ES2203033T3 - Procedimiento de calentamiento de un horno. - Google Patents
Procedimiento de calentamiento de un horno.Info
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Abstract
La invención se refiere a un procedimiento para calentar un horno que comprende al menos un quemador susceptible de funcionar con un carburante cuyo contenido en oxígeno puede variar; en un primer periodo (P1) se alimenta el quemador con oxígeno, esencialmente puro, con el fin de suministrar un elevado aporte energético de calefacción; en un segundo periodo (P2) se alimenta el quemador con un carburante cuyo contenido en oxígeno varía esencialmente entre el 100% y el 21%; en un tercer periodo (P3) se alimenta el quemador con un carburante cuyo contenido en oxígeno es mínimo, y que corresponde a un periodo de vigilia que no necesita mas que un débil aporte energético de calefacción. Este procedimiento permite optimizar el uso del horno en función de los rendimientos térmicos buscados y costes de puesta en marcha del carburante.
Description
Procedimiento de calentamiento de un horno.
La invención se refiere a un procedimiento de
calentamiento de un horno que comprende al menos un quemador
susceptible de funcionar con un comburente cuyo contenido en
oxígeno puede variar. Tales quemadores, se describen por ejemplo
por los documentos EP-192.682 y
EP-432.153, están adaptados para diversas
situaciones.
La mayoría de los hornos industriales como
hornos de fusión u hornos de recocido están equipados con
quemadores que funcionan con aire como comburente.
En cada aplicación de estos quemadores, se
eligen un comburente determinado, por ejemplo constituido por aire
enriquecido con oxígeno, manteniéndose el contenido en oxígeno del
comburente constante en funcionamiento.
El documento
GB-A-1.514.842 describe un
procedimiento en el cual se añade oxígeno periódicamente al aire
comburente para fundir cargas sucesivas de chatarra en un horno;
tras lo cual se corta la alimentación de oxígeno y se realiza el
refinado con únicamente aire como comburente. Se trata por
consiguiente de un quemador convencional "dopado" mediante
oxígeno en la llama, no considerando este documento la utilización
de oxígeno puro.
El documento
US-A-4.931.013 describe la
realización de un quemador "dopado" por una lanza de oxígeno
puro cuya inyección al aire de combustión enriquece su contenido en
oxígeno hasta un 35%. Así en una primera fase se queman
completamente hidrocarburos gracias a este "dopado" con
oxígeno, luego la inyección de oxígeno puro se corta y el proceso
se continua con solamente aire enriquecido en oxígeno.
El Patents Abstracts de Japón vol. 098 n° 003
del 27.2.1998 (JP-09-30728) se
refiere a un método de cremación en el cual en el transcurso de una
primera fase, se utiliza un quemador convencional; en una segunda
fase con el fin de poder proceder a la cremación de artículos
difíciles de quemar, se utiliza además una lanza que inyecta sobre
estos, por fuera del quemador, una mezcla de aire y de oxígeno.
En todos estos procedimientos conocidos, la
alimentación de aire nunca se corta, y el contenido del comburente
en oxígeno no sobrepasa nunca el 35%.
Ahora bien, en función de los hornos y de las
aplicaciones particulares consideradas de estos, y de
consideraciones relacionadas con los rendimientos térmicos y con el
coste de funcionamiento, puede mostrarse ventajoso poder modular el
contenido en oxígeno en un ámbito mucho más amplio que del 21 al
35%. En efecto, un contenido del 21% de oxígeno es el del aire,
comburente no costoso pero cuyos rendimientos térmicos son
modestos. A la inversa un comburente constituido por oxígeno
aproximadamente puro proporciona mucho rendimiento, pero es
costoso. Ahora bien los quemadores conocidos según el estado de la
técnica no permiten una optimización de este tipo relacionada con
los rendimientos térmicos en relación al coste económico.
La invención trata por consiguiente de proponer
un procedimiento de calentamiento optimizado y económico para el
conjunto de aplicaciones de los quemadores en cuestión.
A este respecto, la invención tiene por objeto
un procedimiento de calentamiento de un horno que comprende al
menos un quemador susceptible de funcionar con un comburente cuyo
contenido en oxígeno puede variar, caracterizado porque:
- a)
- en un primer período (P1) el quemador se alimenta con oxígeno sensiblemente puro con el fin de proporcionar un aporte energético de calentamiento elevado,
- b)
- en un segundo período (P2) el quemador se alimenta mediante un comburente cuyo contenido en oxígeno varía entre sensiblemente el 100% y el 21% en función de consideraciones relativas a los rendimientos térmicos buscados y a los costes de realización de este comburente,
- c)
- y en un tercer período (P3) el quemador se alimenta mediante un comburente cuyo contenido en oxígeno es mínimo, y que corresponde a un período de espera que solo necesita un pequeño aporte energético de calentamiento.
Según otras características de la invención:
- durante el segundo período se inyecta por
separado en el quemador, por un lado oxígeno puro y por otro lado
aire,
- durante el tercer período se inyecta en el
quemador únicamente aire,
- el indicado primer período que necesita un
aporte energético de calentamiento elevado corresponde a un
calentamiento intenso comprendido el caso de un período de
fusión,
- para un horno de carga por tandas, el indicado
primer período corresponde a la subida en temperatura del
producto. Para un horno continuo este primer período corresponde a
una cadencia de producción elevada, es decir a una exigencia de
calentamiento importante,
- se regulan los caudales de combustible y de
aire a un nivel tal que la potencia de calentamiento de dicho al
menos un quemador es aproximadamente del 50 al 60% de la potencia
nominal del quemador durante el primer período.
Otras particularidades y ventajas de la
invención se desprenderán de la descripción siguiente, dada a
título de ejemplo, sin carácter limitativo, con respecto a los
dibujos adjuntos en los cuales:
La figura 1 muestra una vista en sección de que
quemador que funciona con comburentes diferentes cuyo contenido en
oxígeno se encuentra comprendido entre aproximadamente el 21% y
prácticamente el 100% en moles, y
La figura 2 muestra un gráfico que ilustra un
ciclo de realización para calentar un horno de fusión según el
procedimiento de la invención.
La figura 1 representa un quemador 1 que
funciona con comburentes diferentes cuyo contenido en oxígeno se
encuentra comprendido entre aproximadamente un 21% y prácticamente
el 100% en moles y destinado para ser instalado en un horno,
particularmente un horno de vidrio, un horno rotativo de fusión de
arrabio o un horno de recocido.
Este quemador 1 comprende tres conductos 3, 5 y
7 de traída de gas en una abertura lateral 9 que desemboca en una
zona de combustión de un horno no representado. Estos tres
conductos 3, 5 y 7 están dispuestos concéntricamente alrededor de
un eje X-X del quemador 1.
El conducto 3 está conectado por su extremo 11
de entrada de gas con un órgano 13 de regulación de caudal de un
combustible tal como por ejemplo el gas natural.
El conducto anular intermediario 5 comprende un
extremo de entrada 15 conectado con un órgano 17 de regulación de
caudal de oxígeno prácticamente puro, es decir de un comburente cuyo
contenido en oxígeno excede el 90% en moles aproximadamente.
El conducto anular periférico 7 comprende una
entrada 19 de aire. Este conducto 7 es alimentado por un órgano 21
de regulación de caudal de aire.
Además, los órganos 17 y 21 de regulación están
conectados con una unidad 22 de control que permite alternar entre
un funcionamiento con aire como comburente y un funcionamiento con
oxígeno prácticamente puro como comburente.
Por otro lado, el extremo delantero del quemador
1 se introduce en un paso cilíndrico 23 de un bloque 25 de material
refractario. El paso 23 del bloque 25 desemboca en un paso
ensanchado, que constituye la abertura 9, que se abre en dirección
a la zona de combustión.
Los extremos de salida del quemador están
formados por una parte por el paso 23 realizado en el bloque 25, y
por otra parte por dos tubos, un tubo central 29 y un tubo
intermediario 31, realizados por ejemplo en acero refractario con
el fin de resistir al calor desarrollado por el proceso de
combustión.
Se describirá a continuación en detalle el
procedimiento según la invención respecto a la figura 2, que
representa un gráfico que ilustra un ciclo de manejo de un horno de
fusión equipado con uno o varios quemadores tales como el descrito
anteriormente.
Este gráfico presenta en abscisas el tiempo t y
en ordenadas el contenido en oxígeno del comburente en moles.
Además, se han representado tres períodos P1, P2
y P3 que corresponden respectivamente a diferentes etapas de
funcionamiento del horno.
El período P1 corresponde a una etapa de fusión,
que necesita un aporte energético de calentamiento elevado. Durante
este periodo el quemador se alimenta con oxígeno sensiblemente puro
como comburente, con eventualmente adición de una pequeña cantidad
de aire.
Durante el segundo periodo P2 se alimenta el
quemador mediante un comburente cuyo contenido en oxígeno varía
entre sensiblemente el 100% y el 21%, en la zona A, por ejemplo
según la recta B dada a título de ejemplo no limitativo. En efecto
esta variación puede optimizarse en continuo, según las
aplicaciones, en función de consideraciones de rendimientos
térmicos y de coste de utilización del comburente, para realizar el
refinado de la carga del horno. Así durante el segundo período P2,
el quemador se alimenta mediante una mezcla de aire y de oxígeno
puro cuyo contenido se regula en continuo.
Durante el tercer período P3, el contenido en
oxígeno es mínimo, siendo el quemador alimentado mayoritariamente
con aire cuyo contenido en oxígeno es del 21%. Este tercer periodo
P3 corresponde por ejemplo a un periodo de espera del horno (noche,
fin de semana), durante el cual su producción se detiene pero el
horno debe mantenerse a temperatura apropiada.
Así, el oxígeno que es más costoso que el aire
como comburente solo se utiliza en momentos útiles, es decir cuando
la potencia a proporcionar al horno debe ser elevada, lo cual
permite optimizar su funcionamiento.
Durante el período de espera P3, se pueden
regular los caudales de combustible y del aire a un nivel tal que
la potencia de calentamiento del quemador 1 sea por ejemplo como
máximo del 50 al 60% de la potencia nominal del quemador.
Se comprende por consiguiente que este
procedimiento permita optimizar muy ventajosamente la utilización
del oxígeno en la realización de un horno, permitiendo modificar su
contenido en el comburente en una zona continua entre el 21% y el
100%, en función del coste y de los rendimientos buscados.
Este procedimiento se aplica no solamente a los
hornos de fusión de vidrio, sino también a hornos rotativos de
fusión de arrabio, a hornos de recocido o análogos.
Para un horno de carga continua, la zona que
necesita un aporte energético de calentamiento elevado corresponde
a aquella en que tiene lugar la subida en temperatura del producto.
Tales hornos son por ejemplo hornos de recocido, de recalentamiento
de forja, o también hornos de fusión de vidrio.
Claims (7)
1. Procedimiento de calentamiento de un horno que
comprende al menos un quemador susceptible de funcionar con un
comburente cuyo contenido en oxígeno puede variar,
caracterizado porque:
- a)
- en un primer período (P1) el quemador se alimenta con oxígeno sensiblemente puro con el fin de proporcionar un aporte energético de calentamiento elevado,
- b)
- en un segundo período (P2) el quemador se alimenta mediante un comburente cuyo contenido en oxígeno varía entre sensiblemente el 100% y el 21% en función de consideraciones relativas a los rendimientos térmicos buscados y a los costes de realización de este comburente,
- c)
- y en un tercer período (P3) el quemador se alimenta mediante un comburente cuyo contenido en oxígeno es mínimo, y que corresponde a un período de espera que solo necesita un pequeño aporte energético de calentamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque durante el segundo período se inyecta
por separado en el quemador, por una parte oxígeno puro y por otra
parte aire.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque durante el tercer período se inyecta en
el quemador mayoritariamente aire.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3 para un horno de fusión, caracterizado
porque el indicado primer período (P1) que necesita un aporte
energético de calentamiento elevado corresponde a un calentamiento
intenso comprendido el caso de un período de fusión.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, para un horno de carga por tandas,
caracterizado porque el indicado primer período (P1) que
necesita un aporte energético de calentamiento elevado corresponde
a la subida de temperatura del producto.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, para un horno continuo,
caracterizado porque el indicado primer período (P1) que
necesita un aporte energético de calentamiento elevado corresponde
a una cadencia de producción elevada, es decir a una exigencia de
calentamiento importante.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque para el
indicado segundo período (P2), se regulan los periodos del
combustible y del aire a un nivel tal que la potencia de
calentamiento de dicho quemador (1) es aproximadamente entre el 50
y el 60% de la potencia nominal del quemador (1).
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