ES2607758T3 - Quemador sumergido de múltiples inyectores - Google Patents

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ES2607758T3 ES13706634.6T ES13706634T ES2607758T3 ES 2607758 T3 ES2607758 T3 ES 2607758T3 ES 13706634 T ES13706634 T ES 13706634T ES 2607758 T3 ES2607758 T3 ES 2607758T3
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Julien Marie
David Galley
Sébastien CHESNEL
Frédéric LOPEPE
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Abstract

Quemador (1) sumergido para horno de fusión de vidrio o de roca que incluye -una pluralidad de inyectores alineados, cada inyector incluye una cámara de mezcla (2) con forma de cilindro, con un orificio de inyección (11), un conducto de alimentación de combustible (3) y un conducto de alimentación de comburente (4) que desemboca en la cámara de mezcla a nivel de la camisa del cilindro en unos puntos diametralmente opuestos y según una dirección que provoca una circulación tangencial del combustible y del comburente respecto de la camisa del cilindro, y -un sistema de conductos (12) que permiten hacer circular un fluido de enfriamiento por el interior del quemador.

Description

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DESCRIPCION
Quemador sumergido de multiples inyectores
La presente invencion se refiere a un nuevo quemador que incluye una alineacion de inyectores, destinado a ser utilizado tanto como quemador sumergido en un horno de fusion de vidrio o de roca, en particular a temperatures suficientemente elevadas para permitir la fusion de la roca.
La fusion de la roca se realiza tradicionalmente en hornos del tipo cubilote calentados mediante coque a unas temperaturas al menos iguales a 1460 °C.
La presente invencion tiene como objetivo proponer un nuevo tipo de quemador que permite efectuar la fusion de la roca a alta temperatura (alrededor de 1500 °C) en un horno con quemadores sumergidos utilizados hasta aqu anteriormente para la fusion de vidrio.
La fusion de roca necesita unas temperaturas significativamente mas elevadas que la fusion de vidrio, generalmente es imposible utilizar las mismas instalaciones para estos dos tipos de materias primas.
Los dos principales problemas que se plantean cuando se desea adaptar un horno de fusion habitual, utilizando quemadores sumergidos, para la fusion de roca son
-el desgaste excesivo de las ceramicas refractarias que sirven clasicamente al aislamiento termico y a la proteccion de las paredes del horno y
-la dificultad de utilizar la energfa termica aportada por los quemadores sumergidos de forma suficientemente eficaz para alcanzar las elevadas temperaturas requeridas, sin malgastar excesivamente energfa.
El desgaste de las ceramicas refractarias se puede evitar gracias a la utilizacion de un horno de paredes metalicas desnudas, enfriadas en continuo mediante un sistema de circulacion de un lfquido de enfriamiento (camisa de agua, en ingles waterjacket). Se plantea entonces de forma particularmente agudo el problema de la obtencion de una temperatura de las materias en fusion particularmente elevada, del orden de 1500 °C, en un horno con unas paredes enfriadas activamente.
La solicitante ha descubierto que no era sin embargo imposible satisfacer simultaneamente estas dos restricciones contradictorias gracias a la formacion, a nivel de la interfaz entre las paredes metalicas desnudas enfriadas y el material en fusion, de una capa de cristales de vidrio o de roca que juegan a la vez el papel de aislante termico y el papel de capa de proteccion de las paredes metalicas contra la oxidacion.
Las investigaciones y ensayos llevados por la solicitante con vistas a la puesta a punto de un horno de quemadores sumergidos, apropiado para la fusion de la roca a unas temperaturas de alrededor de 1500 °C, han mostrado sin embargo que con unos quemadores sumergidos habituales era desgraciadamente imposible mantener esta capa solida de aislamiento en la proximidad inmediata de los quemadores sumergidos y que la zona de la solera en la vecindad de los quemadores sufna, en algunas horas o dfas unicamente, unas degradaciones mediante oxidacion inaceptables.
Estas degradaciones oxidativas se debfan a la necesidad de inyectar una potencia energetica suficiente por medio de uno o de varios quemadores sumergidos, en ausencia de ceramicas refractarias, y a la existencia de fuertes corrientes de conveccion de la materia en fusion en la proximidad de la llama sumergida, inherente a la utilizacion de quemadores sumergidos. Una llama sumergida vacilante y de gran potencia conlleva por tanto la fusion de la capa solidificada en la proximidad y la oxidacion de la solera metalica subyacente.
El nuevo quemador sumergido propuesto en la presente solicitud ha permitido limitar considerablemente incluso en algunos casos suprimir, estas degradaciones oxidativas de la solera metalica del horno. Gracias a una combinacion original de diferentes medios tecnicos, descritos con mas detalle a continuacion, la solicitante ha en efecto conseguido dividir y estabilizar la llama sumergida de dicho quemador y mantener en la proximidad inmediata de esta llama sumergida una capa de proteccion formada mediante solidificacion local del vidrio o de la roca en fusion, mientras se inyecta una cantidad total suficiente de energfa y optimizando la transferencia termica entre la llama del quemador y la materia en fusion.
Un quemador sumergido con una pluralidad de inyectores alineados en dos filas ya es conocido de la solicitud de patente GB 1157010. Se trata de un quemador aire/gas en el que se afirma que puede alcanzar temperaturas de 1500 °C. Este quemador no presenta sin embargo una camara de mezcla y el combustible gaseoso es mezclado con el comburente (aire) antes de la inyeccion en el material fundido lo que presenta unos riesgos considerables cuando la composicion en oxfgeno del comburente es elevada. Otro quemador con una pluralidad de inyectores es conocido por la solicitud de patente US 4671765 A1.
La utilizacion de un quemador sumergido para la combustion de una mezcla aire/gas es por otra parte insatisfactoria desde un punto de vista de eficacia energetica. En efecto, la eficacia de la transferencia energetica de una llama
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aire/gas en un bano de vidrio en fusion a 1500 °C es de alrededor de un 27% unicamente mientras que es igual a alrededor de un 75% para una llama 02/gas.
Esta ventaja de una mejor eficacia energetica se acompana sin embargo del aumento de los problemas de oxidacion de las paredes del horno y del quemador en sf mismo, estos problemas son tanto mas importantes como el contenido en oxfgeno del comburente y la temperatura de la llama son elevadas. Sin embargo, una llama metano/O2 presenta una temperatura de alrededor de 3000 K, considerablemente mas elevada que la temperatura de una llama metano/aire que es unicamente de 2200 K aproximadamente.
La principal idea en la base de la presente invencion ha sido por tanto dividir la llama extremadamente caliente de un quemador sumergido que funciona con un comburente considerablemente mas rico en oxfgeno que el aire, y enfriar lo mas eficazmente posible la zona del quemador inmediatamente adyacente a la base de esta pluralidad de pequenas llamas.
El quemador de la presente invencion incluye asf una multitud de inyectores individuales, alimentados cada uno individualmente por al menos un conducto de alimentacion de combustible y al menos un conducto de alimentacion de comburente, el combustible y el comburente estan mezclados en una camara de mezcla, gracias a la circulacion tangencial de estos dos flujos gaseosos, antes de ser eyectados y quemados inmediatamente despues de la salida de la camara de mezcla. Es importante comprender que la multiplicacion y la miniaturizacion de las camaras de mezcla hechas posible gracias a una geometna simple y espaciosa, a permitido utilizar un quemador sumergido con una mezcla gas/oxfgeno sin riesgo de explosion y con una gran eficacia energetica, mientras que se limita la degradacion mediante oxidacion de las superficies metalicas inmediatamente adyacentes a las llamas.
La presente invencion tiene por tanto como objeto un quemador sumergido, correspondiente la reivindicacion 1.
La presente invencion tiene igualmente como objeto un horno que incluye al menos dicho quemador en tanto que quemador sumergido, asf como un procedimiento de fusion de materias vitrificables utilizando dicho horno.
Como se ha explicado en la introduccion, el alineamiento de un gran numero de inyectores, siendo cada inyector una camara de mezcla una geometna particular, es el corazon de la presente invencion.
El experto, gracias a la siguiente explicacion detallada, es capaz de determinar el numero apropiado de inyectores por quemador. La solicitante ha obtenido buenos resultados con quemadores que incluyen entre 20 y 100, preferentemente entre 30 y 80 inyectores por quemador.
Aunque sea en principio factible que los inyectores esten alineados en varias filas paralelas unas respecto de otras, se prefiere, por razones evidentes de simplicidad de la geometna del quemador que este no incluya mas que una alineacion de inyectores, dicho de otro modo, los inyectores estan preferentemente todos alineados sobre una unica recta.
La camara de mezcla cilmdrica de cada inyector desemboca en la superficie del quemador por su orificio de eyeccion, ventajosamente de forma circular. Todos los orificios de eyeccion de un alineamiento de inyectores tienen preferentemente sensiblemente el mismo diametro, este diametro esta preferentemente comprendido entre 2 y 20 mm, en particular entre 5 y 10 mm.
La distancia que separa dos orificios de eyeccion es ventajosamente identica o proxima al diametro de estos orificios, la relacion distancia/diametro esta preferentemente comprendida entre 0,7 y 5, en particular entre 0,9 y 3 y mas preferentemente tambien entre 1 y 2.
La altura del cilindro que forma cada una de las camaras de mezcla esta preferentemente comprendida entre 12 y 30 mm, en particular entre 14 y 25 mm e idealmente entre 15 y 23 mm. Esta altura del cilindro es un parametro importante para la calidad de la llama y la eficacia de la transferencia termica. En efecto, determina el tiempo de permanencia de la mezcla gaseosa en el inyector. Cuando este tiempo de permanencia es demasiado largo, la mezcla gaseosa se inflama demasiado en el interior de la camara de mezcla lo que se traduce por una degradacion termica de la camara de mezcla. A la inversa, unas alturas demasiado bajas (tiempo de permanencia demasiado corto) no permiten que la mezcla gaseosa se queme suficientemente y suministre asf un calor suficiente para el mantenimiento de una llama estable en la salida de los inyectores. Se corre el riesgo entonces de desincronizar las llamas y reacciones de combustion incompletas.
La solicitante ha constatado por ejemplo que unas camaras de mezcla de un diametro de 5 mm daban a la vez unas llamas bien sincronizadas y una transferencia termica eficaz para una altura de 15 mm.
La geometna de los conductos de alimentacion de combustible y comburente tiene igualmente una gran importancia. La circulacion gaseosa en el interior de la camara de mezcla debe ser regular y permitir una mezcla eficaz de los gases. Para esto, los conductos de alimentacion de combustible y de comburente desembocan ventajosamente en una camisa del cilindro en la proximidad de la base de este, preferentemente en el cuarto inferior de la camisa, y en puntos diametralmente opuestos.
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Los conductos de alimentacion de combustible y de comburente se estrechan ventajosamente en el sentido de la circulacion del flujo gaseoso que transportan. Dicho de otro modo la seccion de los conductos de alimentacion es preferentemente mmima en el punto donde desembocan en la camara de mezcla.
La direccion de inyeccion de los gases (combustible/comburente) en la camara de mezcla tiene igualmente una gran importancia. La solicitante ha constatado en efecto que era indispensable evitar una inyeccion segun una direccion radial que terminaba con fuertes turbulencias en el interior de la camara de mezcla y con una inestabilidad de la llama es la razon por la cual la inyeccion de carburante y de comburente se debe realizar segun una direccion tangencial, la circulacion tangencial de la mezcla gaseosa crea un vortex regular.
Para garantizar la regularidad de la circulacion del vortex, es importante que las velocidades de inyeccion de los dos gases a mezclar sean mas o menos identicas. El experto es facilmente capaz de calcular, en funcion de la estequiometria deseada y de la composicion qmmica del combustible y del comburente, la relacion apropiada de los caudales de cada uno de los gases. Para que las velocidades de inyeccion de los dos gases sean mas o menos diferentes, la relacion de las secciones transversales de los dos conductos de alimentacion -en el lugar donde desembocan en la camara de mezcla- debe reflejar la relacion de los caudales gaseosos. A modo de ejemplo, cuando el caudal volumetrico del comburente es dos veces mas importante que el caudal volumetrico de combustible, la seccion transversal del conducto de alimentacion de comburente debe ser dos veces mas importante que la seccion transversal del conducto de alimentacion de combustible.
A modo de ejemplo, para una mezcla CH4/O2 (Estequiometria de combustion 1:2) la relacion del diametro del conducto de alimentacion de O2 al diametro del conducto alimentacion de CH4 es de 21/2.
El quemador de la presente invencion presenta por tanto tantas camaras de mezcla como conductos de alimentacion de combustible y conductos de alimentacion de comburente. El conjunto de conductos alimentacion de combustible deriva preferentemente de un conducto comun llamado en la presente solicitud “llegada de combustible”. De forma analoga, el conjunto de conductos alimentacion de comburente derivan de un conducto comun llamado “llegada de comburente”. Cada uno de los dos conductos de llegada incluye preferentemente un dispositivo de regulacion del caudal de los gases.
Por otra parte, cada uno de los dos conductos de llegada comunes esta dimensionado de forma que distribuya combustible y comburente con una presion constante en la serie de conductos de alimentacion individuales. Con este fin, los conductos de llegada comunes estan concebidos con una seccion transversal tanto mas pequena como objetos inyectores esten alejados del dispositivo de regulacion de caudal del gas. Este estrechamiento de los conductos de llegada de combustible y de comburente puede obtenerse gracias a una inclinacion de la pared inferior de los conductos, por ejemplo, de la forma descrita en GB 1157010. Por otra parte, los conductos de llegada comunes pueden incluir unas paredes parciales o semi-paredes, que las dividen en varios sub-compartimentos o secciones que comunican unos con los otros.
El material que forma el quemador de la presente invencion es preferentemente acero inoxidable refractario, particularmente acero inoxidable refractario 310.
Como se explicado en la introduccion, en los hornos de fusion de la presente invencion, los materiales refractarios aislantes han sido ventajosamente reemplazados por una capa aislante de vidrio solidificado formada en la superficie de las paredes metalicas desnudas. Se comprendera con facilidad que es muy interesante favorecer la formacion de dicha capa aislante y protectora igualmente la superficie del quemador. Para ello, el quemador de la presente invencion incluye ventajosamente diferentes medios tecnicos destinados a estabilizar dicha capa cristalina.
El primero de estos medios es el sistema de conductos que permite hacer circular un fluido de enfriamiento, preferentemente agua, por el interior del quemador. Estos conductos se extienden preferentemente justo por debajo de la superficie superior del quemador, a ambos lados del alineamiento de los inyectores. Debenan ademas permitir enfriar las camaras de mezcla y los conductos de alimentacion, asf como los conductos de llegada de combustible y comburente.
La formacion de la capa solida esta favorecida ademas por la presencia, de ambos lados del alineamiento de los inyectores, de flancos metalicos macizos dispuestos paralelamente a y a lo largo de este. Estos flancos metalicos son ascendentes partiendo los inyectores, es decir su espesor aumenta con la distancia respecto de los inyectores.
Para una pendiente recta, el angulo respecto de la horizontal esta preferentemente comprendido entre 20 y 50 °, en particular entre 25 y 45 °.
Estos flancos metalicos ascendentes incluyen preferentemente, en su superficie una pluralidad de elementos que sobresalen destinados a favorecer el enganche de los elementos de vidrio solidificado y a impedirlos deslizar hacia abajo, en la direccion del alineamiento de los inyectores. Estos elementos que sobresalen estan preferentemente repartidos bastante regularmente sobre todas las superficies de los flancos. Puede tratarse por ejemplo de picos o de paredes, estas ultimas siendo preferentemente sensiblemente perpendiculares a la pendiente de los flancos metalicos.
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En un modo de realizacion preferido del quemador de la presente invencion los flancos metalicos tienen la forma de una escalera, o de gradas, con una pluralidad de peldanos. Las superficies horizontales definidas por los peldanos disminuyen en efecto considerablemente el riesgo de deslizamiento de la capa de vidrio solidificada. Los flancos metalicos pueden incluir, como el cuerpo del quemador, un sistema de conductos internos que permiten hacer circular un lfquido de enfriamiento, o bien el sistema de conductos de enfriamiento puede extenderse hasta los flancos metalicos macizos. No se trata sin embargo de un modo de realizacion preferido de la invencion.
Los flancos metalicos situados a ambos lados del alineamiento de inyectores tienen un doble papel: constituyen, por una parte, una reserva de material que se oxidara antes de que el cuerpo del quemador no este atacado por la corrosion. Por otra parte, los flancos metalicos crean alrededor del alineamiento de inyectores una zona protegida donde los unicos flujos de material en fusion son las corrientes de conveccion creadas por la pluralidad de llamas. Las llamas puestas a resguardo de los flujos de circulacion son asf estabilizadas y degradan menos la superficie metalica del quemador y de los flancos proximos.
Existe una distancia optima entre el alineamiento de inyectores y los flancos metalicos macizos. Esta distancia entre la alineacion de inyectores y los flancos metalicos esta preferentemente comprendida entre 20 y 60 mm, en particular entre 25 y 40 mm, e idealmente cercana a 30 mm. Cuando esta distancia es demasiado pequena, es decir inferior a 20 mm, la corrosion de los flancos por las llamas demasiado calientes se favorece. A la inversa, una distancia de mas importante, significativamente superior a 60 mm, no permitira poner las llamas a resguardo de las corrientes de circulacion del material en fusion y crear las condiciones para una estabilizacion de las llamas.
En la zona que separa la alineacion de inyectores de los flancos metalicos se encuentran ventajosamente unos elementos que sobresalen, tales como unos dientes, que sirven, a instancia de los elementos que sobresalen en los flancos metalicos, a favorecer la fijacion de la capa de vidrio solidificada en contacto con superficie metalica del quemador.
Unos flancos metalicos macizos pueden igualmente estar presentes en las extremidades de la alineacion de inyectores, cerrando asf el “valle” formado por los flancos metalicos que alojan el alineamiento de inyectores. El quemador de la presente invencion incluye por tanto ventajosamente a nivel de cada una de las extremidades del alineamiento de los inyectores, un flanco metalico macizo ascendente que forma un angulo recto con los flancos metalicos macizos dispuestos paralelamente a la alineacion de inyectores. Este modo de realizacion ventajoso esta representado en la figura 2.
La solicitante ha constatado que la eficacia de los flancos metalicos macizos podna reforzarse todavfa mas con la presencia de paredes de seccion verticales en contacto con los flancos metalicos y que se extienden mas alla de la cresta de estos, preferentemente en toda la longitud de los flancos metalicos macizos. Estas paredes de proteccion tienen preferentemente una altura, expresada respecto de la cresta de los flancos metalicos, comprendida entre 5 y 10 cm y un espesor comprendido entre 0,5 y 2,5 cm, preferentemente entre 1 y 1,5 cm. Estas paredes estan ventajosamente presentes no unicamente sobre los flancos metalicos paralelos al alineamiento de inyectores, sino igualmente sobre aquellos situados en las extremidades del alineamiento de inyectores.
La presente invencion tiene como objeto no unicamente un quemador de llamas multiples tal y como se describe anteriormente, sino igualmente un horno de fusion de vidrio o de roca con
-una zona de introduccion de materiales vitrificables
-una zona de salida del material fundido y, entre estas zonas,
-una zona de circulacion del material fundido,
dicho horno incluye, en la zona de circulacion del material fundido, al menos un quemador sumergido segun la invencion, dicho quemador esta dispuesto de forma que la direccion de alineamiento de los inyectores sea esencialmente perpendicular a la direccion de regulacion del material fundido.
El quemador es por supuesto utilizado en tanto que quemador sumergido es decir esta instalado a nivel de la solera del horno, preferentemente de forma que los orificios de eyeccion esten mas o menos al mismo nivel que la superficie de la solera del horno, los flancos metalicos y las paredes estan en relieve respecto de la superficie de la solera.
El quemador puede tener una longitud total ligeramente inferior, pero proxima a la de la anchura del horno. El horno puede entonces incluir un unico quemador sumergido segun la invencion que cubra casi toda la anchura del horno, o bien varios quemadores sumergidos paralelos situados unos despues de nosotros en la direccion de circulacion de la materia en fusion.
Se podna igualmente prever unos quemadores sumergidos suficientemente cortos para estar alineados en el sentido de la anchura del horno, el conjunto de quemadores cubre esencialmente toda la anchura del horno.
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Otras configuraciones son posibles y el experto sabra elegirlas de forma que obtenga la fusion homogenea de los materiales vitrificables.
Como se explica de la introduccion, el horno de la presente invencion es preferentemente utilizado para la fusion de roca a temperaturas elevadas, del orden de 1400 a 1600 °C, superiores a las necesarias para la fusion del vidrio. A estas temperaturas, las ceramicas refractarias utilizadas clasicamente en tanto que materiales de aislamiento termico en los hornos de vidrio, son sometidas a un desgaste excesivo.
A pesar de que nada se opone en principio a la utilizacion de quemadores de la presente invencion en hornos habituales que incluyen materiales aislantes refractarios, estos quemadores son particularmente utiles en hornos que funcionan a alta temperatura. En un modo de realizacion preferido, el horno de la presente invencion incluye en consecuencia unas paredes metalicas desnudas, por ejemplo, de acero de caldera A42CP, directamente en contacto con la materia en fusion y esta esencialmente desprovisto de materiales aislantes de ceramica refractaria, al menos en las zonas sumergidas del horno que estan en contacto con el bano de vidrio o de roca. La cupula del horno de la presente invencion puede eventualmente estar aislada por medio de materiales refractarios, aunque no se trate de un modo de realizacion preferido.
El horno, asf como el quemador, incluye preferentemente al menos un sistema de conductos internos que permiten hacer circular un fluido de enfriamiento en el interior de las paredes del horno. Estos conductos enfnan ventajosamente el conjunto de zonas de contacto con el bano de materiales en fusion, desprovistas de materiales aislantes refractarios.
Finalmente, la presente invencion tiene como objeto un procedimiento de fusion de materias vitrificables que utiliza hornos segun la presente invencion, dicho procedimiento incluye,
-la introduccion de materiales vitrificables en la zona de introduccion de materiales vitrificables del horno,
-la alimentacion de o de los quemadores sumergidos con un combustible gaseoso, preferentemente natural, y con un comburente gaseoso, preferentemente oxfgeno,
-el trasiego del material fundido en la zona de salida de los materiales fundidos, y
-la circulacion del lfquido de enfriamiento, preferentemente agua, en los sistemas de conductos previstos a este efecto en las paredes del horno y/o en el quemador.
Los materiales vitrificables incluyen ventajosamente una determinada fraccion de roca, preferentemente de roca basaltica. Esta fraccion es ventajosamente al menos igual al 40%.
La presencia de roca, en particular de roca basaltica, se produce generalmente por una reduccion considerable de la viscosidad del material en fusion la roca basaltica pura tiene tfpicamente una viscosidad a la temperatura del lfquido inferior a 100 poises, mientras que la viscosidad de los vidrios fundidos a base de sflice esta tfpicamente comprendida entre 100 y 1000 poises. El procedimiento de la presente invencion utiliza un quemador de multiples inyectores miniaturizados tal y como se ha descrito anteriormente y es particularmente ventajoso para materiales en fusion que tengan una pequena viscosidad. En efecto, cuando se utilizan en dichos materiales fundidos poco viscosos unos quemadores sumergidos clasicos, las burbujas de humo formadas que son de gran tamano remontan demasiado rapidamente a la superficie del bano de vidrio y provocan proyecciones no deseadas sobre la cupula del horno. Por otra parte, durante el paso demasiado rapido a traves del material en fusion, la transferencia de calor entre la burbuja de humo caliente y el vidrio solo se hace parcialmente y el humo se escapa en el laboratorio antes de haber alcanzado la temperatura del vidrio en fusion. La utilizacion de un quemador que libere una multitud de burbujas de humo de menor tamano, ralentiza la ascension de las burbujas de humo, aumenta la superficie de contacto entre las burbujas y el vidrio y mejora por tanto la eficacia de la transferencia termica. En el procedimiento de fusion de la presente invencion, el material fundido tiene en consecuencia preferentemente una viscosidad a la temperatura del lfquido inferior a 200 poises, preferentemente inferior a 100 poises.
La roca basaltica precisa de temperaturas de fusion superiores a las del vidrio a base de sflice, la temperatura de la roca en fusion, inmediatamente aguas arriba en la zona de salida del vidrio fundido, esta preferentemente comprendida entre 1400 y 1600 °C, en particular entre 1450 °C y 1500 °C.
Gracias al gran numero de quemadores de pequeno tamano, la potencia individual de cada quemador puede estar limitada. La solicitante ha obtenido buenos resultados de fusion de una roca basaltica (roca tA9) a una temperatura de 1500 °C con una pluralidad de inyectores (50 inyectores) suministrando cada uno 12 kW. Unos inyectores que suministran una potencia individual de 24 kW han sido igualmente probados. El procedimiento segun la invencion funciona en consecuencia ventajosamente con inyectores que entregan cada uno una potencia comprendida entre 10 y 80 kW, preferentemente entre 12 y 50 kW y en particular entre 12 y 30 kilovatios.
Cuanto menor sea la potencia por inyector, menor sera la altura del bano necesaria para una transferencia termica total (temperatura del humo que emergen del bano de vidrio = temperatura del bano de vidrio).
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La presente invencion esta ilustrada con la ayuda de las figuras adjuntas en las que, la figura 1 muestra una vista en corte transversal del quemador de la presente invencion; la figura 2 muestra una vista en perspectiva de un quemador segun la invencion; la figura 3 muestra una vista desde arriba de dos inyectores.
Mas particularmente, la figura 1 muestra un corte transversal de un quemador 1 segun la invencion, el plano del corte pasa por un inyector que incluye una camara de mezcla 2 cilmdrica que desemboca por el orificio de inyeccion 11 en la superficie del quemador. En la camara de mezcla 2 desemboca un conducto de alimentacion de comburente 4, situado en el plano de corte, y un conducto de alimentacion de combustible 3 fuera del plano de corte. Los conductos de alimentacion de combustible 3 y de comburente 4 unen la camara de mezcla respectivamente a un conducto de llegada de combustible 7 y un conducto de llegada de comburente 8, situados en la parte inferior del quemador 1. Unos conductos 12 permiten hacer circular un lfquido de enfriamiento por el interior del quemador y recorren este en casi toda su longitud. A ambos lados de los inyectores se encuentran unos flancos metalicos macizos 5 con forma de escalera o de gradas. En contacto con los flancos metalicos macizos 5, unas paredes de proteccion 6 verticales extienden mas alla de tomas elevado de los flancos metalicos. Entre los flancos metalicos 5 y el inyector, unos dientes 13 sobresalen del cuerpo del quemador. Estos dientes sirven principalmente para estabilizar la capa de vidrio solidificada formado en la superficie del quemador, en la proximidad directa de los inyectores y por tanto de la llama.
Se encuentra un determinado numero de estos elementos en la figura 2, por ejemplo, las paredes de proteccion 6, los flancos metalicos macizos 5, los dientes 13 y, en los huecos de esta estructura, un alineamiento de varias decenas de inyectores en los que unicamente los orificios de eyeccion 11 son visibles. Esta figura muestra, ademas, en cada una de las extremidades del quemador 1, unos flancos metalicos macizos 9 y unas paredes de proteccion 10 en la continuacion respectivamente con los flancos metalicos 5 y las paredes 6 y formando un angulo recto con estas ultimas.
Finalmente, la figura 3 muestra mas claramente la geometna de la camara de mezcla 2 de un inyector. Los conductos de alimentacion de combustible 3 y de comburente 4 desembocan en la camara de mezcla en los puntos diametralmente opuestos. Inyectan el gas que transportan no unicamente en una direccion radial, sino segun una direccion tangencial de manera que creen una circulacion tangencial de los gases y la formacion de un vortex de mezcla gaseosa que abandona la camara por el orificio de inyeccion 11. El conducto de enfriamiento 12 esta representado mediante transparencia por debajo de las camaras de mezcla 2.

Claims (17)

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    REIVINDICACIONES
    1. Quemador (1) sumergido para horno de fusion de vidrio o de roca que incluye
    -una pluralidad de inyectores alineados, cada inyector incluye una camara de mezcla (2) con forma de cilindro, con un orificio de inyeccion (11), un conducto de alimentacion de combustible (3) y un conducto de alimentacion de comburente (4) que desemboca en la camara de mezcla a nivel de la camisa del cilindro en unos puntos diametralmente opuestos y segun una direccion que provoca una circulacion tangencial del combustible y del comburente respecto de la camisa del cilindro, y
    -un sistema de conductos (12) que permiten hacer circular un fluido de enfriamiento por el interior del quemador.
  2. 2. Quemador sumergido segun la reivindicacion 1, caracterizado por el hecho de que incluye, ademas, a ambos lados del alineamiento de inyectores, dispuestos paralelamente a y a lo largo de este, unos flancos metalicos macizos (5) ascendentes desde los inyectores.
  3. 3. Quemador sumergido segun la reivindicacion 2, caracterizado por el hecho de que incluye ademas unas paredes de proteccion (6) verticales en contacto con los flancos metalicos macizos (5) y que se extienden mas alla de la cresta de los flancos metalicos macizos.
  4. 4. Quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que los conductos de alimentacion de combustible y de comburente desembocan en la camisa del cilindro en la proximidad de la base de este, preferentemente en el cuarto inferior de la camisa del cilindro.
  5. 5. Quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que los
    conductos de alimentacion de combustible (3) derivan de un conducto de llegada de combustible (7) comun, y los
    conductos de alimentacion de comburente (4) derivan de un conducto de llevada de comburente (8) comun, cada
    uno de los conductos de llegada (7,8) incluye un dispositivo de regulacion del caudal.
  6. 6. Quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por el hecho de que los flancos metalicos (5) incluyen en su superficie una pluralidad de elementos que sobresalen, repartidos preferentemente regularmente en toda la superficie de los flancos.
  7. 7. Quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado por el hecho de que los flancos metalicos (5) tiene una forma de escalera con una pluralidad de escalones.
  8. 8. Quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado por el hecho de que incluye,
    ademas, a nivel de cada una de las extremidades del alineamiento de los inyectores, un flanco metalico macizo (9) ascendente que forma un angulo recto con los flancos metalicos macizos (5) dispuestos paralelamente al alineamiento de inyectores, y eventualmente una pared de proteccion (10) vertical en contacto con este flanco
    metalico macizo (9) y que se extiende mas alla de la cresta de este.
  9. 9. Quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el orificio de inyeccion (11) tiene un diametro comprendido entre 2 y 20 mm, preferentemente entre 5 y 10 mm.
  10. 10. Quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la camara de mezcla (2) con forma de cilindro tiene una altura comprendida entre 12 y 30 mm, preferentemente entre 14 y 25 mm y en particular entre 15 y 23 mm.
  11. 11. Quemador segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la distancia entre el alineamiento de inyectores y los flancos metalicos macizos esta comprendida entre 20 y 60 mm, preferentemente entre 25 y 40 mm, e idealmente proxima a 30 mm.
  12. 12. Horno de fusion de vidrio o de roca con una zona de introduccion de materiales vitrificables , una zona de salida del material fundido y, entre estas zonas, una zona de circulacion del material fundido, dicho horno incluye en la zona de circulacion del material fundido al menos un quemador sumergido segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, dicho quemador esta dispuesto de forma que la direccion de alineamiento de los inyectores es esencialmente perpendicular a la direccion de circulacion del material fundido.
  13. 13. Horno de fusion de vidrio o de roca segun la reivindicacion 12, caracterizado por el hecho de que tiene paredes metalicas y esta esencialmente desprovisto de materiales aislantes de ceramica refractaria, al menos a nivel de las zonas sumergidas.
  14. 14. Horno de fusion de vidrio o de roca segun una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por el hecho de que incluye al menos un sistema de conductos que permiten hacer circular un fluido de enfriamiento por el interior de las paredes del horno.
  15. 15. Procedimiento de fusion de materiales vitrificables que utiliza un horno segun una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, dicho procedimiento incluye,
    -la introduccion de materiales vitrificables en la zona de instruccion de materiales vitrificables del horno,
    -la alimentacion de o de los quemadores sumergidos con un combustible gaseoso, preferentemente gas natural, y con un comburente gaseoso, preferentemente oxfgeno,
    -el trasiego del material fundido en la zona de salida de los materiales fundidos y
    5 -la circulacion del Kquido de enfriamiento, preferentemente agua, en los sistemas de conductos previstos a este efecto en las paredes del horno y o en el quemador.
  16. 16. Procedimiento de fusion de materiales vitrificables segun la reivindicacion 15, caracterizado por el hecho de que los materiales vitrificables incluyen roca, preferentemente roca basaltica.
  17. 17. Procedimiento de fusion de materiales vitrificables segun la reivindicacion 15 o 16, caracterizado por el 10 hecho de que la temperatura de la roca fundida, inmediatamente aguas arriba de la zona de salida del vidrio fundido,
    esta comprendida entre 1400 °C y 1600 °C, preferentemente entre 1450 °C 1500 °C.
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