ES2312201T3 - Combustion de oxigteno-combustible para reducir emisiones de nox en hornos de alta temperatura. - Google Patents
Combustion de oxigteno-combustible para reducir emisiones de nox en hornos de alta temperatura. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2312201T3 ES2312201T3 ES99400169T ES99400169T ES2312201T3 ES 2312201 T3 ES2312201 T3 ES 2312201T3 ES 99400169 T ES99400169 T ES 99400169T ES 99400169 T ES99400169 T ES 99400169T ES 2312201 T3 ES2312201 T3 ES 2312201T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- fuel
- burner
- air
- flame
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
- C03B5/235—Heating the glass
- C03B5/2353—Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
- F23C5/08—Disposition of burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
- F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
- F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F23M5/00—Casings; Linings; Walls
- F23M5/02—Casings; Linings; Walls characterised by the shape of the bricks or blocks used
- F23M5/025—Casings; Linings; Walls characterised by the shape of the bricks or blocks used specially adapted for burner openings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
- Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Abstract
LA PRESENTE INVENCION DESCRIBE UN PROCEDIMIENTO DE CALDEO Y UN DISPOSITIVO EMPLEADOS DONDE SE CALDEA UN QUEMADOR DE OXICOMBUSTIBLE POR OXIDACION BAJO UN ANGULO DETERMINADO RESPECTO A LA LLAMA DEL QUEMADOR DE AIRE/COMBUSTIBLE, A FIN DE REDUCIR LAS EMISIONES DE NOX TOTALES PROVENIENTES DE HORNOS DE TEMPERATURA ELEVADA. LA RELACION DE EQUIVALENCIA ESTEQUIOMETRICA DE DICHO QUEMADOR DE OXICOMBUSTIBLE OXIDANTE (OXIGENO/COMBUSTIBLE) SE MANTIENE EN EL RANGO DE APROX. 1,5 A APROX. 12,5. EL QUEMADOR DE AIRE/COMBUSTIBLE REDUCTOR ES CALDEADO A UNA RELACION DE EQUIVALENCIA DE 0,6 A 1,00 A FIN DE REDUCIR LA DISPONIBILIDAD DE OXIGENO EN LA LLAMA Y REDUCIR LAS EMISIONES DE NOX. LA LLAMA OXIDANTE DE DICHO QUEMADOR DE OXICOMBUSTIBLE SE ORIENTA DE FORMA QUE LA CORRIENTE GASEOSA DE DICHA LLAMA OXIDANTE INTERSECTA LA CORRIENTE GASEOSA DE LA LLAMA AIRE/COMBUSTIBLE EN O CERCA DE LA SECCION TERMINAL DE DICHA LLAMA DE AIRE/COMBUSTIBLE. LOS PROCEDIMIENTOS DE LA INVENCION MEJORAN EL CONTROL DE LA TEMPERATURA DEL HORNO Y LA EFICIENCIA TERMICA MEDIANTE LA ELIMINACION DE ALGO DE NITROGENO Y SUMINISTRAN UN QUEMADO EFECTIVO DE CO Y OTROS HIDROCARBUROS, UTILIZANDO LA ELEVADA CAPACIDAD DE MEZCLA DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTION DE DICHA LLAMA OXIDANTE. EL CALDEO SIMULTANEO DE QUEMADOR DE OXICOMBUSTIBLE Y DE AIRE/COMBUSTIBLE PUEDE REDUCIR LAS EMISIONES DE NOX DEL 30 % AL 70 %, EN DEPENDENCIA DE LA RELACION ESTEQUIOMETRICA DEL QUEMADOR AIRE/COMBUSTIBLE.
Description
Combustión de
oxígeno-combustible para reducir emisiones de NOx en
hornos de alta temperatura.
Esta invención pertenece a los métodos y
aparatos para la introducción de una combustión oxidante
oxígeno-combustible en hornos de combustión
aire-combustible con el objetivo de reducir
emisiones de NOx y mejorar la eficiencia térmica sin efectos
perjudiciales sustanciales en la vida útil del horno ni en la
calidad del producto.
El método más común para reducir las emisiones
de NOx es usar la combustión 100%
oxígeno-combustible donde el uso de oxígeno en
lugar de aire elimina la presencia de nitrógeno y así se logra
reducir significativamente las emisiones de NOx. Este método se ha
estado usando exitosamente en varios tipos de hornos de vidrio. Sin
embargo, el uso de la combustión 100%
oxígeno-combustible en hornos de vidrio grandes (con
capacidad de producción de 450 a 1000 toneladas al día de vidrio
fundido), como en los hornos flotadores de vidrio, no se ha logrado
hasta ahora debido a la economía global con el uso del oxígeno y los
riesgos para la calidad del vidrio y la vida útil del horno.
Hay otros varios métodos de control de NOx
disponibles en el mercado como el Proceso 3-R
(Patente Europea No. 0 599 547 A1), el proceso de recombustión de
gas (Patente U.S. No. 5,139,755) y escalonado con
oxígeno-enriquecido de aire (Patente U.S. No.
5,203,859).
La solicitud de Patente Europea EP 0 571 984
revela un método de calentar un horno con una lanza compuesta que
comprende: a) un tubo de suministro constituido de metal; b) una
boquilla que tiene una pieza trasera y una pieza delantera, dicha
pieza trasera es de metal y se comunica con el tubo de suministro,
dicha pieza delantera es de cerámica y se anexa a dicha pieza
trasera; c) al menos una abertura a través de la cual el gas puede
ser eyectado de la pieza frontal cerámica de la boquilla; d) medios
para proveer gas protector alrededor de la boquilla.
La solicitud de Patente Europea EP 0 127 513
revela un método de calentar un horno que comprende los pasos de
operar al menos un quemador de oxígeno y de operar al menos un
quemador de aire combustible.
El Proceso 3-R y el proceso de
recombustión de gas usan combustible adicional o de inyección de
combustible para la recombustión (5% al 15% del total de
combustible usado) en la corriente de escape para crear las
reacciones de recombustión del gas y reducir emisiones del NOx.
Este es un método post-combustión. Este método
requiere inyectar combustible de recombustión (gas natural) en la
corriente de escape, lo cual puede resultar difícil en ciertos
hornos que no pueden usar condiciones de reducción en el regenerador
debido a materiales refractarios que contienen diversos óxidos.
Además el combustible de recombustión es un recargo de energía y
ningún beneficio de eficiencia térmica se deriva por la inyección
de 5 a 15% del combustible para la recombustión en la corriente de
escape, fuera del área de fundición. Aquí el combustible adicional
no libera ningún calor para el aumento de la productividad y es
simplemente utilizado como medio de limpieza de emisiones. Hay
también preocupaciones por el incremento de las emisiones de CO del
horno.
En la ambientación del aire enriquecido con
oxígeno, el oxidante secundario (oxígeno o el aire enriquecido con
oxígeno) es introducido próximo al escape del horno industrial para
reducir las emisiones de NOx. En estos aplicaciones el horno es
operado usando la estequiometría más baja en la zona de combustión
para reducir la formación térmica del NOx. El oxidante secundario
es inyectado en la corriente de escape (usando el puerto de escape)
para desgastar el CO y otros hidrocarburos. Este concepto es
ilustrado en la Fig.1. En la Fig.1 un típico horno de quemador
regenerativo lateral 1 que tiene regeneradores (verificadores) A y B
es ilustrado esquemáticamente con ambos puertos de encendido 2 y de
escape 4. El quemador es de izquierda a derecha y la inyección del
oxidante secundario 6 es de derecha a izquierda.
En la Patente U.S. No. 5,203,859 (como se
ilustra en la Fig.1), la realización preferida incluye extraer el
aire precalentado de la combustión secundaria 7 del regenerador
lateral de combustión mediante el uso de extractores de oxígeno 8.
El oxígeno es usado como un accionador principal para retirar el
aire de combustión secundario 7. El oxidante secundario 6 es
entonces inyectado próximo al escape 4. Las desventajas del esquema
anterior incluyen:
- \bullet
- Restricciones del espacio debido a los grandes conductos de aire secundario 7 que transportan aire a 2400ºF (1315ºC).
- \bullet
- Ciclo de inversión del flujo complejo para el intercambio del aire precalentado secundario de la parte izquierda a la derecha según el ciclo de inversión.
- \bullet
- Dificultades en el quemado del CO y los hidrocarburos en el espacio de fundición debido a la combustión prematura en el puerto de escape 4 conduciendo al recalentamiento del puerto de escape 4.
- \bullet
- Limitaciones del diseño del extractor 8 para proporcionar la correcta mezcla del oxidante secundario.
- \bullet
- Alto costo capital del sistema.
Otras realizaciones conocidas de lo anterior
incluyen oxidante secundario como el aire ambiente enriquecido con
oxígeno, el cual podría crear difíciles condiciones de mezcla debido
al volumen relativamente pequeño de la corriente oxidante fría o
ambiental comparada con la corriente primaria de escape. Aquí el
volumen de gas de escape es alrededor 60 veces más grande que el
del oxidante secundario conduciendo a una mezcla ineficiente y una
eficiencia térmica pobre debido a la extinción del espacio de
combustión del fundidor por una mezcla ambiental. Esto puede
resultar además en una pobre calidad del producto.
Realizaciones adicionales conocidas incluyen el
uso de oxígeno como oxidante secundario, el cual también crea
condiciones de mezcla difíciles debido al pequeño volumen de gas
(300 veces menor que la corriente primaria de escape). Esto crea un
quemado no homogéneo y la creación de manchas calientes en el
espacio de combustión del fundidor y en el puerto de escape.
Sería de gran beneficio para los productores de
vidrio y otros que la producción de NOx pudiera ser disminuida,
mientras se transfiere el calor a la carga y se evitan algunos de
los problemas antes citados.
De acuerdo con la presente invención las
limitaciones anteriores son ampliamente superadas mediante el uso de
una aproximación mucho más simple para la reducción del NOx.
Un primer aspecto de la invención es un método
de calentamiento de la carga en un horno, el método comprendiendo
los pasos de:
- a)
- combustionar un primer combustible en al menos un quemador de aire-combustible, el calor del quemador de aire-combustible siendo sustancialmente transmitido a la carga;
- b)
- combustionar un segundo combustible en al menos un quemador de oxígeno-combustible, el calor del quemador de oxígeno-combustible siendo sustancialmente transmitido a la carga; donde el quemador de aire-combustible es operado en modo rico en combustible, y el quemador de oxígeno-combustible es operado en modo bajo en combustible,
donde la combustión del paso (b) crea una llama
de oxígeno-combustible que intersecta a la llama
aire-combustible; donde la llama
oxígeno-combustible se proyecte desde un puerto en
el plano más bajo hacia la llama aire-combustible
en un ángulo \alpha medido desde la horizontal, el ángulo \alpha
oscilando de alrededor de 1º a alrededor de 30º.
Preferidos son los métodos donde la combustión
del paso (a) crea una llama aire-combustible que es
sustancialmente paralela a una superficie horizontal de una carga;
métodos donde la llama oxígeno-combustible se
proyecta desde abajo de la llama aire-combustible;
y métodos donde la llama oxígeno-combustible
intersecta a la llama aire-combustible cerca de una
cola de la llama aire-combustible.
Otros métodos preferidos de conformidad con la
invención son aquellos donde la llama
oxígeno-combustible se proyecta desde puertos
inclinados hacia la llama aire-combustible en un
ángulo \alpha, medido desde la horizontal oscilando de alrededor
de 1º a alrededor de 30º, métodos donde múltiples quemadores de
oxígeno-combustible están presentes por cada
quemador de aire-combustible; y métodos donde el
primer y el segundo combustibles son el mismo.
Un segundo aspecto de la invención es un método
de control de la temperatura en un horno que calienta una carga, el
horno teniendo ambos quemadores aire-combustible y
oxígeno-combustible, dicho método comprendiendo los
pasos de:
- a)
- operar uno o más quemadores de aire-combustible con entrada constante de combustible; y
- b)
- operar uno o más quemadores de oxígeno-combustible para aumentar o disminuir la temperatura de la carga sin cambios sustanciales en la producción de NOx del horno.
Un tercer aspecto de la invención es un quemador
de oxígeno-combustible que comprende:
- a)
- un conducto central adaptado para entregar un oxidante;
- b)
- una región anular exterior del conducto central, la región anular adaptada para entregar el combustible;
- c)
- el conducto central teniendo una boquilla anexa a un extremo del conducto central, donde tanto la boquilla como el conducto central están adaptados para ser ajustados axialmente, quemador donde la región anular tiene posicionado allí uno o más remolinadores de combustible.
Los quemadores preferidos, de conformidad con
este aspecto de la invención, son aquellos donde el conducto
central tiene un extremo de salida del oxidante, y la región anular
del quemador es definida por una boquilla refractaria; la boquilla
refractaria teniendo una cara caliente del horno, el extremo de
salida del oxidante siendo posicionable desde la cara caliente del
horno por una distancia que oscila de alrededor de D/4 a alrededor
de 10D, donde D es un diámetro de la región de salida de la llama
del quemador.
Los métodos de la invención son preferidos para
hornos de vidrio regenerativos o recuperativos que son conocidos
por producir altas emisiones (térmicas) de NOx debido las altas
temperaturas de la llama y la gran disponibilidad de nitrógeno en
la atmósfera. Las altas temperaturas de la llama provienen de las
temperaturas más altas de precalentamiento de aire de combustión
(1200ºF a 2400ºF) (649ºC a 1315ºC) y las temperaturas más altas del
proceso (2700ºF a 2900ºF) (1482ºC a 1593ºC). El nitrógeno está
disponible porque el oxidante típico es aire (\sim79% de
nitrógeno).
La Fig.1 es un dibujo esquemático de un horno
regenerativo de encendido lateral del arte previo;
La Fig.2 es un dibujo esquemático de un horno
regenerativo de encendido lateral modificado empleando un método
preferido de la invención;
La Fig.3 es un dibujo esquemático de la sección
transversal de un quemador de oxidación de acuerdo con la presente
invención; y
La Fig.4 es una representación esquemática de un
quemador de oxidación con puerto directo enfriado por agua de
conformidad con la presente invención.
La Fig.2 ilustra esquemáticamente un método
preferido de combustión de un quemador de oxidación de
oxígeno-combustible en un ángulo hacia la llama
aire-combustible en el lado de encendido. La
relación de equivalencia del quemador (relación de la tasa real de
flujo de oxígeno a la tasa de flujo de combustible/ relación teórica
de la tasa de flujo de oxígeno a la tasa de flujo de combustible
para la descomposición completa en CO_{2} y H_{2}O) se mantiene
en el lado de oxidación extendiéndose de alrededor 1.5 a alrededor
12.5. Una relación teóricamente correcta para la combustión es una
relación de equivalencia de 1.
La Fig.2 ilustra esquemáticamente un horno
regenerativo de encendido lateral 1 donde los quemadores primarios
de aire-combustible 2 están en configuración de
encendido por el lado del puerto y el quemador de oxidación de
oxígeno-combustible 3 de la invención está en
configuración de encendido por debajo el puerto. Como es usado
aquí, quemador de oxígeno-combustible significa un
oxidante que tiene más de 21% de oxígeno, incluyendo oxidantes que
tienen de 22% a 100% de oxígeno, más preferiblemente desde alrededor
de 22% a alrededor de 30% de oxígeno. También, mientras el foco de
la descripción está en la producción de vidrio, los métodos y
aparatos de esta invención son aplicables para la fundición de
metales y otros materiales, como minerales. Otras configuraciones
de encendido del quemador primario y emplazamientos del quemador de
oxidación de oxígeno-combustible propuesto serán
analizados aquí. Una ventaja del encendido del quemador de oxidación
propuesto es proveer la combustión de
oxígeno-combustible por encima de la superficie de
fundición del vidrio para transferir calor radioactivo a la
superficie de fundición del vidrio 12 acoplado con la generación de
los productos de la combustión del quemador de oxidación de
oxígeno-combustible 10 principalmente precalentados
(1500ºF a 4500ºF) (815ºC a 2482ºC) de oxígeno, CO_{2}, y
H_{2}O. La expansión del oxígeno caliente puede ser en cualquier
parte de 4 a 10 veces el volumen del oxígeno frío usado en los
métodos previos. Además, la introducción de gases que no producen
NOx, tales como el H_{2}O y el CO_{2}, con el oxígeno
precalentado permiten un medio portador efectivo. Los gases que no
producen de NOx mejoran la mezcla con la corriente de escape debido
a la masa efectiva mayor del medio oxidante. También se ha probado
que la transferencia de calor por radiación es mayor usando
H_{2}O y CO_{2} (debido a la presión parcial más alta) comparado
con el aire principalmente usado en los métodos de combustión que
usan aire enriquecido con oxígeno previamente conocidos. Los métodos
inventados tienen ventajas adicionales en el cambio de la cantidad
de oxígeno en la corriente de gas oxidante por simple ajuste de la
relación estequiométrica de encendido.
El ángulo de encendido bajo puerto (designado
aquí alfa) es mantenido muy pequeño para tener productos de
combustión del quemador de oxidación 10 que interseptan los gases de
la llama del quemador de aire-combustible 4 en la
sección de la cola 16 de la llama de
aire-combustible. Un rango preferido de este ángulo
\alpha para el puerto en plano inferior oscila de 1º a alrededor
de 30º hacia arriba desde el plano horizontal(o a la
superficie fundida del vidrio u otro producto). Para puertos de
fondo con pendiente (inclinados) el ángulo puede ser cualesquiera
desde -10º (hacia abajo) y 30º (hacia arriba) de la superficie del
vidrio. La idea aquí es inyectar una corriente oxidante
"profundamente" en el horno sin mezcla prematura con la llama
primaria de aire-combustible. La elección de la
relación de encendido del quemador de oxidación, la estequiometría,
las velocidades de inyección del oxidante y el combustible, el
diseño de la boquilla, el ángulo de inyección \alpha y el número
de quemadores oxidantes determinarán la eficiencia de la mezcla
global y del quemado del CO.
Para grandes hornos flotadores de vidrio, donde
el ancho de los puertos es significativo (digamos puertos de 3 y 9
pies de ancho) (digamos puertos de 1 a 3 metros de ancho) varios o
múltiples quemadores oxidantes en la configuración por debajo del
puerto puede ser preferida. El espaciamiento entre quemadores
oxidantes adyacentes es optimizado para proveer buena mezcla y
penetración. El modelado computadorizado del perfil de velocidad de
la llama de aire-combustible y diversos parámetros
del momento de la llama del quemador de oxidante es preferiblemente
realizado para optimizar el número, el espaciamiento y la tasa de
encendido de los quemadores oxidantes para una geometría del horno
y del puerto dados. Demasiada penetración puede causar quemado en el
puerto de escape opuesto y muy poca penetración puede causar la
mezcla prematura en la zona de la llama caliente (pico de
temperaturas de la llama) y posible incremento en emisiones del NOx.
El objetivo del diseño es intersectar la sección de la cola de la
llama aire-combustible 16 con los productos de la
combustión del quemador altamente oxidantes 10 y crear un buen
quemado del CO en el espacio del fundidor (generalmente por encima
de la carga). En esta configuración el quemado y la liberación de
calor tiene lugar dentro del fundidor y el calor se libera a la
carga. La liberación de energía dentro del fundidor de conformidad
con la presente invención está en contraste con el Proceso
3-R donde un combustible de recombustión es
inyectado en el regenerador y el calor de combustión de este
combustible de recombustión no es usado directamente por el proceso
de fundición. La penetración excesiva puede causar el quemado en el
puerto de escape y la liberación de calor resultante dentro del
puerto de escape pueden recalentar el material refractario del
puerto de escape y recalentar posteriormente la pared objetivo del
regenerador y de los verificadores. El ángulo \alpha de inyección
por debajo del puerto para el quemador de oxidación es también
preferiblemente decidido muy cuidadosamente usando el modelado
computadorizado para evitar el impacto en la cúspide 18 u otros
materiales refractarios del horno.
El momento de la llama del quemador de oxidación
se calcula basado en:
- \bullet
- La relación de encendido
- \bullet
- La relación de equivalencia (estequiometría)
- \bullet
- La velocidad del combustible.
- \bullet
- La velocidad del oxidante.
- \bullet
- El número de quemadores oxidantes por puerto.
- \bullet
- El ángulo de inyección.
- \bullet
- El diseño de la boquilla (geometría rectilínea o de remolino).
Un momento óptimo proveerá un buen quemado del
CO y otros hidrocarburos en la llama de
aire-combustible y la liberación térmica efectiva
sobre la superficie de la carga. Las ventajas globales son las
emisiones de NOx reducidas (debido a la relación de equivalencia
inferior en la llama de aire-combustible) del horno
y eficiencia térmica superior. Las reducciones del NOx serán
siempre proporcionales al nivel de relación de equivalencia
aire-combustible. Si la relación de equivalencia
aire-combustible del puerto de encendido es muy
baja, digamos 0.7 a 0.8, las reducciones del NOx pueden ser muy
altas, por ejemplo de 60% a 70%. Inversamente, si la relación de
equivalencia del aire-combustible es alta, por
ejemplo de 0.95 a 1.00, la reducción del NOx será baja, de 10% a
30% de la operación de línea base usando una relación de
equivalencia de 1.05. La relación de equivalencia de 1.05 significa
5% de aire en exceso y es de alrededor de 1% de oxígeno en exceso
en el puerto de escape. Normalmente los hornos regenerativos
funcionan en una relación de equivalencia que oscila desde alrededor
de 1.05 a alrededor de 1.10.
La selección de la relación de equivalencia
aire-combustible dependerá de la operación global
del horno, el diseño del horno, el tamaño del puerto, las
características globales de la llama, y la cantidad de reducción de
NOx
deseada.
deseada.
La selección de la estequiometría del quemador
de oxidación dependerá de la relación de equivalencia del quemador
de aire-combustible y del nivel de oxígeno excedente
requerido en los gases de escape. Lo preferido es tener alrededor
de 1 a 2% de exceso de oxígeno en el puerto de escape de los grandes
hornos regenerativos laterales.
La selección de la relación de encendido del
quemador de oxidación se realiza en base a la entrada de energía
total requerida para un puerto dado y la relación de equivalencia de
la llama de aire-combustible. Preferiblemente desde
alrededor de 5% a alrededor de 50% de la reivindicación total de
combustible para un puerto dado puede venir en forma de entrada de
combustible del quemador de oxidación. La entrada de combustible del
quemador de aire-combustible es proporcionalmente
reducida y desviada hacia el quemador de oxidación. Mediante la
utilización de uno o más quemadores oxidantes puede ahorrarse
combustible (hasta un 10%) en sistemas de combustión con
temperatura de precalentamiento alta (temperatura del aire 2200ºF a
2300ºF) (temperatura del aire 1204ºC a 1260ºC) y así el consumo
global de combustible por puerto puede ser inferior debido a la
transferencia de calor mejorada de la llama rica en combustible,
luminosa de aire-combustible, y la eliminación
parcial del aire (nitrógeno) de combustión del
aire-combustible.
Ventajas adicionales de la invención son la
reducción de partículas o remanentes del horno debido a la reducción
del volumen en la chimenea. Muchos regeneradores que usan los
métodos previamente conocidos son parcialmente obturados debido a
las partículas del proceso y la extensión de las campañas. El uso de
quemadores oxidantes puede ser beneficioso ya que la reducción del
volumen de la chimenea puede permitir el encendido a total capacidad
para lograr la relación de producción requerida sin exceder las
limitaciones de capacidad del flujo del regenerador o el incremento
de la presión.
Las Tablas I y IA muestran los diversos niveles
estequiométricos del quemador de aire-combustible y
los ajustes estequiométricos del quemador de
oxígeno-combustible para obtener una reducción
significativa del NOx. Por ejemplo, en una realización el quemador
de aire-combustible es encendido a una relación de
encendido constante de 10 MM Btu/Hr (2.92 MW). Aquí se asume que el
requisito global de combustible para el puerto es 11 MM Btu/Hr
(3.22 MW). El quemador de oxidación es encendido a una entrada de
energía constante de 1 MM Btu/Hr (293 KW). En una situación real,
pueden haber múltiples quemadores de oxidación dependiendo de la
dimensión de ancho del
puerto.
puerto.
\newpage
Los flujos correspondientes de aire de
combustión en las diversas relaciones de equivalencia, los flujos de
gas natural y de oxígeno del quemador de
oxígeno-combustible, la composición de los productos
de combustión del quemador de oxidación y la temperatura de
equilibrio antes de la interacción con la corriente de escape son
dados. El objetivo global es proveer suficiente oxidante secundario
para posibilitar mantener el nivel de oxígeno excedente deseado en
la corriente de escape.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En la Tabla I (la Tabla IA está en unidades del
S.I.), la relación de equivalencia de 1.00 es el aire de combustión
teóricamente correcto y los casos de relaciones 0.7, 0.8 y 0.95
corresponden a los casos de combustión enriquecida. Es mostrado
aquí que por la simple selección de la relación de encendido del
quemador oxoxidante (1 MM Btu/Hr aquí)(293 KW) y la relación
estequiométrica global, un contenido de oxígeno deseado puede ser
introducido en la sección de la cola de la llama de
aire-combustible. En adición, la temperatura de
equilibrio de los productos del del quemador de oxidación puede
ser ajustada escogiendo la relación estequiométrica.
En las Tablas I y IA, la relación de encendido
del combustible fósil total es 11 MMBTU/Hr (3.22 MW) para todos los
casos considerados (10 MM BTU/Hr (2.93 MW) en el quemador de
aire-combustible y 1 MM BTU/Hr (293 KW) en el
quemador de oxidación). La eficiencia térmica y la formación de NOx
del quemador de aire-combustible y del quemador de
oxidación pueden ser mejoradas ajustando el balance entre la
relación de encendido del combustible fósil en el quemador de
aire-combustible, y la relación del combustible
fósil en el quemador de oxidación, así como ajustando la relación
de equivalencia del quemador de oxidación. Típicamente, la
eficiencia térmica del sistema aumentará ya que la relación de
equivalencia del quemador de oxidación es aumentada a una relación
de encendido constante del combustible fósil.
La Tabla II (la Tabla IIA está en unidades del
S.I.) da un rango de la relación estequiométrica del quemador de
oxidación, la composición del gas de equilibrio calculada y de la
temperatura de equilibrio de la llama. Estos datos pueden ser
utilizado como línea directiva para seleccionar los flujos del
quemador de oxidación para la aplicación en campo. En una situación
real, es requerido un ligero incremento de oxígeno debido al
proceso ineficiente de mezcla. En cualquier caso la introducción de
oxígeno caliente o precalentado suministrado por el quemador de
oxidación puede producir una combustión eficiente del CO y otros
hidrocarburos dentro del espacio de combustión o de fundición sin
preocuparse acerca de la post combustión en el puerto de escape ni
del sobrecalentamiento del puerto de escape. Además, el calor
liberado por llama de oxidación está por encima de la superficie de
fusión del vidrio significativa y no se concentra cerca el puerto de
escape. Esta es una ventaja adicional sobre la oxidación simple de
CO y otros hidrocarburos cerca del puerto de escape. Además, el
proceso de la invención no introduce nitrógeno excedente en el horno
debido a la combustión oxígeno-combustible
comparado con métodos previos de combustión de aire enriquecido con
oxígeno como el revelado en la Patente U.S. No. 5,203,859.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las Tablas II y IIA dan diversos ajustes de
realización del quemador de oxidación para la operación en hornos
regenerativos. La relación estequiométrica del quemador de oxidación
puede ser ajustada para satisfacer la relación de equivalencia del
quemador de aire-combustible.
Los aspectos de la invención pueden ser
resumidos como sigue:
- \bullet
- El uso del quemador de oxidación oxígeno-combustible en hornos regenerativos para reducir emisiones de NOx.
- \bullet
- El encendido simultáneo de quemadores de aire-combustible ricos en combustible y quemadores de oxidación oxígeno-combustible pobres en combustible para reducir emisiones de NOx. Esta técnica toma las ventajas de dos procesos de reducción de NOx, el proceso de combustión de aire-combustible rico en combustible, y el proceso de oxidación oxígeno-combustible pobre en combustible, los cuales son la clave para reducir las emisiones de NOx, a la vez que se mantiene la estequiométrica oxígeno a combustible global similar al encendido de línea base, sin una pérdida de la eficiencia térmica y potencialmente una ganancia.
- \bullet
- El uso de uno o más quemadores de oxígeno-combustible para inyectar los productos oxidantes de la combustión profundamente en la cámara de combustión para el quemado del CO y otros hidrocarburos. La capacidad del quemador de oxidación para inyectar los productos de la combustión altamente oxidantes de manera profunda en la cámara de combustión es una mejora respecto a la lanza de oxígeno simple. El proceso de combustión de oxígeno-combustible aumenta la temperatura y el volumen de los gases y crea una fuerza propulsora para empujar los productos oxidantes de la combustión hacia dentro de la cámara de combustión.
- \bullet
- El uso de novedosas configuraciones de encendido del quemador de oxidación (las posiciones de encendido, los ángulos de encendido, el número de quemadores de oxidación) para hacer posible el quemado del CO y otros hidrocarburos.
- \bullet
- Un nuevo concepto de encendido de aire-combustible y oxígeno-combustible combinado donde el encendido oxidante del oxígeno-combustible puede ser usado como un dispositivo de control de la temperatura del proceso básico manteniendo el nivel (o por ciento de entrada de combustible) de encendido aire-combustible y variando el encendido de oxígeno-combustible para controlar el perfil de temperatura del horno. El nivel de capacidad de encendido del aire-combustible constante (dígase nivel de la línea base) mantendrá emisiones de NOx y de partículas casi constantes mientras los ajustes en la relación de encendido del quemador de oxidación pueden ser utilizados como una herramienta de control del proceso del horno sin afectar las emisiones globales de NOx o partículas. Esta nueva aproximación puede ofrecer un control preciso de la temperatura del proceso debido a las capacidades adicionales ofrecidas por los quemadores de oxidación para los ajustes finos en la relación de encendido, la estequiométrica quemador/horno y la temperatura resultante del proceso. El grado de control del flujo ofrecido por el encendido del oxígeno-combustible es mucho más preciso que el encendido aire-combustible usado en los hornos regenerativos tradicionales de aire-combustible.
- \bullet
- Una construcción novedosa del quemador de oxidación para hacer posible una corriente de alta velocidad de los productos oxidantes de combustión. Debido a velocidades de la llama relativamente superiores a la llama de oxígeno-combustible, puede ser producida una corriente de productos de combustión oxidantes de alta velocidad. El momento resultante puede ser como 10 veces mayor que una corriente de oxígeno fría usada en los métodos de combustión de aire enriquecido con oxígeno previos como es revelado en la Patente U.S. No. 5,203,859.
- \bullet
- Un nuevo concepto de retro-ajuste para reducir las emisiones de NOx de un horno de producción.
- \bullet
- Un nuevo método de reducción de NOx donde la transferencia de calor aumentada de la llama de oxígeno-combustible aumenta la productividad mientras reduce las emisiones de NOx. Hay tres razones para el aumento de la transferencia de calor: (1) hay una presión parcial aumentada de H_{2}O y CO_{2} en la cámara de combustión que aumenta la relación de transferencia de calor; (2) como los quemadores de aire-combustible son encendidos en un modo rico en combustible, según la presente invención, la formación de hollín es aumentada lo que también aumenta la relación de transferencia de energía a la carga; (3) con el uso de quemadores de oxidación, el volumen de escape del gas por la chimenea disminuye (para la misma relación de encendido del combustible fósil) de tal manera que cualquier dispositivo de recuperación de energía asociado con el horno para proveer aire precalentado como el oxidante será más eficiente, conduciendo a temperaturas de precalentamiento del aire más altas.
- \bullet
- Un nuevo concepto retro ajustable para el quemador de oxígeno-combustible en hornos de aire-combustible para mantener la capacidad deseada de encendido del combustible fósil usando un volumen en la chimenea reducido. Esto es necesario cuando los regeneradores (debido a la obstrucción u otras razones) no son capaces de manipular la capacidad de volumen de la chimenea resultante de la combustión aire-combustible solamente.
Otra realización importante de la invención es
el diseño del quemador de oxidación
oxígeno-combustible. El quemador de oxidación puede
ser un quemador de oxígeno-petróleo. Por
simplicidad, un diseño del quemador de oxígeno-gas
natural es considerado aquí. El esquema Fig 3 ilustra una
construcción esquemática del quemador de
oxígeno-combustible de la invención. El diseño de
este quemador se basa en inyectar una llama oxidante de una
velocidad muy alta en el espacio de combustión del fundidor. La
velocidad del oxidante está en un rango desde alrededor de 100
pie/s (30 m/s) a alrededor de 1000 pie/s (300 m/s). La dirección
general es a lo largo de la longitud de la llama de
aire-combustible y a un ligero ángulo \alpha hacia
arriba para intersectar la sección de la cola de la llama de
aire-combustible. El ángulo \alpha oscila desde
alrededor de 1 a alrededor de 30º para los puertos con fondo
plano.
La llama de oxígeno-combustible
de mayor velocidad generalmente no es seleccionada debido a la
preocupación por el NOx, sin embargo, el quemador de oxidación
actual es normalmente operado a una relación de equivalencia muy
alta preferiblemente desde alrededor de 1.5 a alrededor de 12.5, por
lo tanto el aporte global del NOx del quemador de oxidación en sí
mismo es relativamente pequeño. El aporte de NOx es pequeño debido a
las temperaturas de la llama pico relativamente bajas del quemador
altamente oxidante.
El diseño del quemador de oxidación de la
invención es muy simple. Un conducto central 100 es usado para la
inyección de oxígeno a alta velocidad y un espacio anular 102 se usa
para el gas natural. El conducto de oxígeno es dimensionado para
proveer una velocidad de inyección de oxígeno preferiblemente mayor
que 100 pie/seg (30 m/s). El quemador preferiblemente usa un bloque
refractario estándar del quemador 104 para formar el pasadizo
anular del gas natural. El flujo del gas natural es mantenido fuera
para proveer un escudo efectivo contra el arrastre de nitrógeno
atmosférico en el horno, el cual puede reaccionar con el oxígeno
caliente para formar NOx. Además, el propósito es enviar los
productos oxidantes profundamente en el espacio de combustión, por
consiguiente, el chorro oxidante de mayor volumen central es capaz
de penetrar más que un chorro de gas natural de bajo volumen
anular. Es también conocido a partir de la teoría del chorro
turbulento que el chorro anular puede declinar mucho más
rápidamente que el chorro central sólido. El conducto de oxígeno
extremo 106 es mantenido a una distancia regulable de la cara
caliente 108, del horno para crear un momento de llama apropiado y
estabilidad de la llama.
Como se ilustra en la Fig 3, el conducto central
de oxígeno 100 es preferiblemente replegable en la dirección axial
para permitir el control del momento y la formación de la llama
apropiado. La cantidad de retracción preferiblemente oscila desde
alrededor de D/4 hasta alrededor de 10D, donde D es el diámetro
interno del bloque refractario de gas natural 104. El flujo de gas
natural anular en una realización es preferiblemente en forma de
remolino, usando un aspa estándar múltiple 110 para crear un ligero
remolino en la corriente del gas natural. Esto se hace para crear
la combustión rápida con la corriente central de oxígeno y crear un
efecto de propulsión para disparar la corriente de combustión del
quemador de oxidación 112 profundamente en el espacio de combustión
del horno 114. El propósito es enviar la llama del quemador de
oxidación de alta velocidad dentro del horno. La orientación del
encendido por debajo del puerto del quemador de oxidación es para
mantener el ángulo de inyección \alpha muy pequeño (de alrededor
de 1º a alrededor de 10º hacia arriba para puertos en el fondo
plano) para la intersección retardada con la llama de
aire-combustible. El rango de las velocidades del
oxígeno y del gas natural son preferiblemente cada uno de alrededor
de 200 a 800 pie/seg. (60 a 200 m/s).
Dependiendo de la relación de encendido del
quemador de aire-combustible, del ancho del puerto,
del ancho del horno y de la relación estequiométrica del quemador
de oxidación, se hace una selección meticulosa de las velocidades
del gas y del oxígeno. Un modelo de flujo de las dinámicas del
fluido (DFC) computacional es preferiblemente aplicado a la
geometría del horno y las velocidades de gas/oxígeno son
seleccionadas para posibilitar que los productos oxidantes de la
combustión, a partir del quemador de
oxígeno-combustible intersecten en la sección de la
cola a la llama de aire-combustible.
Un relación de equivalencia de 0.6 a 1.00 para
el quemador de aire-combustible encendido es
determinada en la presente invención considerando que reduciendo la
relación del aire de combustión precalentado por debajo de una
relación de equivalencia de 0.6 puede crear una llama de
aire-combustible de velocidad muy baja (debido a
las dimensiones fijadas del puerto) Tal llama podría ser
excesivamente larga y podría dañar el material refractario del
horno (cerca de la corona y el puerto de escape). La longitud de la
llama larga podría reducirse en cierta medida aumentando la
velocidad de inyección del combustible. En muchos hornos sin
embargo, el diámetro de salida de la boquilla del quemador de
aire-combustible no es regulable y por eso la
velocidad del combustible no es variable para una relación de
encendido dada. En tal situación, la operación del horno a una
relación de equivalencia reducida se dificulta debido al problema
del control de la longitud de la llama. El límite inferior de la
relación de equivalencia del quemador de
aire-combustible está limitado por el diseño del
quemador de aire-combustible, el ancho del horno
(para hornos de encendido lateral) y la capacidad para ajustar la
longitud de la llama de aire-combustible (usando
velocidades más altas de combustible) sin daño para los elementos
refractarios del horno. Es preferible cambiar la boquilla del
quemador de aire-combustible (usando una boquilla
más pequeña y velocidades del combustible superiores) cuando se use
una relación de equivalencia inferior (0.6 a 1.00). La relación de
equivalencia inferior es típicamente usada cuando se desea una
máxima reducción en NOx. Otra opción es usar una boquilla del
quemador de aire-combustible de área variable para
aumentar la velocidad del combustible durante la operación con
relación de equivalencia baja. Si se logra reducir las dimensiones
del área de salida del puerto (por el ejemplo bloqueando el área del
puerto parcialmente con ladrillos refractarios) incluso una relación
de equivalencia aire-combustible inferior (<0.6)
puede ser usada.
La configuración de encendido del quemador de
oxidación se adapta a diferentes configuraciones de encendido del
quemador aire-combustible. El encendido de por el
puerto lateral es muy común en hornos flotadores de vidrio. Otra
configuración usada industrialmente es un encendido de
aire-combustible por debajo del puerto. Para
semejante configuración con la presente invención hace falta un
quemador de oxidación directo al puerto (enfriado por agua). Una
vez más, dependiendo del ancho del puerto, se puede preferir uno o
más quemadores oxidantes. Esto es mostrado en la Fig. 4, donde un
quemador de aire-combustible 50 es ilustrado en
posición por debajo del puerto. Las características de la llama del
quemador de oxidación son similares al caso previo que incluye la
inyección por debajo del puerto. Aquí, el ángulo de inyección
\alpha es ajustado (desde alrededor de -10º a alrededor de +30º
hacia la superficie de vidrio) para permitir la intersección de la
llama del aire-combustible en la sección de la
cola. Las velocidades del combustible y del oxidante del quemador de
oxidación son específicamente calculadas ya que la corriente del
flujo del quemador de oxidación está sumergida en la corriente de
aire precalentado. El efecto del momento del aire de combustión
precalentado 200 es tomado en cuenta al calcular la dirección y el
momento de la llama del quemador de oxidación. Este quemador 30
tiene un conducto de oxígeno 100 y típicamente un conducto de
combustible 104 que rodea al conducto del oxidante, pero además
tiene una camisa de agua 105.
El encendido del quemador de oxidación 30 puede
ser adaptado a otras diversas configuraciones de encendido del
quemador de aire-combustible 25, incluyendo el
encendido por encima del puerto, y el encendido por el extremo del
puerto para los hornos regenerativos de Tipo-U. En
el caso de hornos recuperativos o de encendido directo, el quemador
de oxidación puede ser encendido en un ángulo por debajo del
quemador de aire-combustible (similar al caso por el
lado del puerto, ilustrado en la Fig 2).
La reducción de la emisión de NOx puede ser
obtenida simplemente operando el horno regenerativo o recuperativo
a una relación estequiométrica inferior (relación de equivalencia de
0.6 a 1.00) y operando el quemador de oxidación de
oxígeno-combustible en una relación de equivalencia
deseada (entre 1.5 a 12.5). Los límites inferiores o superiores en
la relación estequiométrica no son seleccionados debido a los
límites de inflamabilidad de la combustión
oxígeno-combustible e incrementos indeseables de las
temperaturas de equilibrio de la llama.
Claims (10)
1. Un método de calentar una carga en un horno,
el método comprendiendo los pasos de:
- a.
- combustionar un primer combustible en al menos un quemador de aire-combustible, el calor de dicho quemador de aire-combustible siendo sustancialmente transmitido a la carga.
- b.
- combustionar un segundo combustible en al menos un quemador de oxígeno-combustible, el calor de dicho quemador de oxígeno-combustible siendo sustancialmente transmitido a la carga;
- donde dicho quemador de aire-combustible es operado en un modo rico en combustible y dicho quemador de oxígeno-combustible es operado en un modo pobre en combustible,
donde el paso de combustión (b) crea a una llama
de oxígeno-combustible que intersecta la llama
aire-combustible, y donde la llama de
oxígeno-combustible se proyecta desde un puerto en
el fondo plano hacia la llama de aire-combustible en
un ángulo \alpha medida desde la horizontal, el ángulo \alpha
oscilando desde alrededor de 1º a alrededor de 30º.
2. El método de conformidad con la
reivindicación 1 donde el paso de combustión (a) crea una llama de
aire-combustible que es sustancialmente paralela a
una superficie horizontal de una carga.
3. El método de conformidad con las
reivindicaciones 1 ó 2 donde la llama de
oxígeno-combustible se proyecta desde abajo de la
llama de aire-combustible.
4. El método de conformidad con las
reivindicaciones 1 a 3 donde la llama de
oxígeno-combustible intersecta la llama de
aire-combustible cerca de una cola de la llama de
aire-combustible.
5. El método de conformidad con una de las
reivindicaciones 1 a 4 donde múltiples quemadores de
oxígeno-combustible están presentes por cada
quemador aire-combustible o puerto de encendido de
aire-combustible.
6. El método de conformidad con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5 donde el quemador de
aire-combustible opera a un relación de equivalencia
que oscila desde 0.6 a alrededor 1.0.
7. El método de conformidad con una de las
reivindicaciones 1 a 6 donde el primero y el segundo combustibles
son el mismo.
8. El método de conformidad con una de las
reivindicaciones 1 a 7 donde el quemador
oxígeno-combustible opera a un relación de
equivalencia que oscila desde alrededor de 1.5 a alrededor de
12.5.
9. Un quemador de
oxígeno-combustible que comprende:
- a.
- un conducto central (100) adaptado para entregar un oxidante;
- b.
- una región anular externa del conducto central (102), la región anular adaptada para entregar un combustible.
- c.
- el conducto central teniendo una boquilla anexa en un extremo del conducto central, donde la boquilla o el conducto central están adaptados para ser ajustados axialmente,
donde la región anular está posicionada allí con
uno o más dispersores de combustible (110).
10. Quemador de conformidad con la
reivindicación 9, donde el conducto central tiene un extremo de
salida del oxidante (106), y la región anular externa del conducto
central (102) es definida por un bloque refractario del quemador
(104), el bloque refractario del quemador formando una cara caliente
del horno (108) de frente al espacio de combustión el extremo de
salida del oxidante (106) estando posicionado desde la cara caliente
del horno (108) por una distancia que oscila desde alrededor de D/4
a alrededor de 10D, donde D es un diámetro de una región de salida
de la llama del quemador.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US31977 | 1998-02-26 | ||
| US09/031,977 US5954498A (en) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | Oxidizing oxygen-fuel burner firing for reducing NOx emissions from high temperature furnaces |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2312201T3 true ES2312201T3 (es) | 2009-02-16 |
Family
ID=21862449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES99400169T Expired - Lifetime ES2312201T3 (es) | 1998-02-26 | 1999-01-25 | Combustion de oxigteno-combustible para reducir emisiones de nox en hornos de alta temperatura. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5954498A (es) |
| EP (1) | EP0939059B1 (es) |
| JP (2) | JP4267121B2 (es) |
| BR (1) | BR9911534A (es) |
| CA (1) | CA2261454C (es) |
| DE (1) | DE69939231D1 (es) |
| ES (1) | ES2312201T3 (es) |
Families Citing this family (83)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9818529D0 (en) * | 1998-08-25 | 1998-10-21 | Boc Group Plc | Variable stoichiometric combustion |
| US6354110B1 (en) * | 1999-08-26 | 2002-03-12 | The Boc Group, Inc. | Enhanced heat transfer through controlled interaction of separate fuel-rich and fuel-lean flames in glass furnaces |
| AU737544B2 (en) * | 1999-10-18 | 2001-08-23 | Air Products And Chemicals Inc. | Method and apparatus for backing-up oxy fuel combustion with air-fuel combustion |
| US6250915B1 (en) | 2000-03-29 | 2001-06-26 | The Boc Group, Inc. | Burner and combustion method for heating surfaces susceptible to oxidation or reduction |
| US6454562B1 (en) * | 2000-04-20 | 2002-09-24 | L'air Liquide-Societe' Anonyme A' Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Oxy-boost control in furnaces |
| FR2813893B1 (fr) * | 2000-09-08 | 2003-03-21 | Air Liquide | Procede de rechauffage de produits metallurgiques |
| JP2002115808A (ja) * | 2000-10-12 | 2002-04-19 | Asahi Glass Co Ltd | 燃焼炉燃焼ガスの窒素酸化物削減方法 |
| US6699029B2 (en) | 2001-01-11 | 2004-03-02 | Praxair Technology, Inc. | Oxygen enhanced switching to combustion of lower rank fuels |
| US6699030B2 (en) | 2001-01-11 | 2004-03-02 | Praxair Technology, Inc. | Combustion in a multiburner furnace with selective flow of oxygen |
| US20020127505A1 (en) | 2001-01-11 | 2002-09-12 | Hisashi Kobayashi | Oxygen enhanced low nox combustion |
| US6699031B2 (en) | 2001-01-11 | 2004-03-02 | Praxair Technology, Inc. | NOx reduction in combustion with concentrated coal streams and oxygen injection |
| US6702569B2 (en) | 2001-01-11 | 2004-03-09 | Praxair Technology, Inc. | Enhancing SNCR-aided combustion with oxygen addition |
| DE10118880C2 (de) | 2001-04-18 | 2003-04-30 | Sorg Gmbh & Co Kg | Verfahren und Anordnungen zum Beheizen von Glasschmelzöfen mit fossilen Brennstoffen |
| US6436337B1 (en) * | 2001-04-27 | 2002-08-20 | Jupiter Oxygen Corporation | Oxy-fuel combustion system and uses therefor |
| CA2485570C (en) | 2002-05-15 | 2009-12-22 | Praxair Technology, Inc. | Combustion with reduced carbon in the ash |
| CA2485934C (en) * | 2002-05-15 | 2009-12-15 | Praxair Technology, Inc. | Low nox combustion |
| US7833009B2 (en) * | 2004-09-10 | 2010-11-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Oxidant injection method |
| US7516620B2 (en) | 2005-03-01 | 2009-04-14 | Jupiter Oxygen Corporation | Module-based oxy-fuel boiler |
| FR2892497B1 (fr) * | 2005-10-24 | 2008-07-04 | Air Liquide | Procede de combustion mixte dans un four a regenerateurs |
| US7802452B2 (en) * | 2005-12-21 | 2010-09-28 | Johns Manville | Processes for making inorganic fibers |
| US7581948B2 (en) * | 2005-12-21 | 2009-09-01 | Johns Manville | Burner apparatus and methods for making inorganic fibers |
| FR2903478B1 (fr) * | 2006-07-06 | 2008-09-19 | L'air Liquide | Procede de chauffage d'une charge, notamment d'aluminium |
| BRPI0717031A2 (pt) * | 2006-08-25 | 2013-10-01 | Linde Inc | injeÇço de oxigÊnio atravÉs de um teto ou coroa de um forno de vidro |
| US20090117503A1 (en) * | 2007-11-07 | 2009-05-07 | Cain Bruce E | Burner Control |
| US20090130617A1 (en) * | 2007-11-19 | 2009-05-21 | Cain Bruce E | Regenerative burner apparatus |
| FR2927327B1 (fr) * | 2008-02-08 | 2010-11-19 | Saint Gobain | Four verrier bas nox a haut transfert de chaleur |
| US8105074B2 (en) * | 2008-06-30 | 2012-01-31 | Praxair Technology, Inc. | Reliable ignition of hot oxygen generator |
| CN101846315B (zh) * | 2009-03-24 | 2012-07-04 | 烟台龙源电力技术股份有限公司 | 煤粉浓缩装置和包含该煤粉浓缩装置的内燃式煤粉燃烧器 |
| US20100242545A1 (en) * | 2009-03-30 | 2010-09-30 | Richardson Andrew P | Cyclical stoichiometric variation of oxy-fuel burners in glass furnaces |
| US9221704B2 (en) | 2009-06-08 | 2015-12-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Through-port oxy-fuel burner |
| CN102459102B (zh) * | 2009-06-08 | 2014-10-01 | 气体产品与化学公司 | 通过小炉的氧气燃料燃烧器 |
| DE102010029648A1 (de) | 2010-06-02 | 2011-04-07 | Kutzner, Dieter, Dipl.-Ing. | Verfahren zum Schmelzen von Metallen oder Glas oder zur Wärmebehandlung von Metallen |
| US8875544B2 (en) | 2011-10-07 | 2014-11-04 | Johns Manville | Burner apparatus, submerged combustion melters including the burner, and methods of use |
| US8997525B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-04-07 | Johns Manville | Systems and methods for making foamed glass using submerged combustion |
| US8991215B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-03-31 | Johns Manville | Methods and systems for controlling bubble size and bubble decay rate in foamed glass produced by a submerged combustion melter |
| US9032760B2 (en) | 2012-07-03 | 2015-05-19 | Johns Manville | Process of using a submerged combustion melter to produce hollow glass fiber or solid glass fiber having entrained bubbles, and burners and systems to make such fibers |
| US8973405B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-03-10 | Johns Manville | Apparatus, systems and methods for reducing foaming downstream of a submerged combustion melter producing molten glass |
| US9776903B2 (en) | 2010-06-17 | 2017-10-03 | Johns Manville | Apparatus, systems and methods for processing molten glass |
| US8650914B2 (en) | 2010-09-23 | 2014-02-18 | Johns Manville | Methods and apparatus for recycling glass products using submerged combustion |
| US8973400B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-03-10 | Johns Manville | Methods of using a submerged combustion melter to produce glass products |
| US9021838B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-05-05 | Johns Manville | Systems and methods for glass manufacturing |
| US10322960B2 (en) | 2010-06-17 | 2019-06-18 | Johns Manville | Controlling foam in apparatus downstream of a melter by adjustment of alkali oxide content in the melter |
| US8707739B2 (en) | 2012-06-11 | 2014-04-29 | Johns Manville | Apparatus, systems and methods for conditioning molten glass |
| US8707740B2 (en) | 2011-10-07 | 2014-04-29 | Johns Manville | Submerged combustion glass manufacturing systems and methods |
| US8769992B2 (en) | 2010-06-17 | 2014-07-08 | Johns Manville | Panel-cooled submerged combustion melter geometry and methods of making molten glass |
| US9096452B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-08-04 | Johns Manville | Methods and systems for destabilizing foam in equipment downstream of a submerged combustion melter |
| US8632621B2 (en) | 2010-07-12 | 2014-01-21 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method for melting a solid charge |
| US9533905B2 (en) | 2012-10-03 | 2017-01-03 | Johns Manville | Submerged combustion melters having an extended treatment zone and methods of producing molten glass |
| WO2014055199A1 (en) | 2012-10-03 | 2014-04-10 | Johns Manville | Methods and systems for destabilizing foam in equipment downstream of a submerged combustion melter |
| WO2014058381A1 (en) * | 2012-10-11 | 2014-04-17 | Ecomb Ab (Publ) | Supply device for a combustion chamber |
| US20140141382A1 (en) * | 2012-11-19 | 2014-05-22 | Neil Simpson | Oxygen injector for furnace and regenerator |
| US9227865B2 (en) | 2012-11-29 | 2016-01-05 | Johns Manville | Methods and systems for making well-fined glass using submerged combustion |
| US20150291465A1 (en) * | 2012-11-30 | 2015-10-15 | Corning Incorporated | Swirling burner and process for submerged combustion melting |
| US20140170573A1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-06-19 | Neil G. SIMPSON | BURNER UTILIZING OXYGEN LANCE FOR FLAME CONTROL AND NOx REDUCTION |
| US10131563B2 (en) | 2013-05-22 | 2018-11-20 | Johns Manville | Submerged combustion burners |
| WO2014189501A1 (en) | 2013-05-22 | 2014-11-27 | Johns Manville | Submerged combustion burners, melters, and methods of use |
| WO2014189499A1 (en) | 2013-05-22 | 2014-11-27 | Johns Manville | Submerged combustion burners and melters, and methods of use |
| WO2014189506A1 (en) | 2013-05-22 | 2014-11-27 | Johns Manville | Submerged combustion burners and melters, and methods of use |
| EP2999923B1 (en) | 2013-05-22 | 2018-08-15 | Johns Manville | Submerged combustion melter with improved burner and corresponding method |
| WO2014193388A1 (en) | 2013-05-30 | 2014-12-04 | Johns Manville | Submerged combustion glass melting systems and methods of use |
| SI3003997T1 (sl) | 2013-05-30 | 2021-08-31 | Johns Manville | Potopni zgorevalni gorilniki s sredstvi za izboljšanje mešanja za talilne peči za steklo in uporaba |
| WO2015009300A1 (en) | 2013-07-18 | 2015-01-22 | Johns Manville | Fluid cooled combustion burner and method of making said burner |
| GB201313656D0 (en) * | 2013-07-31 | 2013-09-11 | Knauf Insulation Doo Skofja Loka | Melting of vitrifiable material |
| GB201313651D0 (en) | 2013-07-31 | 2013-09-11 | Knauf Insulation Doo Skofja Loka | Melting of vitrifiable material |
| GB201313652D0 (en) | 2013-07-31 | 2013-09-11 | Knauf Insulation Doo Skofja Loka | Melting of vitrifiable material |
| EP3078908A1 (en) | 2015-04-08 | 2016-10-12 | Linde Aktiengesellschaft | Burner device and method |
| US9751792B2 (en) | 2015-08-12 | 2017-09-05 | Johns Manville | Post-manufacturing processes for submerged combustion burner |
| US10041666B2 (en) | 2015-08-27 | 2018-08-07 | Johns Manville | Burner panels including dry-tip burners, submerged combustion melters, and methods |
| US10670261B2 (en) | 2015-08-27 | 2020-06-02 | Johns Manville | Burner panels, submerged combustion melters, and methods |
| US9815726B2 (en) | 2015-09-03 | 2017-11-14 | Johns Manville | Apparatus, systems, and methods for pre-heating feedstock to a melter using melter exhaust |
| US9982884B2 (en) | 2015-09-15 | 2018-05-29 | Johns Manville | Methods of melting feedstock using a submerged combustion melter |
| US10837705B2 (en) | 2015-09-16 | 2020-11-17 | Johns Manville | Change-out system for submerged combustion melting burner |
| US10081563B2 (en) | 2015-09-23 | 2018-09-25 | Johns Manville | Systems and methods for mechanically binding loose scrap |
| US10144666B2 (en) | 2015-10-20 | 2018-12-04 | Johns Manville | Processing organics and inorganics in a submerged combustion melter |
| US10690344B2 (en) | 2016-04-26 | 2020-06-23 | Cleaver-Brooks, Inc. | Boiler system and method of operating same |
| US10246362B2 (en) | 2016-06-22 | 2019-04-02 | Johns Manville | Effective discharge of exhaust from submerged combustion melters and methods |
| CN106277718B (zh) * | 2016-08-19 | 2019-03-15 | 巨石集团有限公司 | 一种玻璃纤维池窑用玻璃液通道加热方法 |
| US10301208B2 (en) | 2016-08-25 | 2019-05-28 | Johns Manville | Continuous flow submerged combustion melter cooling wall panels, submerged combustion melters, and methods of using same |
| US10337732B2 (en) | 2016-08-25 | 2019-07-02 | Johns Manville | Consumable tip burners, submerged combustion melters including same, and methods |
| US10196294B2 (en) | 2016-09-07 | 2019-02-05 | Johns Manville | Submerged combustion melters, wall structures or panels of same, and methods of using same |
| US10233105B2 (en) | 2016-10-14 | 2019-03-19 | Johns Manville | Submerged combustion melters and methods of feeding particulate material into such melters |
| CN112608009A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-06 | 成都中光电科技有限公司 | 一种tft-lcd液晶玻璃窑炉氮氧化物的控制方法 |
| US11668460B2 (en) * | 2020-12-21 | 2023-06-06 | Fives North American Combustion, Inc. | Regenerative burner system and method of use |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1166451A (en) * | 1913-05-03 | 1916-01-04 | Henry A Dreffein | Burner construction. |
| US1165835A (en) * | 1914-09-21 | 1915-12-28 | Birkholz Company | Gas-burner. |
| FR1579996A (es) * | 1968-03-02 | 1969-08-29 | ||
| US3934522A (en) * | 1974-11-01 | 1976-01-27 | The Detroit Edison Company | Coal burning system |
| US4473388A (en) * | 1983-02-04 | 1984-09-25 | Union Carbide Corporation | Process for melting glass |
| FR2546155B1 (fr) * | 1983-05-20 | 1986-06-27 | Air Liquide | Procede et installation d'elaboration de verre |
| US4927357A (en) * | 1988-04-01 | 1990-05-22 | The Boc Group, Inc. | Method for gas lancing |
| US4907961A (en) * | 1988-05-05 | 1990-03-13 | Union Carbide Corporation | Oxygen jet burner and combustion method |
| FR2659729B1 (fr) | 1990-03-16 | 1992-06-05 | Air Liquide | Procede de fusion et d'affinage d'une charge. |
| FR2667928B1 (fr) * | 1990-10-16 | 1995-07-28 | Air Liquide | Procede de chauffe d'une enceinte thermique. |
| US5100313A (en) * | 1991-02-05 | 1992-03-31 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Coherent jet combustion |
| US5308239A (en) * | 1992-02-04 | 1994-05-03 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method for reducing NOx production during air-fuel combustion processes |
| US5256058A (en) * | 1992-03-30 | 1993-10-26 | Combustion Tec, Inc. | Method and apparatus for oxy-fuel heating with lowered NOx in high temperature corrosive environments |
| US5266025A (en) * | 1992-05-27 | 1993-11-30 | Praxair Technology, Inc. | Composite lance |
| US5643348A (en) * | 1992-09-14 | 1997-07-01 | Schuller International, Inc. | Oxygen/fuel fired furnaces having massive, low velocity, turbulent flame clouds |
| US5411393A (en) * | 1993-01-04 | 1995-05-02 | Southwire Company | Premix burner for furnace with gas enrichment |
| US5490775A (en) * | 1993-11-08 | 1996-02-13 | Combustion Tec, Inc. | Forward injection oxy-fuel burner |
| FR2725017B1 (fr) * | 1994-09-22 | 1996-12-13 | Air Liquide | Ouvreau pour oxybruleur, ensemble d'oxybruleur comportant un tel ouvreau et procede de mise en oeuvre d'un tel ensemble |
-
1998
- 1998-02-26 US US09/031,977 patent/US5954498A/en not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-01-25 ES ES99400169T patent/ES2312201T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1999-01-25 DE DE69939231T patent/DE69939231D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-01-25 EP EP99400169A patent/EP0939059B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-02-11 CA CA002261454A patent/CA2261454C/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-02-17 JP JP03841799A patent/JP4267121B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-02-24 BR BR9911534-4A patent/BR9911534A/pt unknown
- 1999-09-20 US US09/400,699 patent/US6171100B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-03-25 JP JP2008077766A patent/JP2008157622A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2261454A1 (en) | 1999-08-26 |
| JPH11311403A (ja) | 1999-11-09 |
| EP0939059A2 (en) | 1999-09-01 |
| US5954498A (en) | 1999-09-21 |
| US6171100B1 (en) | 2001-01-09 |
| JP4267121B2 (ja) | 2009-05-27 |
| EP0939059B1 (en) | 2008-08-06 |
| DE69939231D1 (de) | 2008-09-18 |
| BR9911534A (pt) | 2001-03-13 |
| JP2008157622A (ja) | 2008-07-10 |
| EP0939059A3 (en) | 2000-04-19 |
| CA2261454C (en) | 2008-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2312201T3 (es) | Combustion de oxigteno-combustible para reducir emisiones de nox en hornos de alta temperatura. | |
| US6077072A (en) | Prefferential oxygen firing system for counter-current mineral calcining | |
| ES2253186T5 (es) | Método de calentamiento asistido en un horno de fundición de vidrio utilizando un quemador de combustible y oxígeno montado en el techo | |
| RU2288193C2 (ru) | Способ плавления стеклообразующего материала в стеклоплавильной печи и кислородотопливная горелка | |
| JP6557733B2 (ja) | 低速度燃料流のための燃焼方法 | |
| CA2221331A1 (en) | Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams | |
| ES2203774T3 (es) | Procedimiento para mejorar el perfil termico de los hornos de vidrio y horno de fusion de vidrio para su realizacion. | |
| KR20120115158A (ko) | 용융 스톡을 용융시키기 위한 방법 및 장치 | |
| JP5074417B2 (ja) | 予熱された反応物を用いた多段酸素燃焼プロセス | |
| KR101879895B1 (ko) | 용광로 스토브를 가열하기 위한 장치 및 방법 | |
| CN100467987C (zh) | 在具有多孔壁的炉中的燃烧方法 | |
| JP3522506B2 (ja) | 酸素燃焼バーナと該バーナを持つ燃焼炉 | |
| ES2548180T3 (es) | Método y dispositivo para fundir material de fundición | |
| US20100083884A1 (en) | Method and burner for burning solid fuels | |
| ES2395382T3 (es) | Procedimiento de combustión mixta en un horno de regeneradores | |
| JP4165993B2 (ja) | 予混合型蓄熱式交番燃焼装置 | |
| JP3176786B2 (ja) | 酸素バーナ | |
| JP3591058B2 (ja) | 気体燃料−酸素バーナー | |
| ES2792044T3 (es) | Un método de combustión aplicado a materiales de fusión tales como el vidrio en un horno de llama longitudinal | |
| JP3315493B2 (ja) | 加熱炉用酸素バーナ | |
| CA2591692A1 (en) | Oxidizing oxygen-fuel burner firing for reducing nox emissions from high temperature furnaces | |
| KR100276875B1 (ko) | 산소주입 오일 연소식 글라스 용해로 | |
| UA26272U (en) | Volume-regeneration method for fuel burning at metal heating |