ES2600809T3 - Conjunto de quemador de flexibilidad reforzada - Google Patents

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Rémi Tsiava
Benoit Grand
Olivier Douxchamps
Mohand Amirat
Fabrice Wagemans
Johan Behen
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Abstract

Conjunto de quemador que comprende: - un bloque quemador que presenta una cara de entrada y una cara de salida (503), al menos un paso de comburente (506, 507) entre la cara de entrada y la cara de salida y al menos un paso de tubo de combustible (500, 501) entre la cara de entrada y la cara de salida, siendo el bloque quemador tal que pueden ser montados simultáneamente en el bloque quemador m tubos de combustible a través del al menos un paso de tubo de combustible (500, 501), siendo m > 1, - n tubos de primer combustible (110, 111), con n > 1, siendo apto cada tubo de primer combustible (110, 111) para ser montado en el o en uno de los pasos de tubo de combustible (500, 501) y para ser retirado del citado paso de tubo de combustible (500, 501) por la cara de entrada del bloque quemador, - un dispositivo de alimentación de comburente apto para transportar un flujo de comburente desde una fuente de comburente hacia el bloque quemador para su inyección a través del al menos un paso de comburente (506, 507) en una zona de combustión situada aguas abajo de la cara de salida (503), - un primer dispositivo de alimentación de combustible apto para transportar un flujo de un primer combustible desde una fuente de primer combustible hacia el bloque quemador para su inyección en la zona de combustión a través de uno o de los pasos de combustible (500, 501), comprendiendo el primer dispositivo de alimentación de combustible una primera tubería (100) de alimentación, un primer caudalímetro, un primer distribuidor (101) y n primeras tuberías flexibles (120, 121) que unen el primer distribuidor a los n tubos de primer combustible (110, 111), i. siendo apta la primera tubería de alimentación para transportar el flujo del primer combustible desde la fuente de primer combustible hacia el primer distribuidor, ii. siendo apto el primer caudalímetro para regular el caudal del flujo del primer combustible desde la fuente de primer combustible hacia el primer distribuidor, iii. siendo apto el primer distribuidor para repartir el flujo de primer combustible en n flujos secundarios por n primeras tuberías flexibles, caracterizado por que: - el primer dispositivo de alimentación de combustible comprende una o varias válvulas (130, 131) que permiten cerrar y abrir las n primeras tuberías flexibles una a una de manera que, cuando x de las n primeras tuberías flexibles son cerradas por las citadas una o varias válvulas, siendo 1 <= x <= n-1, el primer distribuidor reparte el flujo del primer combustible en las n-x primeras tuberías flexibles que están abiertas para su inyección en la zona de combustión por el o los tubos de primer combustible unidos a las citadas primeras tuberías flexibles abiertas.

Description

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DESCRIPCION
Conjunto de quemador de flexibilidad reforzada
La presente invencion se refiere a un conjunto de quemador de flexibilidad reforzada y, en particular, a un tal quemador que quema combustible y/o de combustion escalonada.
Es bien sabido utilizar quemadores y, particularmente, quemadores de combustion escalonada, para el calentamiento de una carga en un horno, tal como un horno d fusion. Un ejemplo de un tal quemador se da en el documentos US 6 331 107 B1.
Es indispensable un mantenimiento regular del quemador para su buen funcionamiento. El mantenimiento de un quemador comprende generalmente la inspeccion del estado de los inyectores o tubos de combustible, su limpieza o su sustitucion.
Un tal mantenimiento necesita normalmente la puesta fuera de funcionamiento del quemador en la duracion del procedimiento de mantenimiento.
En el caso de un horno provisto de un solo quemador, la puesta fuera de funcionamiento del quemador corresponde a una parada del calentamiento del horno.
En el caso de un horno provisto de varios quemadores, se contempla en teona compensar la perdida de potencia, debida a la puesta fuera de funcionamiento de uno de los quemadores para su mantenimiento, por un aumento correspondiente de la potencia de los otros quemadores del horno. Sin embargo, una tal solucion entrana un cambio en el perfil termico del horno durante la puesta fuera de funcionamiento del quemador.
Es evidente que el control del campo de temperaturas en un horno industrial es esencial para el rendimiento del horno y para la calidad del producto que sale del horno.
Se deduce de lo que antecede que, debido al hecho de que el mantenimiento de un quemador implica su puesta fuera de funcionamiento, la operacion de mantenimiento del o de los quemadores de un horno industrial tiene un impacto negativo transitorio sobre el rendimiento del horno y/o la calidad del producto. Por otra parte, el mantenimiento del o de los quemadores es indispensable para la seguridad del horno y su productividad a mas largo plazo.
Existe por tanto la necesidad de poder al menos limitar los tiempos de parada de un quemador de un horno industrial durante su mantenimiento.
Otro problema importante al que deben hacer frente los operadores de hornos industriales es la inestabilidad del precio de los combustibles, tales como el gas natural.
En respuesta, los operadores de hornos industriales desean poder suscribir contratos de suministro intermitentes de combustible. Ello se concreta por un menor coste del combustible; pero, como contrapartida, los distribuidores pueden detener temporalmente el aprovisionamiento. Los clientes son prevenidos de antemano de la detencion del suministro y los contratos son negociados de manera que cuanto mas cortos son los retardos de informacion mas pequeno es el coste del combustible negociado.
Los operadores de un horno industrial deben ser capaces entonces de cambiar el tipo de combustible, por ejemplo sustituir el gas natural por combustible lfquido en un tiempo muy corto.
El paso de un quemador de un combustible a un segundo combustible necesita generalmente la sustitucion de los inyectores de combustible y por tanto, normalmente, una puesta fuera de funcionamiento del quemador. Esta operacion puede ocupar variar horas en el caso de reactivos fnos, pero puede extenderse a varios dfas en el caso de reactivos precalentados.
Los las razones indicadas anteriormente en relacion con el mantenimiento de los quemadores, existe una necesidad de poder limitar los tiempos de parada de un quemador de un horno industrial durante un tal cambio de un combustible por otro.
La presente invencion propone un conjunto de quemador que permite proceder al mantenimiento de los tubos de combustible sin tener que parar el quemador, incluso sin tener que disminuir la potencia del quemador.
La presente invencion propone igualmente un conjunto de quemador que permite el paso de un primer combustible a un segundo combustible o a una combinacion de varios combustibles, y viceversa, sin tener que detener el quemador o disminuir la potencia del quemador.
La presente invencion se refiere mas particularmente a un conjunto de quemador que comprende:
• un bloque quemador,
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• n tubos o inyectores de combustible llamados tubos de primer combustible, siendo n > 1,
• un dispositivo de alimentacion de comburente y
• un primer dispositivo de alimentacion de combustible.
Segun la invencion, el bloque quemador presenta una cara de entrada y una cara de salida, al menos un paso de comburente entre la cara de entrada y la cara de salida y al menos un paso de tubo de combustible entre la cara de entrada y la cara de salida. El citado bloque quemador es tal que pueden estar montados m tubos de combustible simultaneamente en el bloque quemador a traves de al menos un paso de tubo de combustible, siendo m > 1.
Cada uno de los tubos del primer combustible es apto para ser montado en el o en uno de los pasos de tubo de combustible y ser retirado del citado paso de tubo de combustible por la cara de entrada del bloque quemador. Para el mantenimiento de dichos tubos, es importante, en efecto, poder introducir y retirar los tubos sin que los tubos, el bloque quemador y en particular el o los pasos de tubo de combustible sean danados.
El dispositivo de alimentacion de comburente es apto para transportar un flujo de comburente desde una fuente de comburente hacia el bloque quemador para su inyeccion a traves de al menos un paso de comburente en una zona de combustion situada aguas abajo de la cara de salida.
De manera analoga, el primer dispositivo de alimentacion d combustible es apto para transportar un flujo de un primer combustible desde una fuente de primer combustible hacia el bloque quemador para su inyeccion en la zona de combustion a traves de uno de los pasos de tubos de combustible. Este primer dispositivo de alimentacion de combustible comprende una primera tubena de alimentacion, un primer caudalfmetro, un primer distribuidor y n primeras tubenas flexibles de alimentacion que unen el primer distribuidor a los n tubos de primer combustible. La primera tubena de alimentacion es mas particularmente apta para transportar el citado flujo del primer combustible desde la fuente de primer combustible hacia el primer distribuidor. El primer caudalfmetro es apto para regular el caudal de flujo del primer combustible desde la fuente del primer combustible hacia el primer distribuidor, y el primer distribuidor es apto para repartir el flujo del primer combustible en n flujos secundarios por las n primeras tubenas flexibles.
Las tubenas flexibles facilitan mucho la introduccion de los tubos de combustible en el o los pasos de tubo de combustible, asf como la retirada de los tubos de combustible de los citados pasos.
El conjunto de quemador segun la presente invencion se caracteriza principalmente por que el primer dispositivo de alimentacion de combustible comprende una o varias valvulas que permiten cerrar y abrir las n primeras tubenas flexibles una a una de manera que, cuando x de las n primeras tubenas flexibles son cerradas por las citadas una o varias valvulas, siendo 1 < x < n-1, el primer distribuidor reparte el flujo del primer combustible en las n-x primeras tubenas flexibles que estan abiertas para la inyeccion en la zona de combustion por el o los tubos de primer combustible vinculados a las citadas primeras tubenas flexibles abiertas.
El conjunto que quemador segun la invencion permite asf, durante el mantenimiento de uno, incluso eventualmente de varios, de sus tubos de primer combustible, mantener el conjunto de quemador en funcionamiento y ello sin tener que reducir el nivel de potencia suministrada por dicho conjunto de quemador a la zona de combustion. De esta manera, es fuertemente reducido el efecto del mantenimiento de los tubos del primer combustible sobre el perfil termico del horno, y por ello sobre la productividad del horno y/o la calidad del producto que sale del horno.
Evidentemente, cuando el numero x de las primeras tubenas flexibles cerradas por las citadas una o varias valvulas es igual a n-1, la totalidad del flujo del primer combustible es enviada a la unica primera tubena flexible dejada abierta por el primer distribuidor. Cuando estan cerradas todas las primeras tubenas flexibles, no es inyectado ningun flujo de primer combustible en la zona de combustion.
Cada primera tubena flexible puede, por ejemplo, estar provista de una valvula que permita abrir y cerrar esta tubena flexible. El primer dispositivo de alimentacion de combustible puede comprender igualmente una valvula que permita cerrar y abrir selectivamente una o varias de las primeras tubenas flexibles.
El conjunto de quemador puede comprender una unidad central de mando para la apertura y el cierre de las primeras tubenas flexibles por la o las valvulas del primer dispositivo de alimentacion de combustible y/o medios para el la operacion manual de esta o estas valvulas.
En el presente contexto se considera que una tubena flexible esta cerrada cuando no permite el paso de un flujo de combustible y que una tubena flexible esta abierta cuando permite el paso de un flujo de combustible a traves de la tubena flexible.
El primer combustible puede, en particular, ser un combustible gaseoso (tal como el gas natural) o un combustible lfquido, como el fuel oil.
Segun una forma de realizacion, el numero n de tubos del primer combustible es igual al numero m de de pasos de
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tubos de combustible en el bloque quemador.
Segun una forma de realizacion alternativa, el numero n de tubos del primer combustible es igual al numero m de pasos de combustible +1.
De ese modo, para un conjunto de quemador que tenga un funcionamiento normal, una inyeccion del primer combustible en la zona de combustion por medio de m tubos del primer combustible, esta forma de realizacion permite, durante la puesta fuera de funcionamiento de uno de los tubos del primer combustible para su mantenimiento por el cierre de la primera tubena flexible correspondiente, sustituir, en el bloque quemador, el tubo en mantenimiento por el m+1esimo tubo del primer combustible y abrir la primera tubena flexible que corresponda a este m+1esimo tubo de manera que se pueda operar el conjunto de quemador con m tubos del primer combustible durante el mantenimiento de uno de los tubos del primer combustible. De esta manera, se reduce aun mas claramente, incluso se elimina, el efecto del mantenimiento de los tubos del primer combustible sobre el perfil termico en el horno, y por tanto sobre la productividad del horno y/o la calidad del producto que sale del horno.
Es igualmente posible prever una fuente de combustible llamada de reserva, unida por medio de un dispositivo de alimentacion de combustible de reserva a un tubo de combustible de reserva, de manera que se pueda, para un conjunto de quemador que este en funcionamiento normal, efectuar una inyeccion del primer combustible en la zona de combustion por medio de m tubos del primer combustible, durante la puesta fuera de funcionamiento de uno de los m tubos del primer combustible para su mantenimiento por el cierre de la primera tubena flexible correspondiente, sustituir en el bloque quemador, el tubo de primer combustible en mantenimiento por este tubo de combustible de reserva y poder asf hacer funcionar el conjunto de quemador con m-1 tubos del primer combustible y el tubo de combustible de reserva durante el mantenimiento de uno de los tubos del primer combustible. Un tal modo de funcionamiento esta particularmente indicado en el caso de un horno u otra instalacion industrial que comprenda un numero importante de conjuntos de quemador.
El combustible de reserva puede ser igualmente un combustible gaseoso o lfquido. El combustible de reserva es ventajosamente un combustible lfquido, dada principalmente la facilidad de almacenamiento y de transporte de un tal combustible.
El combustible de reserva puede ser del mismo tipo (gaseoso, lfquido, ...) o de tipo diferente que el primer combustible. La composicion del combustible de reserva puede corresponder a, o ser diferente de, la composicion del primer combustible.
La presente invencion se refiere igualmente a un conjunto de quemador tal como el descrito anteriormente y que comprende igualmente:
• p tubos del segundo combustible, siendo p >1 y
• un segundo dispositivo de alimentacion de combustible.
Cada uno de los citados tubos del segundo combustible es apto para ser montado en el o en uno los pasos de tubos de combustible y para ser retirado del citado paso de tubo de combustible por la cara de entrada, como ya se ha indicado anteriormente para los tubos del primer combustible.
El segundo dispositivo de combustible es apto para transportar un flujo de un segundo combustible desde una fuente del segundo combustible hacia el bloque quemador para su inyeccion en la zona de combustion a traves de uno o de los pasos de combustible. El segundo dispositivo de alimentacion de combustible comprende una segunda tubena de alimentacion, un segundo caudalfmetro, un segundo distribuidor y p segundas tubenas flexibles que unen el segundo distribuidor a los p tubos del segundo combustible.
La segunda tubena de alimentacion es apta para transportar el flujo del segundo combustible desde la fuente del segundo combustible hacia el segundo distribuidor. El segundo caudalfmetro es apto para regular el caudal del flujo del segundo combustible desde la fuente del segundo combustible hacia el segundo distribuidor. El segundo distribuidor es apto para repartir el flujo de segundo combustible en p flujos secundarios por las p segundas tubenas flexibles.
Segun esta forma de realizacion de la invencion, el segundo dispositivo de alimentacion de combustible comprende una o varias valvulas que permiten cerrar y abrir las p segundas tubenas flexibles una a una de manera que, cuando y de las p segundas tubenas flexibles son cerradas por las citadas una o varias valvulas, siendo 1 < y < p-1, el segundo distribuidor reparte el flujo de segundo combustible por la o las p-y segundas tubenas flexibles que estan abiertas para su inyeccion en la zona de combustion por el o los tubos del segundo combustible unidos a dicha o dichas segundas tubenas flexibles abiertas.
Cada segunda tubena flexible puede, por ejemplo, estar provista de una valvula que permita abrir y cerrar esta tubena flexible. El segundo dispositivo de alimentacion de combustible puede comprender igualmente una valvula que permita cerrar y abrir selectivamente una o varias de las segundas tubenas flexibles.
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El conjunto de quemador puede comprender una unidad central de mando para la apertura y el cierre de las segundas tubenas flexibles por medio de la o las valvulas del segundo dispositivo de alimentacion de combustible y/o medios para el accionamiento manual de estas valvulas.
El segundo combustible puede ser en particular un combustible gaseoso o un combustible lfquido.
El segundo combustible puede del mismo tipo (gaseoso, lfquido, ...) que el primer combustible, pero es lo mas frecuente en la practica que sea de tipo diferente.
Cuando se hace referencia a un combustible de reserva, el combustible de reserva puede ser igualmente un combustible gaseoso o lfquido. El combustible de reserva es ventajosamente un combustible lfquido, tal como fuel oil, principalmente dada la facilidad de almacenamiento y de transporte de un tal combustible.
El numero n de tubos del primer combustible puede ser igual al numero p de tubos del segundo combustible.
El numero p de tubos del segundo combustible puede ser igual al numero m de pasos de tubos de combustible del bloque quemador.
Como ya se ha descrito mas arriba a proposito de los tubos del primer combustible, el numero p de tubos del segundo combustible puede ser igual al numero m de pasos de tubos de combustible +1.
Los conjuntos de quemador que comprenden 2 pasos de combustible (m = 2) han mostrado ser particularmente practicos para numerosas aplicaciones, y particularmente para hornos de fusion.
El conjunto de quemador segun la invencion puede ser utilizado en combustiones con aire, pero se muestra particularmente util para aplicaciones en combustion con oxfgeno. La invencion se refiere por tanto, en particular, a un conjunto de quemador en el cual la fuente de comburente es una fuente de comburente que tenga un contenido de oxfgeno de al menos 80% en volumen, de preferencia de al menos 90% en volumen.
El conjunto de quemador segun la invencion es particularmente ventajoso para la combustion escalonada.
El procedimiento de combustion escalonada de los combustibles consiste en dividir la cantidad de comburente necesaria para la combustion total del combustible en al menos dos flujos de comburente introducidos en la zona de combustion a diferentes distancias de la inyeccion del o de los flujos de combustible en esta zona de combustion. De ese modo, al menos un primer flujo de comburente es inyectado a muy poca distancia de, o junto con, el o los flujos de combustible. El comburente inyectado por este o estos flujos de comburente inyectado(s) mas proximos o con el o los flujos de combustible se denomina comburente primario. Este permite particularmente la combustion parcial del combustible a una temperatura controlada que limita, por ejemplo, la formacion de los NOx. El o los otros flujos de comburente son inyectados en la zona de combustion a mas grande distancia del combustible que el comburente primario. El comburente asf inyectado permite conseguir la combustion del combustible que no haya reaccionado con el comburente primario. El comburente inyectado por este o estos ultimos flujos se denomina comburente secundario.
El documento WO 02/081967 describe un procedimiento que permite poner en practica este tipo de procedimiento de combustion escalonada. El oxidante es separado en tres flujos distintos, que son inyectados a diferentes distancias del punto de inyeccion del combustible y a diferentes velocidades. Asf, un primer chorro de oxidante es inyectado con una velocidad elevada al centro del chorro de combustible. A continuacion, un segundo chorro de oxidante es inyectado con una velocidad mas pequena a una primera distancia del chorro de combustible. Finalmente, un tercer chorro de oxidante es inyectado a una segunda distancia del chorro de combustible, siendo esta segunda distancia superior a la primera distancia.
La invencion se refiere por tanto igualmente a un conjunto de quemador en el cual el dispositivo de alimentacion de comburente es apto para transportar varios flujos de comburente desde una fuente de comburente hacia el boque quemador para su inyeccion a traves del al menos un paso de comburente en la zona de combustion, siendo al menos uno de dichos flujos un flujo de de comburente secundario inyectado en la zona de combustion a traves de un paso de comburente situado a una distancia ds > 0 del o de los paso de tubo de combustible y siendo al menos uno de dichos flujos de comburente un flujo de comburente primario inyectado en la zona de combustion a traves del o de uno de los pasos de tubo de comburente o a traves de un paso de comburente situado a una distancia dp del o de los pasos de tubo de combustible, siendo 0 < dp < ds.
Segun una forma de realizacion que permite estabilizar del mejor modo la llama en la zona de combustion, al menos uno de los flujos de comburente es un flujo de comburente primario inyectado a traves del o de los pasos de tubo de combustible alrededor de uno o de los tubos de combustible.
Se sabe utilizar un comburente a temperatura elevada, a saber, una temperatura de al menos 100°C, incluso de varios cientos de grados, para mejorar el rendimiento energetico de la combustion.
Los inventores han propuesto principalmente, en la solicitud EP-A-1995543, intercambiadores termicos que permitan
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calentar el oxfgeno de manera satisfactoria.
El encaminamiento de un oxidante caliente impone la utilizacion de medios concretos, generalmente fijos, que no se presten a las operaciones frecuentes de mantenimiento citadas en lo que antecede.
Segun una forma de realizacion de la invencion para la combustion escalonada, el dispositivo de alimentacion de comburente comprende medios para el calentamiento de al menos un flujo de comburente secundario a una temperatura de al menos 100°C aguas arriba del bloque quemador, no comprendiendo el citado dispositivo de alimentacion de comburente medios para el calentamiento de al menos un flujo de comburente primario. El citado comburente primario, que es inyectado en la zona de combustion a traves del o de uno de los pasos de tubos de comburente o a traves de uno o de los pasos de comburente situados a una distancia dp del o de los pasos de tubos de combustible, no es pues calentado o precalentado de una temperatura de 100°C o mas a la entrada del bloque quemador.
En el presente contexto, los terminos «calentado» y «precalentado» son utilizados de manera intercambiable.
De preferencia, el comburente secundario es precalentado a una temperatura a la entrada del bloque quemador entre 100°C y 650°C, de preferencia entre 100°C y 600°C, e incluso de preferencia entre 350°C y 550°C.
Esta forma de realizacion permite mejorar el rendimiento energetico gracias a la utilizacion de un comburente precalentado para el comburente secundario, mientras conserva la flexibilidad reforzada del quemador segun la invencion, particularmente en lo que concierne al mantenimiento de los tubos de combustible y/o el paso de un primer combustible a un segundo combustible o a una combinacion de varios combustibles, y ello gracias a la utilizacion de un comburente no precalentado para el comburente primario.
Para conservar en el sistema la ventaja del equilibrio energetico inherente a la utilizacion de un comburente precalentado, el comburente primario no precalentado no suministra mas que una pequena fraccion del conjunto del comburente necesario para la combustion total de combustible. Esta fraccion es, de manera util, inferior a 10% del conjunto del comburente. Ventajosamente, esta proporcion esta comprendida entre 1,5 y 7% del conjunto de comburente necesario para asegurar la combustion completa del combustible.
Se comprendera que el beneficio de la utilizacion de un comburente caliente no sea sensiblemente afectado por esta fraccion muy limitada de comburente no calentado.
Por no (pre)calentado es necesario entender que el comburente (primario) se encuentra en las condiciones de temperatura esencialmente ambientales que prevalecen en el trayecto que lo dirige hacia el horno. Al paso por las paredes refractarias del horno, su temperatura se eleva necesariamente. La temperatura del comburente no (pre)calentado es de preferencia la temperatura ambiente y no debe superar un centenar de grados Celsius, siendo, sin embargo, la temperatura en la proximidad del horno sensiblemente mas elevada que la de la atmosfera distanciada del horno.
El comburente primario y el comburente secundario pueden tener una composicion identica o diferente. Cuando el comburente primario y el comburente secundario tienen una misma composicion, pueden ser suministrados por una misma fuente de comburente, tal como, por ejemplo, una unidad de separacion de gas del aire, atravesando el comburente secundario, aguas arriba del bloque quemador, medios para el precalentamiento del citado comburente secundario, tales como principalmente intercambiadores de calor, mientras que el comburente primario no atraviesa medios para su precalentamiento aguas arriba del bloque quemador.
El bloque quemador puede consistir en un solo ladrillo. El bloque quemador puede igualmente, de manera ventajosa, estar constituido por un conjunto de varios ladrillos, tfpicamente de ladrillos refractarios. Cuando el bloque quemador consiste en varios ladrillos, los citados ladrillos pueden estar espaciados, particularmente cuando el conjunto de quemador esta montado en una pared del horno. La utilizacion de un bloque quemador que consiste en varios ladrillos permite en particular un escalonamiento mas espaciado de la combustion, es decir: la inyeccion de al menos un chorro de comburente secundario a una distancia mas grande de la o de las inyecciones de combustible. Un bloque quemador que consista de varios ladrillos puede permitir igualmente una inyeccion mas espaciada de diferentes chorros de combustible.
Como ya se ha indicado anteriormente, la invencion se refiere particularmente a un conjunto de quemador en el cual el bloque quemador esta montado en una pared del horno, estando situada en el interior del horno la zona de combustion aguas abajo de la cara de salida. La invencion se refiere igualmente a un horno que comprenda un tal conjunto de quemador.
La invencion se refiere tambien a la utilizacion de uno o varios de estos conjuntos de quemador para efectuar la combustion de comburente y combustible en una zona de combustion y en particular en una tal zona de combustion en el interior de un horno, asf como a cualquier procedimiento de combustion por medio de un conjunto de quemador o de un horno segun la invencion.
La invencion se refiere principalmente a la utilizacion de uno o varios conjuntos de quemador para efectuar la
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combustion escalonada en la zona de combustion y, en particular, de la combustion escalonada con uno o mas flujos de comburente primario no calentado y uno o mas flujos de comburente secundario calentado.
Ejemplos
Las ventajas de la presente invencion se pondran de manifiesto mas claramente de la descripcion detallada a modo de ejemplo dada a continuacion con referencia a las figuras 1 a 6, en las cuales:
• la figura 1 es una representacion esquematica del funcionamiento de los dispositivos de alimentacion de combustible y comburente de un conjunto de quemador de combustion escalonada segun la invencion,
• las figuras 2 y 3 son representaciones esquematicas del funcionamiento de los dispositivos de alimentacion
de combustible y comburente de un modo de realizacion de un conjunto de quemador de combustion
escalonada segun la invencion con un tubo de reserva de primer combustible unido al primer distribuidor
antes y durante un procedimiento de mantenimiento de un tubo de primer combustible,
• la figura 4 es una representacion esquematica del funcionamiento de los dispositivos de alimentacion de combustible y comburente de un modo de realizacion de un conjunto de quemador de combustion escalonada segun la invencion con un tubo de reserva unido a una fuente de combustible de reserva,
• las figuras 5 y 6 son representaciones esquematicas del funcionamiento de los dispositivos de alimentacion
de combustible y comburente de un modo de realizacion de un conjunto de quemador de combustion
escalonada segun la invencion durante y despues del cambio de un primer combustible por un segundo
combustible.
En la figura 1, la primera tubena de alimentacion 100 del primer dispositivo de alimentacion de combustible une una fuente de primer combustible (no ilustrada) al primer distribuidor 101. El flujo del primer combustible desde la fuente de primer combustible hacia el primer distribuidor es regulado por un primer caudalfmetro (no ilustrado).
El primer distribuidor 101 esta unido a los dos tubos del primer combustible 110 y 111 por las dos primeras tubenas flexibles 120 y 121 (n = 2).
Cada uno de los dos tubos del primer combustible 110 y 111 se encuentra en el interior de un paso de tubo de combustible 500, 501 entre la cara de entrada y la cara de salida 503 del bloque (m = 2).
El primer dispositivo de alimentacion de combustible comprende igualmente dos valvulas 130 y 131 que permiten cerrar y abrir las primeras tubenas flexibles 120 y 121 individualmente.
La segunda tubena de alimentacion 200 del segundo dispositivo de alimentacion de combustible une una fuente de segundo combustible (no ilustrada) al segundo distribuidor 201. El segundo dispositivo de alimentacion comprende un segundo caudalfmetro (no ilustrado) para la regulacion de un flujo de segundo combustible desde la fuente de segundo combustible hacia el segundo distribuidor. El segundo dispositivo de alimentacion comprende igualmente dos segundas tubenas flexibles 220 y 221 para conectar el segundo distribuidor a dos tubos de segundo combustible (no ilustrados) (p = 2), pudiendo cada segunda tubena flexible ser abierta y cerrada mediante las valvulas 230 y 231.
El dispositivo de alimentacion de comburente comprende dos tubenas de alimentacion de oxidante secundario 504 para el transporte de oxidante secundario hacia dos pasos de oxidante secundario 506, 507 situados a una distancia ds de los pasos de combustible 110, respectivamente 111.
El dispositivo de alimentacion de comburente comprende igualmente un sistema de alimentacion de oxidante primario. En la forma de puesta en practica ilustrada en las figuras, el sistema de alimentacion de oxidante primario comprende una tubena de alimentacion de oxidante primario 508 y un distribuidor de oxidante primario 509. El distribuidor de oxidante primario 509 esta unido a los pasos de combustible 500 y 501 por conducciones 510, 511. El oxidante primario es inyectado en la zona de combustion 512 a traves de una zona anular alrededor de los tubos de combustible 110 y 111 en los pasos de combustible 500 y 501 (dp = 0). El oxidante primario asf inyectado alrededor de un tubo de combustible es generalmente denominado «oxidante de ganancia». Las dos valvulas 530 y 531 permiten abrir y cerrar las dos conducciones de oxidante primario 510 y 511.
Para cambiar el tipo de comestible o realizar el mantenimiento de uno de los m tubos del primer combustible (aqrn m=2), al tiempo que se mantiene el quemador encendido y a una potencia constante, es necesario realizar las etapas siguientes:
(a) Cerrar la primera tubena flexible 120 (121) correspondiente al tubo del primer combustible 110 (111) indicado. Este cierre se realiza cerrando la valvula 130 (131). La totalidad del flujo del primer combustible, por ejemplo gas natural, es entonces desviado automaticamente hacia las m-1 (aqrn, m-1=1) primeras tubenas flexibles todavfa abiertas 121 (120) y por tanto hacia los m-1 tubos correspondientes del primer combustible 131 (130). La potencia del quemador se mantiene igual.
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(b) Detener la circulacion de oxidante de ganancia alrededor del tubo del primer combustible indicado 120(121) con el fin de poder efectuar la retirada de este tubo del paso de tubo de combustible 500 (501) cerrando la conduccion de oxidante primario 510 (511) por medio de la valvula 530 (531). La totalidad del flujo de oxidante de ganancia es entonces desviado hacia los pasos de combustible 501 (500) en los que se encuentran los m-1 tubos de combustible siempre en funcionamiento 121 (120) (aqrn, m-1=1).
(c) Retirar el tubo de primer combustible detenido y realizar eventualmente el mantenimiento necesario.
En el caso de una operacion puramente de mantenimiento, despues del mantenimiento o la sustitucion del tubo del primer combustible en cuestion, es recorrido el procedimiento inverso: el tubo del primer combustible detenido 110 (111) es reintroducido en su paso de tubo de combustible 500 (501); se recomienza la circulacion de oxidante de ganancia alrededor de este tubo de primer combustible 110 (111) en este paso de tubo de combustible 500 (501) abriendo la conduccion de oxidante primario 510 (511) por medio de la valvula 530 (531), y abrir la primera tubena flexible 120 (121) correspondiente a este tubo del primer combustible 110 (111) por medio de la valvula 130 (131). Entonces es distribuida automaticamente la totalidad del flujo de primer combustible hacia las m (aqrn, m = 2) primeras tubenas flexibles 121 y 120 y por tanto hacia los m tubos del primer combustible 131 y 130.
Segun este ejemplo, el conjunto de quemador opera con m-1 tubos del primer combustible durante el mantenimiento de uno de los tubos del primer combustible. La potencia del quemador puede permanecer constante durante el procedimiento de mantenimiento y el impacto sobre la productividad del horno y/o sobre la calidad del producto que sale del horno es fuertemente limitado.
El conjunto de quemador ilustrado en la figura 2 permite limitar de antemano el impacto de un procedimiento de mantenimiento o de cambio de tubos de combustible sobre la productividad del horno y/o sobre la calidad del producto que sale del horno, particularmente en el caso en que el operador desee o se vea obligado a hacer un mantenimiento de larga duracion.
El primer dispositivo de alimentacion de combustible del conjunto de quemador segun la figura 2, comprende un m+1esimo tubo del primer combustible 112, una m+1esima primera tubena flexible 122 unida al primer distribuidor 101, y una m+1esima valvula 132 que permite abrir o cerrar la m+1esima primera tubena flexible 122 (aqrn m1 = 3).
Antes del procedimiento de mantenimiento, se cierra la primera tubena flexible 122 y el tubo de primer combustible 112 es puesto fuera de funcionamiento.
Durante el mantenimiento de, por ejemplo, el tubo del primer combustible 110, el operador puede, despues de la etapa (c) anterior:
(d) sustituir el tubo de primer combustible 110 por un tubo del mismo combustible 112 previamente unido al primer distribuidor 101 del citado comestible,
(e) recomenzar la circulacion de oxidante de ganancia en el paso de tubo de combustible 500, esta vez alrededor del tubo de primer combustible 112 abriendo la conduccion de oxidante primario 510 por medio de la valvula 530, y
(f) abrir la primera tubena flexible 122 correspondiente a este tubo de primer combustible 112 por medio de la valvula 132.
Como se muestra en la figura 3, la totalidad del flujo del primer combustible es entonces redistribuido automaticamente hacia las m (aqrn, m = 2) primeras tubenas flexibles 122 y 121 y por tanto hacia los m tubos de primer combustible 132 y 131. El mantenimiento del tubo 110 puede ser efectuado entonces mientras el conjunto de quemador funciona en regimen normal.
La figura 4 muestra un modo de realizacion alternativo del conjunto de quemador segun la invencion.
En el caso en que el operador desee o se vea obligado a efectuar un mantenimiento de larga duracion de, por ejemplo, el tubo de primer combustible 110, el operador puede, despues de la etapa (c) anterior:
(g) sustituir el tubo de primer combustible 110 por un tubo de combustible de reserva 310 unido a una fuente de combustible de reserva (no ilustrada), tal como, por ejemplo, una fuente de fuel oil. El tubo de combustible de reserva 310 es un tubo espedficamente concebido para la inyeccion del citado combustible de reserva.
(h) recomenzar la circulacion de oxidante de ganancia en el paso de tubo de comestible 500, esta vez alrededor del tubo de combustible de reserva 310, abriendo la conduccion de oxidante 510 por medio de la valvula 530, y
(i) abrir la tubena flexible de reserva 320, unida al tubo de combustible de reserva, por medio de la valvula 330 y regular el flujo de combustible de reserva hacia el tubo de combustible de reserva 310 y el flujo de primer combustible hacia los m-1 tubos de primer combustible 111 unidos a las m-1 primeras tubenas flexibles
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abiertas 121 (aqrn m-1 = 1) de manera que se consiga la potencia buscada para el conjunto de quemador.
En el caso preciso del fuel oil, o de otros combustibles Kquidos, en calidad de combustible de reserva, cada tubo de fuel oil 310 es igualmente alimentado por un fluido de atomizacion. En preciso por tanto prever una tubena flexible 420 para este fluido de atomizacion con su valvula asociada 430. El operador abre la valvula 430 antes de abrir la valvula 330 del fuel oil, que es en este caso el combustible de reserva. Con el fin de llegar a la potencia nominal, el operador disminuye, manualmente o por medios automaticos, la potencia del combustible 1 al tiempo que aumenta la potencia del combustible 2 hasta la mitad de la potencia del quemador, todo ello respetando las consignas de caudal del fluido de atomizacion.
Como se muestra en la figura 4, el conjunto de quemador opera entonces en regimen mixto con inyeccion en la zona de combustion, por una parte, de un flujo del primer combustible y, por otra parte, de un flujo de combustible de reserva. Entonces se puede efectuar el mantenimiento del tubo 110 mientras que el conjunto de quemador funciona en regimen mixto con un impacto mmimo sobre la productividad del horno y/o la calidad del producto que sale del horno.
Para sustituir completamente el primer combustible por el segundo combustible en el modo de realizacion ilustrado en la figura 1, es necesario, como se ilustra en las figuras 5 y 6, seguir un escenario analogo para la sustitucion de los m tubos de primer combustible (aqrn, m = 2) por los p tubos del segundo combustible (aqrn, m = 2).
Despues de la etapa (c) anterior se:
(j) sustituye el tubo de primer combustible 110 por un tubo de segundo combustible 210 unido al segundo distribuidor 201 del segundo combustible,
(k) recomienza la circulacion de oxidante de ganancia en el paso de tubo de combustible 500, esta vez alrededor del tubo de segundo combustible 210 abriendo la conduccion de oxidante primario 510 por medio de la valvula 530, y
(l) abre la segunda tubena flexible 220 correspondiente a este tubo de segundo combustible 210 por medio de la valvula 230 regulando el flujo de los combustibles primero y segundo hacia los tubos de combustible 111 y 210 unidos a las tubenas flexibles primeras y segundas abiertas 121 y 220 de manera que se consiga la potencia buscada para el conjunto de quemador.
El conjunto de quemador opera entonces (figura 5) en regimen mixto con inyeccion en la zona de combustion, por una parte, de un flujo del primer combustible y, por otra parte, por un flujo del segundo combustible.
Se repiten a continuacion las etapas (j) a (l) para la sustitucion de los m-1 (aqrn, m-1 = 1) otros tubos de primer combustible 111 por tubos de segundo combustible 121 para llegar a un funcionamiento del conjunto de quemador unicamente con un flujo del segundo combustible (figura 6) y a la potencia buscada.
Se ese modo, el conjunto de quemador segun la invencion permite pasar de un primer combustible a un segundo combustible, incluso a un regimen mixto de dos combustibles, sin tener que detener el conjunto de quemador y sin tener que disminuir la potencia del conjunto de quemador y con un impacto mmimo sobre la productividad del horno y/o sobre la calidad del producto que sale del horno.
Las observaciones anteriores referentes a los tubos de combustible lfquido se aplican evidentemente al conjunto de los tubos de combustible lfquido, que pueden ser tubos del primer combustible, tubos del segundo combustible o tubos de reserva.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Conjunto de quemador que comprende:
    • un bloque quemador que presenta una cara de entrada y una cara de salida (503), al menos un paso de
    comburente (506, 507) entre la cara de entrada y la cara de salida y al menos un paso de tubo de
    combustible (500, 501) entre la cara de entrada y la cara de salida, siendo el bloque quemador tal que pueden ser montados simultaneamente en el bloque quemador m tubos de combustible a traves del al menos un paso de tubo de combustible (500, 501), siendo m > 1,
    • n tubos de primer combustible (110, 111), con n > 1, siendo apto cada tubo de primer combustible (110, 111)
    para ser montado en el o en uno de los pasos de tubo de combustible (500, 501) y para ser retirado del
    citado paso de tubo de combustible (500, 501) por la cara de entrada del bloque quemador,
    • un dispositivo de alimentacion de comburente apto para transportar un flujo de comburente desde una fuente de comburente hacia el bloque quemador para su inyeccion a traves del al menos un paso de comburente (506, 507) en una zona de combustion situada aguas abajo de la cara de salida (503),
    • un primer dispositivo de alimentacion de combustible apto para transportar un flujo de un primer combustible desde una fuente de primer combustible hacia el bloque quemador para su inyeccion en la zona de combustion a traves de uno o de los pasos de combustible (500, 501), comprendiendo el primer dispositivo de alimentacion de combustible una primera tubena (100) de alimentacion, un primer caudalfmetro, un primer distribuidor (101) y n primeras tubenas flexibles (120, 121) que unen el primer distribuidor a los n tubos de primer combustible (110, 111),
    i. siendo apta la primera tubena de alimentacion para transportar el flujo del primer combustible desde la fuente de primer combustible hacia el primer distribuidor,
    ii. siendo apto el primer caudalfmetro para regular el caudal del flujo del primer combustible desde la fuente de primer combustible hacia el primer distribuidor,
    iii. siendo apto el primer distribuidor para repartir el flujo de primer combustible en n flujos secundarios por n primeras tubenas flexibles,
    caracterizado por que:
    • el primer dispositivo de alimentacion de combustible comprende una o varias valvulas (130, 131) que permiten cerrar y abrir las n primeras tubenas flexibles una a una de manera que, cuando x de las n primeras tubenas flexibles son cerradas por las citadas una o varias valvulas, siendo 1 < x < n-1, el primer distribuidor reparte el flujo del primer combustible en las n-x primeras tubenas flexibles que estan abiertas para su inyeccion en la zona de combustion por el o los tubos de primer combustible unidos a las citadas primeras tubenas flexibles abiertas.
  2. 2. Conjunto de quemador segun la reivindicacion 1, en el que n = m
  3. 3. Conjunto de quemador segun la reivindicacion 1, en el que n = m + 1.
  4. 4. Conjunto de quemador segun una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende igualmente:
    • p tubos de segundo combustible (210, 211), siendo p > 1, siendo apto cada tubo de segundo combustible para ser montado en el o en uno de los pasos de tubo de combustible (500, 501) y para ser retirado del citado paso de tubo de combustible por la cara de entrada,
    • un segundo dispositivo de alimentacion de combustible apto para transportar un flujo de un segundo combustible desde una fuente de segundo combustible hacia el bloque quemador para su inyeccion en la zona de combustion (512) a traves de uno o de los pasos de tubo de combustible (500, 501), comprendiendo el segundo dispositivo de alimentacion de combustible una segunda tubena de alimentacion (200), un segundo caudalfmetro, un segundo distribuidor (201) y p segundas tubenas flexibles (220, 221) que unen el segundo distribuidor a los p tubos de segundo combustible,
    i. siendo la segunda tubena de alimentacion apta para transportar el flujo del segundo combustible desde la fuente de segundo combustible hacia el segundo distribuidor,
    ii. siendo apto el segundo caudalfmetro para regular el caudal del flujo del segundo combustible hacia el segundo distribuidor,
    iii. siendo el segundo distribuidor apto para repartir el flujo de segundo combustible en p flujos secundarios por las p segundas tubenas flexibles,
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    caracterizado por que:
    • el segundo dispositivo de alimentacion de combustible comprende una o varias valvulas (230, 231) que permiten cerrar y abrir las p segundas tubenas flexibles una a una de manera que, cuando y de las p segundas tubenas flexibles son cerradas por las citadas una o varias valvulas, siendo 1 < y < p-1, el segundo distribuidor reparte el flujo de segundo combustible por la o las p-y segundas tubenas flexibles que estan abiertas para la inyeccion en la zona de combustion por el o los tubos de segundo combustible unidos a las ciadas segundas tubenas flexibles abiertas.
  5. 5. Conjunto de quemador segun la reivindicacion 4, en el que n = p.
  6. 6. Conjunto de quemador segun la reivindicacion 4 o la 5, en el que p = m.
  7. 7. Conjunto de quemador segun la reivindicacion 4 o la 5, en el que p = m + 1.
  8. 8. Conjunto d quemador segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que m = 2.
  9. 9. Conjunto de quemador segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente de comburente es una fuente de comburente que tiene un contenido de oxfgeno de al menos 80% en volumen, de preferencia de al menos 90% en volumen.
  10. 10. Conjunto de quemador segun una de las reivindicaciones precedentes para la combustion escalonada, en el que el dispositivo de alimentacion de comburente es apto para transportar varios flujos de comburente hacia el bloque quemador para su inyeccion en la zona de combustion (512):
    • siendo al menos uno de dichos flujos de comburente un flujo de comburente secundario inyectado en la zona de combustion a traves de un paso de comburente (506, 507) situado a una distancia ds > 0 del o de los pasos de tubo de combustible (500, 501) y
    • siendo al menos uno de dichos flujos de comburente un flujo de comburente primario inyectado en la zona de combustion
    - a traves del paso o de uno de los pasos de tubo de combustible (500, 501) o
    - a traves de un paso de comburente situado a una distancia dp del o de los pasos de tubo de combustible, siendo dp < ds.
  11. 11. Conjunto de quemador segun la reivindicacion 12, en el que al menos uno de los flujos de comburente es un flujo de comburente primario inyectado a traves del paso o de uno de los pasos de tubo de combustible (500, 501) y alrededor de uno de de los tubos de combustible (500, 501).
  12. 12. Conjunto que quemador segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que el bloque quemador es un conjunto de varios ladrillos refractarios.
  13. 13. Conjunto de quemador segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que el bloque quemador esta montado en una pared de un horno, estando situada en el interior del horno la zona de combustion (512) de aguas abajo de la cara de salida (503).
  14. 14. Horno que comprende un conjunto de quemador segun la reivindicacion 13.
  15. 15. Procedimiento de combustion por medio de un conjunto de quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 o por medio de un horno segun la reivindicacion 14.
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