo al eje longitudinal del quemador que el segundo extremo de salida de gas.
Para permitir una velocidad de inyección
superior a 0,5 Mach y preferiblemente superior a 1 Mach, el extremo
de salida de la lanza de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno se
equipa preferiblemente con una tobera denominada De Laval, con una
sección sucesivamente convergente después divergente. La presión de
alimentación de gas se ajusta en función del diámetro del inyector
y de la velocidad deseada.
Preferiblemente, la lanza de gas inerte se
inclina en un ángulo \alpha comprendido entre 0º y 45º, que está
formado por los ejes longitudinales de la lanza y del quemador y la
lanza de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno se inclina en un
ángulo \beta comprendido entre 0º y 20º, que está formado por los
ejes longitudinales de la lanza y del quemador. En un modo de
realización preferida, el dispositivo de acuerdo con la invención
comprende al menos dos lanzas de gas inerte dispuestas
concéntricamente alrededor del quemador y/o al menos dos lanzas de
oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno dispuestas concéntricamente
alrededor del quemador. De esta manera, se obtiene una mejor
homogeneización del aporte de gas (o gases) y por tanto de la
temperatura de la llama. El ángulo \alpha entre los ejes
longitudinales del quemador y de la lanza de gas inerte (o inertes)
se selecciona de manera que permite la inyección de gas inerte en el
interior de la llama. Ventajosamente, está comprendido entre 0º y
45º, preferentemente entre 0º y 20º, este valor varía dependiendo de
la geometría del procedimiento considerado y de la longitud
característica de la llama, definida en una primera aproximación
como la longitud de la llama visible.
El ángulo \beta entre los ejes longitudinales
del quemador y de la lanza de oxígeno o del gas enriquecido en
oxígeno se selecciona de manera que el flujo de oxígeno o del gas
enriquecido en oxígeno proporcionado por esta lanza es tangente a
la llama. Está ventajosamente comprendido entre 0º y 20º,
preferentemente entre 0º y 10º, este valor varía dependiendo con la
geometría del procedimiento considerado y de la longitud
característica de la llama. De esta inclinación de la lanza o de
las lanzas de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno hacia el
exterior de la llama resulta un alargamiento de la llama,
ampliándose así el volumen de combustión y reduciendo más los
máximos de temperatura en el interior de la llama.
En un modo de realización, el dispositivo de
acuerdo con la invención comprende a nivel de la salida del quemador
un apéndice en forma de boquilla que tiene los bordes interiores y
exteriores ensanchados. Los bordes interiores se ensanchan en un
ángulo \gamma con respecto al eje longitudinal del quemador y los
bordes exteriores se ensanchan en un ángulo \delta con respecto
al mismo eje. Ventajosamente, el ángulo \gamma está comprendido
entre 0º y 45º, preferentemente entre 0º y 25º y el ángulo \delta
entre 0º y 45º, preferentemente entre 0º y 30º. El ensanchamiento
de los bordes interiores de este apéndice aumenta las
recirculaciones del gas en la llama a nivel de la salida del
quemador. Obteniendo así una combustión más rápida y completa.
Debido a estos bordes exteriores ensanchados, el apéndice sirve de
deflector que puede guiar el aire secundario sobre una trayectoria
tal que se mezcla con la llama a nivel de la segunda zona de
combustión. Esto permite optimizar el escalonamiento del oxígeno.
El apéndice está formado por un material resistente a temperaturas
elevadas, es decir, por encima de 1500ºC. Se trata preferentemente
de una cerámica o de un material refractario.
El dispositivo de combustión de acuerdo con la
invención puede utilizarse en cualquier tipo de horno industrial a
elevada temperatura. Sin embargo, se adapta particularmente a hornos
rotativos tales como los que se utilizan en las industria
cementera.
Otras particularidades y ventajas de la
invención aparecerán en la lectura de la descripción a continuación,
realizada con referencia a las figuras en las que:
- La Figura 1 representa esquemáticamente un
corte transversal de un modo de realización de un dispositivo de
combustión de acuerdo con la invención,
- La figura 1A representa esquemáticamente un
detalle de la figura 1,
- La figura 2 representa esquemáticamente un
corte transversal de otro modo de realización de un dispositivo de
combustión de acuerdo con la invención,
- La figura 2A representa esquemáticamente un
detalle de la figura 2,
- La figura 3 representa esquemáticamente un
corte transversal de un detalle opcional de un dispositivo de
combustión de acuerdo con la invención.
Las figuras 1 y 2 representan esquemáticamente
la disposición de dos lanzas de gas inerte (o inertes) 2 y oxígeno
o de gas enriquecido en oxígeno 3 respectivamente alrededor del
quemador 1 a nivel de la salida de un horno 5 rotativo de
calcinación. El horno 5 está ligeramente inclinado de manera que
permite la evacuación del clinker 6. El quemador 1 se alimenta con
un flujo a de combustible y de aire primario. Después del encendido
de ese flujo a nivel de la salida del quemador 1, se obtiene la
llama F.
Sobre las Figuras 1, 2 y 3, la llama F está
cortada en dos zonas I y II de combustión. El límite de esas dos
zonas I y II está formado por el sitio donde la llama F alcanza una
temperatura de 1500ºC: en la zona I la temperatura es inferior a
1500ºC y en la zona II es superior a 1500ºC.
El horno rotativo 5 está equipado también de un
medio de inyección de aire (no representado en las figuras) que
garantiza el suministro de un flujo b de aire secundario alrededor
del quemador. Ese flujo b aporta la mayor parte del aire de
combustión y permite de esta manera completar la combustión del
combustible empezado por el aire primario.
La figura 1 representa un dispositivo de
combustión de acuerdo con la invención que comprende dos lanzas 2
de gas inerte, dispuestas concéntricamente alrededor del quemador 1.
Las lanzas 2 de gas inerte son diametralmente opuestas. Las lanzas
2 tienen un primer extremo 2a de entrada de gas y un segundo extremo
2b de salida de gas, estando el segundo extremo 2b de salida de gas
sin embargo más próximo al eje longitudinal del quemador 1 que el
primer extremo 2a de entrada de gas. Ventajosamente, la lanza 2 de
gas inerte está inclinada con un ángulo \alpha comprendido entre
0º y 45º, preferentemente entre 0º y 20º que está formado por los
ejes longitudinales de la lanza y del quemador (Figura 1A). El
valor del ángulo \alpha varía dependiendo de la geometría del
procedimiento considerado y de la longitud característica de la
llama.
La figura 2 representa un dispositivo de
combustión de acuerdo con la invención que comprende dos lanzas 3
de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno, dispuestas
concéntricamente alrededor del quemador. Las lanzas 3 de gas inerte
son diametralmente opuestas. Las lanzas 3 tienen un primer extremo
3a de entrada de gas y un segundo extremo 3b de salida de gas,
estando el primer extremo 3a de entrada de gas más próximo al eje
longitudinal del quemador 1 que el segundo extremo 3b de la salida
de gas. Ventajosamente, la lanza 3 de oxígeno o de gas enriquecido
en oxígeno está inclinada con un ángulo \beta comprendido entre 0º
y 20º, preferentemente entre 0º y 10º que está formado por los ejes
longitudinales de la lanza y del quemador (Figura 2A). El valor del
ángulo \beta varía dependiendo de la geometría del procedimiento
considerado y de la longitud característica de la llama.
En un modo de realización ventajoso, no
representado, los dos modos de realización representados en las
figuras 1 y 2 están combinados para formar un sólo dispositivo de
mejora de la combustión de acuerdo con la invención.
La figura 3 representa un apéndice 4, colocado
sobre el quemador 1 a nivel de su salida. Este apéndice 4 tiene la
forma de una boquilla con los bordes interiores 4a y exteriores 4b
ensanchados. Los bordes 4a interiores están ensanchados con un
ángulo \gamma con respecto al eje longitudinal del quemador y los
bordes 4b exteriores están ensanchados con un ángulo \delta con
respecto al mismo eje, siendo el ángulo \gamma más grande que el
ángulo \delta. Ventajosamente, el ángulo \gamma está comprendido
entre 0º y 45º, preferentemente entre 0º y 25º y el ángulo \delta
entre 0º y 45º preferentemente entre 0º y 30º.
Claims (16)
1. Procedimiento de calcinación de un material,
en el que dicho material se calienta por contacto con una fuente de
calor esencialmente creada por una llama engendrada por al menos un
flujo (a) de combustible y de aire primario y un flujo (b) de aire
secundario, comprendiendo la llama una primera zona (I) de
combustión de temperatura inferior a 1500ºC y una segunda zona (II)
de combustión de temperatura superior a 1500ºC, en la que:
- -
- se inyecta al menos un flujo (c) de al menos un gas inerte en el interior de la llama a nivel del comienzo de la segunda zona (II) de combustión, y/o
- -
- se inyecta al menos un flujo (d) de oxígeno o de un gas enriquecido en oxígeno al nivel de la segunda zona (II) de combustión.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque se inyecta el flujo (o
flujos) (d) de manera que es (o son ) tangente (o tangentes) a la
llama (F) a nivel de su segunda zona (II) de combustión.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el gas inerte se
selecciona en el grupo que consiste en nitrógeno, humos de
recirculación, dióxido de carbono y vapor de agua.
4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque el gas
inerte es nitrógeno.
5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque el flujo
(o flujos) (c) se inyecta (o se inyectan) a una velocidad superior a
la del aire secundario.
6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el flujo
(o flujos) (c) se inyecta (o se inyectan) a una velocidad inferior a
la velocidad del sonido como se mide en el horno.
7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la
inyección del flujo (o flujos) es (o son) una inyección (o
inyecciones) turbulenta (o turbulentas) que posee un componente
tangencial.
8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el flujo
(o los flujos) se inyecta (o inyectan) a una velocidad superior a
0,5 Mach, preferentemente superior a 1 Mach.
9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende
la inyección de flujo o flujos (c) de un gas inerte (o inertes) o
de una mezcla de gases inertes y la inyección de flujo o flujos (d)
de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno.
10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el
combustible comprende un combustible sólido pulverizado por un gas
vector, eventualmente enriquecido en oxígeno.
11. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el horno
industrial de alta temperatura es un horno rotativo.
12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 10 caracterizado porque se aplica
la ayuda de un dispositivo que comprende:
- -
- un quemador (1) capaz de alimentarse de comburente y de combustible,
- -
- un medio de inyección de aire que garantiza el suministro de un flujo de aire (b) alrededor del quemador (1),
- -
- al menos una lanza (2) de inyección de gas inerte, que tiene un primer extremo (2a) de entrada de gas y un segundo extremo (2b) de salida de gas, estando el segundo extremo (2b) de salida de gas más próximo al eje longitudinal del quemador (1) que el primer extremo (2a) de entrada de gas, y/o
- -
- al menos una lanza (3) de inyección de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno, que tiene un primer extremo (3a) de entrada de gas y un segundo extremo (3b) de salida de gas, estando el primer extremo (3a) de entrada de gas más próximo al eje longitudinal del quemador (1) que el segundo extremo (3b) de salida del gas.
13. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12, caracterizado porque la lanza (2) de
inyección de gas inerte está inclinada en un ángulo \alpha
comprendido entre 0º y 45º, que está formado por los ejes
longitudinales de la lanza (2) y del quemador (1), y porque la
lanza (3) de inyección de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno
está inclinada en un ángulo \beta comprendido entre 0º y 20º, que
está formado por los ejes longitudinales de la lanza (3) y del
quemador (1).
14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 12 ó 13, caracterizado porque
comprende:
- al menos dos lanzas (2) de inyección de gas inerte, dispuestas concéntricamente alrededor del quemador (1), y/o
- al menos dos lanzas (3) de inyección de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno, dispuestas concéntricamente alrededor del quemador principal (1).
15. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque el
quemador (1) comprende a nivel de su salida un apéndice (4) en
forma de boquilla que tiene los bordes interiores (4a) y exteriores
(4b) ensanchados, estando los bordes interiores (4a) ensanchados con
un ángulo \gamma con respecto al eje longitudinal del quemador
(1) y los bordes exteriores (4b) ensanchados con un ángulo \delta
con respecto al eje longitudinal del quemador (1) del apéndice (4)
que sirve a la vez de abertura para la combustión iniciándose a
nivel de la salida del quemador (1) y de deflector para el aire
secundario.
16. Utilización del procedimiento de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 15 para la calcinación de un
material a base de minerales.
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