ES2306574B1 - Horno para yeso y escayola. - Google Patents
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Abstract
Horno para yeso y escayola.
El objeto de esta invención es un horno para
yeso y escayola especialmente concebido para producciones altas y
según un proceso continuo. Caracteriza en esta invención una
estructura modular del recuperador de calor que permite tanto el
llevar a cabo labores de mantenimiento sin interrumpir el proceso
productivo como la adecuación a niveles de trabajo inferiores al
nominal. Esta estructura modular del recuperador de calor está
basada en el ejemplo preferente en una configuración vertical y con
posibilidad de acceso al intercambiador de calor para su fácil
limpieza. Se considera también en el ámbito de la invención la
configuración troncocónica de los extremos para capacidades
productivas elevadas. Estas capacidades productivas elevadas
también son posibles gracias al uso de una cinta rápida de
alimentación capaz de adaptarse a las necesidades del horno.
Description
Horno para yeso y escayola.
El objeto de esta invención es un horno para
yeso y escayola especialmente concebido para producciones altas y
según un proceso continuo.
El mantenimiento del equipo, tanto del horno
como de todos los dispositivos auxiliares que intervienen en el
funcionamiento del horno, requiere muchas veces la interrupción del
proceso productivo. Caracteriza esta invención una estructura
modular del recuperador de calor que permite tanto el llevar a cabo
labores de mantenimiento sin interrumpir el proceso productivo como
la adecuación a niveles de trabajo inferiores al nominal.
Esta estructura modular del recuperador de calor
está basada en el ejemplo preferente en una configuración vertical
y con posibilidad de acceso al intercambiador de calor para su fácil
limpieza.
Se considera también en el ámbito de la
invención la configuración troncocónica de los extremos para
capacidades productivas elevadas. Estas capacidades productivas
elevadas también son posibles gracias al uso de una cinta rápida de
alimentación capaz de adaptarse a las necesidades del horno.
Los hornos de cocción para yeso y escayola
tienen la función de retirar del material que proviene de las
canteras, habitualmente llamado material crudo, las moléculas de
agua para transformarlo en un material deshidratado capaz de
reaccionar con el agua y endurecer. Este material deshidratado, con
la granulometría adecuada, es el posteriormente utilizado, por
ejemplo, en el ramo de la construcción.
La energía requerida para llevar a cabo la
cocción del material crudo es muy elevada. El coste final del
material cocido depende fuertemente del precio del combustible
empleado en la cocción por lo que el uso de un horno con una
eficiencia energética más elevada que otro dará lugar a un producto
más competitivo y con más beneficios. Esta afirmación es más cierta
en tanto en cuanto el número de toneladas producidas por un horno
de esta naturaleza es muy grande.
Otro efecto importante es el de la parada y
puesta en marcha del horno. En una estructura tan grande como es la
de un horno de cocción de yeso y escayola, las inercias térmicas
son muy importantes ya que la parada de un horno supone que éste se
enfría desperdiciando energía ya aportada; y la puesta en marcha
requiere el calentamiento de nuevo de la instalación.
Esta energía desperdiciada incrementa
sensiblemente la cantidad de combustible invertido por kg. de
material producido. De ahí que lo ideal es hacer uso del horno
ininterrumpidamente y que las labores de mantenimiento se puedan
llevar en la medida de lo posible sin necesidad de apagar el
horno.
Se conocen en el estado de la técnica diversas
configuraciones de horno para yeso y escayola. La patente con número
de publicación ES2024116 describe un horno para cocción de escayola
constituido básicamente por:
- \bullet
- un hogar inferior con quemadores de combustible,
- \bullet
- el horno propiamente dicho en configuración tubular horizontal provisto de palas internas para desplazar lateralmente el material desde la alimentación hasta la evacuación así como la remoción del material; y,
- \bullet
- un recuperador de calor integrado en el cuerpo del horno.
En este caso, tal y como describe el documento
patente, el fuego es indirecto. La combustión se produce en los
quemadores inferiores generando gases a alta temperatura que
calientan el cuerpo tubular del horno. Este cuerpo tubular es
giratorio mediante aros de rodadura exteriores a la zona de
calentamiento. Una vez que los gases han salido del horno pasan al
recuperador de calor que no es sino un intercambiador de calor
donde se cruzan dos flujos de
gas:
gas:
- \bullet
- un primer flujo constituido por los gases de combustión después de pasar por el horno y que sirven para calentar el segundo flujo,
- \bullet
- y el segundo flujo que es aire tomado de la atmósfera que recibe el calor cedido por el flujo de gas caliente.
Este segundo flujo de aire es el comburente
empleado en los calentadores. Dado que su temperatura ya es elevada
en el intercambiador de calor, el aporte de calor no es
responsabilidad únicamente del combustible por lo que la eficiencia
global del horno aumenta.
Es objeto de su patente de adición con número de
publicación ES2189703 la introducción de aire caliente en el
interior de la cámara de deshidratación de tal modo que este flujo
de aire es capaz de acelerar el proceso de deshidratación. Este aire
caliente está tomado del recuperador de calor o de una fuente
externa.
Son conocidos igualmente otros registros como
las patentes con números de publicación ES2190698 y ES2244354 en
donde se incrementa la complejidad de la configuración interna del
horno estableciendo cámaras imbricadas unas en otras de tal modo
que el material a deshidratar circula de una a otra a través de
pasos adecuadamente dispuestos para incrementar la permanencia del
material y el cruce entre los flujos de gas caliente y material
sólido a cocer.
En cualquiera de estas patentes el recuperador
de calor se encuentra situado integrado en el cuerpo del horno de
tal modo que se hace inviable la limpieza interna del intercambiador
de calor sin detener y enfriar el horno.
Es objeto de esta invención la incorporación de
una estructura modular del intercambiador de calor que permite
dicho mantenimiento.
La presente invención consiste en un horno para
yeso y escayola que favorece el mantenimiento incluso en procesos
continuos de producción.
El horno está constituido por una estructura
tubular horizontal con hogar de combustión inferior y alimentación y
salida de material cocido en extremos opuestos.
En un extremo se dispone la alimentación del
material crudo donde la incorporación de una cinta rápida permite
ajustar la alimentación al ritmo productivo incluso en situaciones
de altos requerimientos de alimentación.
Por su parte, la salida conduce a una tolva de
recogida que admite el material productivo y libera los gases con
alto contenido en vapor de agua hacia un filtro situado antes de la
evacuación a la atmósfera.
El cuerpo tubular dispone de una hélice interna
que mueve el material de un extremo al otro así como de paletas
helicoidales internas que favorecen la remoción del material.
Los anillos de rodadura se encuentran situados
en unos tramos troncocónicos de transición entre el diámetro del
horno y las bocas de salida, y no, ni en el cuerpo cilíndrico del
horno ni en cuerpo exterior alguno que permita la salida o
alimentación del material crudo.
La ventaja principal se encuentra en el
recuperador de calor. Este recuperador está compuesto por módulos
externos no integrados con el cuerpo del horno.
Cada uno de los intercambiadores de calor que
constituyen cada módulo recibe un conducto de los gases calientes
que provienen de la combustión y que ya han calentado el horno;
pasan a través de los conductos de flujo caliente y se expulsan al
ambiente.
El intercambiador dispone de un segundo flujo de
aire, el que denominaremos frío que proviene o bien de la
atmósfera o bien de alguna zona templada del horno.
Este segundo flujo recibe el calor aportado por
el flujo caliente a través del intercambiador y es el utilizado
como comburente en los inyectores de combustible en el hogar.
El intercambiador es un cuerpo exterior
independiente cuyas cuatro conexiones principales: las entradas y
salidas de los dos flujos que intervienen en el intercambio de
calor, conectan con los conductos que transportan los distintos
gases entre el intercambiador y las cámaras del horno.
La distancia al hogar y al cuerpo principal del
horno y el uso de más de un intercambiador permiten que de todos
los intercambiadores utilizados, uno de ellos se aísle cerrando las
válvulas de sus conductos de comunicación para su mantenimiento sin
que el proceso productivo se detenga ya que el resto de los
intercambiadores de calor siguen en funcionamiento.
En la invención se ha considerado una estructura
vertical del intercambiador con los tubos calentadores también en
posición vertical dando lugar a un cuerpo cerrado lateralmente por
un cilindro. Este cilindro a su vez está compuesto por dos
superficies en sector cilíndrico envolventes que se pueden abrir a
través de uno de sus bordes verticales abisagrados.
Un accionamiento neumático favorece su apertura
y cierre dejando al descubierto los tubos calentadores. Esta
apertura facilita la limpieza interna del intercambiador para que su
eficiencia en el intercambio desde el punto de vista energético no
se vea reducida.
Cada uno de los flujos de intercambio están
impulsados por soplantes de impulsión.
Se complementa la presente memoria descriptiva,
con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo preferente, y nunca
limitativos de la invención.
La figura 1 es un perfil del horno en el que
queda destacado a la izquierda el primero de la alineación de
intercambiadores que constituyen el recuperador de calor.
La figura 2 es una planta del horno en el que se
distingue la disposición externa del recuperador de calor al cuerpo
principal del horno.
La figura 3 muestra un alzado del horno de la
invención con los dispositivos de alimentación y salida de material
ya cocido.
La figura 4 es un detalle de la zona de
alimentación del horno donde a su vez, a su derecha se muestra un
alzado a partir de la sección A-A de la boca de
alimentación del horno.
Las figuras 5a y 5b representan un alzado del
intercambiador de calor que constituye la etapa principal del
recuperador de calor con su estructura interna; y, una vista en
planta de la bancada con tres intercambiadores del recuperador
respectivamente.
La figura 6 es un detalle del cuerpo principal
de horno con los detalles de la hélice y palas internas.
Una vez descrita la esencialidad de la
invención, se ha elegido como ejemplo práctico de llevar a cabo la
invención un horno de alta capacidad con un recuperador de calor que
hace uso de tres intercambiadores (2.1).
En la figura 1 se muestra un perfil del cuerpo
(1) del horno de tal modo que el recuperador (2) de calor queda
situado a su lado.
El recuperador (2) de calor, en el ejemplo
empleado para esta exposición detallada, está constituido por un
intercambiador (2.1) de calor con la disposición de sus tubos
(2.1.5) calentadores internos vertical. Este intercambiador (2.1)
está situado sobre una bancada (2.3) soporte y también sujetada por
una estructura resistente (2.2) lateral.
Los tubos (2.1.5) calentadores internos se
encuentran alimentados por un conducto (2.1.1) de entrada caliente
que proviene del horno (1) tras calentar su cuerpo principal. La
salida está dispuesta en la parte lateral inferior a través de un
conducto (2.1.2) de salida caliente que tras superar el ventilador o
soplante (2.4) de impulsión evacua a la atmósfera.
El segundo flujo es el de aire frío. Se denomina
así como términos identificativos y porque siempre tendrá su
temperatura por debajo de la temperatura del flujo caliente. Una
vez que se toma el aire de la atmósfera, para lo que se puede buscar
una zona cercana al horno siempre y cuando no lo enfríe, se
transporta a través del conducto (2.1.3) de entrada frío pasando
por el interior de los tubos (2.1.5) calentadores donde se produce
la transferencia de
calor.
calor.
Una vez elevada la temperatura del aire de
entrada sale del intercambiador (2.1) por su parte superior a través
del conducto (2.1.4) de salida frío (se remarca que se dice frío
como referencia al flujo frío aunque ya haya sido calentado) para
ser transportado hasta los quemadores (7) donde se produce la
combustión que generará los gases calientes que permiten la
cocción.
Este flujo frío está impulsado también por un
ventilador o soplante (2.5).
Cada uno de los conductos puede disponer de su
válvula para independizar los distintos intercambiadores (2.1) que
componen el recuperador (2) de calor aunque estas válvulas no hayan
sido referenciadas y sí representadas gráficamente por claridad en
la figura. La figura 1 incluye las flechas que indican el sentido
de circulación del gas que recorre cada conducto.
La figura 2 permite ver en la configuración de
la planta cómo en este ejemplo se hace uso de tres intercambiadores
(2.1), independientes del cuerpo principal del horno (1) y también
independientes entre sí de tal modo que es posible llevar a cabo
labores de mantenimiento en un intercambiador (2.1) mientras el
resto sigue funcionando.
Los conductos de entrada y salida pueden
converger en colectores (2.6) comunes para alcanzar el horno
(1).
En la figura 3, donde se representa un alzado
del equipo, se observa a la derecha la tolva (4) de alimentación del
material crudo. Esta alimentación se lleva a cabo a través de una
cinta (3) rápida de alimentación que permite adaptar el ritmo de
alimentación al ritmo de producción y además permite ver el
interior del horno (1) para verificar si existen atascos que hay que
liberar.
En la figura 4 se muestra con mayor detalle la
zona de alimentación del horno (1). A partir de la tolva (4) cerrada
inferiormente por una compuerta (4.1) de tajadera el material crudo
llega hasta la cinta (3) rápida.
Es esta cinta (3) rápida la que de forma
controlada y atendiendo a las necesidades puntuales de alimentación
provee el material al horno (1) a través de su boca de
alimentación. La boca de alimentación del horno (1) dispone de una
válvula neumática (15.2) de acceso a un cuerpo (1.5) troncocónico
interno intermedio con paletas (1.5.1) internas helicoidales para
el avance del material.
Bajo la cinta (3) rápida hay un sinfín (3.1) de
recogida del polvo para su reciclaje.
En la figura 3 previa se observa cómo el cuerpo
principal del horno (1) es de un diámetro mayor que las bocas de
entrada y salida. La resolución entre esta diferencia de diámetros
se lleva a cabo a través de cuerpos (1.1) troncocónicos de
transición y son estos troncos de cono (1.1) los que incorporan las
pistas (1.1.1) de rodadura del cuerpo tubular del horno (1).
En el lado derecho del alzado se muestra la
corona dentada (1.2) de impulsión de la rotación del horno (1).
Bajo el cuerpo principal del horno (1) se
muestra una alineación de quemadores (7) responsables de la
combustión para la generación de gases a alta temperatura que
permitan la deshidratación del material a cocer.
A la izquierda de la figura, el horno (1)
desemboca en una tolva (5) de recogida del material deshidratado que
incorpora superiormente una campana (6) de recogida de gases para
conducirlos a un filtro que retira las partículas sólidas antes de
su evacuación a la atmósfera.
La figura 5a es un detalle del intercambiador
(2.1) de calor. Éste, tal y como se ha descrito, dispone de tubos
(2.1.5) calentadores orientados verticalmente. Son los tubos (2.1.5)
que conducen el aire a calentar desde abajo hacia arriba.
La entrada superior de gases calientes a través
del conducto (2.1.1) de entrada caliente lleva a una primera cámara
constituida por una pluralidad de placas (2.6) horizontales. Estas
placas (2.6) horizontales definen una secuencia de cámaras
comunicadas entre sí en puntos opuestos entre sí de tal modo que el
aire caliente está forzado a seguir una trayectoria en
zig-zag para que el intercambio de calor sea mayor
y el flujo del gas caliente incida en mayor grado transversalmente
a los tubos (2.1.5) calentadores.
El cuerpo principal del intercambiador (2.1) de
calor está limitado exteriormente por dos tramos (2.7) cilíndricos
envolventes. En el detalle de la planta mostrada en la figura 5a se
observa que en los dos intercambiadores (2.1) de la izquierda, los
tramos (2.7) cilíndricos envolventes están cerrados y en el tercero
(2.1) derecho los mismos (2.7) están abiertos para facilitar el
mantenimiento y limpieza internos.
Esta apertura puede estar facilitada por ejemplo
por actuadores neumáticos accionables desde un cuadro de
mandos.
Los intercambiadores (2.1) que no están abiertos
pueden estar operativos de tal modo que no se ve interrumpido el
proceso productivo.
En la figura 6 se representa un detalle del
cuerpo tubular del horno (1). Se muestran con más claridad los
tramos (1.1) troncocónicos de transición con las bocas de salida y
alimentación así como las (1.1.1) pistas de rodadura que permiten el
giro del cuerpo tubular.
Igualmente se ha representado en el interior del
cuerpo tubular la hélice (1.3) responsable de la impulsión del
material desde la alimentación hasta la salida así como la
inclusión adicional de unas paletas (1.4) helicoidales internas que
favorecen la remoción del material para incrementar el contacto con
el aire circundante y mejorar la deshidratación.
El conjunto de la estructura que constituye el
horno (1) y el recuperador (2) de calor puede estar soportada por la
obra civil que permita el fácil acceso a todos los puntos de horno
(1), por ejemplo sobreelevando las partes de interés, y a la vez
asegurando la estabilidad estructural del conjunto.
Claims (15)
1. Horno para yeso y escayola constituido por
un cuerpo tubular principal horizontal de alimentación del material
crudo por un extremo y salida por el extremo posterior, que dispone
inferiormente de quemadores (7) para la generación de los gases
calientes para la cocción y que dispone de recuperador de calor
caracterizado porque el recuperador (2) de calor se encuentra
independizado del cuerpo principal del horno (1) y porque el
recuperador (2) de calor está constituido por módulos
independientes de intercambiadores (2.1) para permitir la
producción continua.
2. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 1 caracterizado porque los módulos
independientes y el horno (1) están comunicados mediante conductos
y pueden disponer de válvulas para permitir que operen de forma
independiente.
3. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 1 caracterizado porque cada módulo
independiente dispone de un intercambiador (2.1) de tubos (2.1.5)
calentadores dispuestos en posición vertical con entrada del flujo
de aire frío inferior a través de un conducto (2.1.3) de entrada
frío y salida superior por un conducto (2.1.4) de salida frío; tubos
que son calentados por medio del flujo de aire caliente con entrada
por la parte superior a través de un conducto (2.1.1) de entrada
caliente y salida inferior a través de un conducto (2.1.2) de salida
caliente.
4. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 3 caracterizado porque el intercambiador (2.1)
de calor dispone internamente de un conjunto de placas (2.6) de
separación que configuran cámaras intercomunicadas entre sí en
puntos opuestos de tal modo que el flujo de aire caliente se ve
forzado a circular en zig-zag esencialmente
transversal a los tubos (2.1.5).
5. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 3 caracterizado porque el intercambiador (2.1)
de calor dispone de unos tramos (2.7) cilíndricos envolventes que
cierran el cuerpo principal del intercambiador (2.1).
6. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 5 caracterizado porque los tramos (2.7)
cilíndricos envolventes que cierran el cuerpo principal del
intercambiador (2.1) están abisagrados a lo largo de un borde
vertical permitiendo la apertura y posterior acceso al interior del
intercambiador (2.1) para su mantenimiento y limpieza.
7. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 6 caracterizado porque la apertura de los
tramos (2.7) cilíndricos envolventes se lleva a cabo mediante un
actuador neumático.
8. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo tubular
principal del horno (1) dispone de dos tramos (1.1) troncocónicos de
transición entre el diámetro del cuerpo tubular del horno (1) y las
bocas de alimentación y salida.
9. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 8 caracterizado porque las pistas (1.1.1) de
rodadura están situadas en los tramos troncocónicos (1.1) del horno
(1).
10. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 1 caracterizado porque la alimentación se
lleva a cabo a través de una cinta (3) rápida de alimentación.
11. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 10 caracterizado porque la cinta (3) rápida
desemboca en un cuerpo (1.5) troncotubular para la alimentación del
horno (1).
12. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 10 caracterizado porque la cinta (3) rápida
de alimentación dispone de un sinfín (3.1) de recogida de polvo
para el reciclaje.
13. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 1 caracterizado porque el horno (1) dispone
de una válvula (15.2) neumática de apertura.
14. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo tubular
principal del horno (1) dispone de una hélice (1.3) interna para
impulsión del material.
15. Horno para yeso y escayola según la
reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo tubular
principal del horno (1) dispone de paletas (1.4) internas para la
remoción del material.
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-
2006
- 2006-04-25 ES ES200601051A patent/ES2306574B1/es not_active Expired - Fee Related
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