ES2612758T3

ES2612758T3 - Quemador

Info

Publication number: ES2612758T3
Application number: ES08708015.6T
Authority: ES
Inventors: Michael Potesser
Original assignee: Messer Austria GmbH
Current assignee: Messer Austria GmbH
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2028-01-21
Also published as: HRP20170208T4; WO2008092763A1; ES2612758T5; PL2118565T3; EP2118565B2; EP2118565A1; HRP20170208T1; EP2118565B1; PL2118565T5; SI2118565T1; HUE031768T2; SI2118565T2; LT2118565T

Abstract

Quemador con una boquilla de quemador (2, 102), que en estado de montaje según el uso previsto desemboca, a través de un orificio (3) de un soporte de quemador (5, 105), en una cámara de tratamiento (4, 104), dotada de al menos un alimentador de combustible (9, 109, 112) y de al menos un alimentador (11, 20, 111, 120) para un oxidante, estando el al menos un alimentador (11, 20, 111) para el oxidante dotado de elementos (17, 18, 117, 118) para la variación de la sección transversal de flujo del alimentador (11, 20, 120), caracterizado por que el al menos un alimentador (11, 20, 111) para el oxidante está provisto de un alimentador (15) para oxígeno y de un alimentador (16) para aire.

Description

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DESCRIPCION

Quemador

La invencion se refiere a un quemador con una boquilla de quemador que a traves de un orificio de un soporte de quemador desemboca en una camara de tratamiento equipada con al menos un dispositivo de aportacion de combustible y con al menos un dispositivo de aportacion para un oxidante.

Los quemadores de este tipo son conocidos. En el calentamiento de hornos industriales para calentar y/o fundir vidrio, ceramica o metales, se emplean quemadores en los que, ademas de un combustible casi siempre lfquido o gaseoso, se introduce a traves de una boquilla aire u oxfgeno puro como oxidante. Los quemadores se montan en un soporte de quemador, por ejemplo, en un bloque de quemador dispuesto en la pared de la camara de tratamiento termico o en un tubo metalico de quemador.

Por regla general, estos quemadores solo funcionan de forma fiable dentro de unos lfmites muy estrechos de las cantidades de combustible u oxidante aportadas. Si la aportacion de combustible y oxidante a la camara de tratamiento termico se lleva a cabo a una velocidad demasiado alta o demasiado baja, la llama se vuelve inestable. Sin embargo con frecuencia conviene variar la geometna de llama y/o la potencia del quemador durante un tratamiento. En los convertidores del tipo TBCR (“top-blown rotary converter”), por ejemplo, es necesario emplear una llama variable, dado que en caso contrario existe el riesgo de que la boca del convertidor se vaya cerrando con el paso del tiempo. Al fundir chatarra tambien resulta conveniente variar la longitud de llama durante el tratamiento, puesto que al avanzar el proceso de fusion aumenta la distancia entre el material aun a fundir y el quemador.

Para influir en la potencia de los quemadores se pueden utilizar quemadores con diferentes oxidantes. Entre las ventajas del empleo de oxfgeno puro como oxidante cuenta una potencia de fusion considerablemente mayor debido a la mayor irradiacion de calor y debido a la mayor eficiencia energetica durante la combustion, y ademas emisiones de NOx reducidas y menores cantidades de gases de escape. Las ventajas de los quemadores de aire, en cambio, son menores costes de materia prima y un elevado flujo de gas con nitrogeno inerte dentro de la camara de tratamiento que en algunos casos resulta ventajoso. Por consiguiente es recomendable utilizar durante una fase de calentamiento y/o fusion, por ejemplo, de metales o vidrio, el elevado rendimiento termico de los quemadores de combustible-oxfgeno. En la posterior fase de mantenimiento del calor, en cambio, en la que solo se necesita una potencia termica reducida, resulta ventajoso calentar la camara de tratamiento con quemadores de combustible-aire. Normalmente se emplean por lo tanto quemadores de distintos tipos en una instalacion de tratamiento.

Para poder aprovechar las ventajas de los dos tipos de funcionamiento ya se han descrito quemadores en los que durante el empleo se puede cambiar del funcionamiento de oxfgeno-combustible al funcionamiento de aire- combustible. Por el documento DE 100 46 569 A1 se conoce un quemador en el que se preve un alimentador central para el combustible y de forma coaxial, alimentadores para dos oxidantes, en concreto un alimentador para oxfgeno puro y un alimentador para aire. Conectando y desconectando el respectivo alimentador de oxidante se puede cambiar discrecionalmente del funcionamiento con oxfgeno al funcionamiento con aire sin necesidad de quemadores distintos y espedficos para el respectivo oxidante. Sin embargo, el inconveniente de este quemador de oxfgeno-aire conocido radica en que, a causa de la geometna de quemador no variable, se tienen que aplicar velocidades de flujo muy distintas del oxidante al utilizar aire u oxfgeno. Dado que la velocidad de salida influye de forma decisiva en la estabilidad y en la geometna de la llama, el quemador solo se puede utilizar de manera estable dentro de una gama muy limitada de la relacion de aire y oxfgeno y de manera optima para el respectivo tratamiento.

Por el documento DE 101 56 376 A1 se conoce un quemador que se puede utilizar tanto con oxfgeno puro como con aire o con aire y oxfgeno en el funcionamiento mixto. En este objeto un quemador de oxfgeno se dispone en un alimentador de aire delante del cual se conecta al mismo tiempo un generador de torsion regulable, preferiblemente del tipo “Movable Block”. Ademas de la regulabilidad de las corrientes de impulso de combustible, oxfgeno y aire se puede y se debe ajustar con este quemador adicionalmente la intensidad de torsion entre S=0 (sin torsion) y S=2 (torsion supercntica). Como consecuencia de la intensidad variable de torsion del aire se pueden cambiar la longitud y la forma de la llama, asf como la gama de regulacion, estabilizando de este modo la llama al menos dentro de una amplia gama de diferentes proporciones de mezcla de aire y oxfgeno. Esto se consigue tanto mejor cuanto menor sea el porcentaje de oxfgeno en el oxidante. En este caso hay que aumentar la velocidad de flujo en los alimentadores de oxidante para compensar el mayor porcentaje de gases incombustibles, lo que sin embargo, por encima de un cierto lfmite, da lugar a la inestabilidad de la llama.

Por el documento US 521 73 63 se conoce un quemador con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1.

Por lo tanto, el objeto de la invencion es el de crear un quemador que permita una regulabilidad continua del porcentaje de oxfgeno del oxidante aportado y a la vez una alta estabilidad de la llama o de las condiciones termicas en la camara de tratamiento y en el que la geometna de la llama en la camara de tratamiento y la potencia del quemador se puedan regular, de forma independiente la una de la otra, dentro de una amplia gama.

El alimentador para el oxidante esta provisto de elementos para la variacion de la seccion transversal de flujo del alimentador.

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Esta tarea se resuelve con un quemador del tipo y de la finalidad inicialmente mencionados gracias a que el alimentador para el oxidante dispone de un alimentador para el oxfgeno y de un alimentador para el aire conectados en cuanto al flujo.

A traves de una variacion de la seccion transversal de flujo libre se puede influir en la aportacion de oxidante. De esta manera el caudal a traves del alimentador de oxidante se puede aumentar o reducir sin que necesariamente se tenga que cambiar tambien la velocidad de flujo en el alimentador de oxidante en cuestion. Si al alimentador de oxidante se aporta una mezcla de composicion variable de aire y oxfgeno se puede renunciar, incluso en caso de reduccion constante del porcentaje de oxfgeno en el oxidante, por ejemplo, en caso de un cambio paulatino del modo de funcionamiento “oxfgeno puro” al modo de funcionamiento “aire” y de la consiguiente reduccion del contenido de oxfgeno de practicamente un 100% a un 20%, a aumentar fuertemente la velocidad de salida del oxidante, siendo la potencia del quemador la misma. De esta manera se garantiza especialmente la formacion de una llama estable o de condiciones de combustion estables en la camara de tratamiento, incluso en caso de diferentes concentraciones de oxfgeno en el oxidante. Adicionalmente se puede prever una regulacion de la torsion para la estabilizacion de la llama aunque no sea necesaria en el quemador segun la invencion.

Una variante ventajosa perfeccionada de la invencion preve que la boquilla de quemador este provista de al menos un alimentador para el oxidante primario y de al menos un alimentador para un oxidante secundario, presentando al menos el alimentador para el oxidante secundario elementos para la variacion de la seccion transversal de flujo. En esta variante, el oxidante primario asume la carga principal de la combustion. La cantidad de oxidante secundario se puede cambiar de forma correspondiente, especialmente en dependencia de la proporcion de aire y oxfgeno. Los oxidantes primario y secundario pueden tener una composicion qmmica distinta o una composicion igual. En el caso de uno de los oxidantes se puede tratar, por ejemplo, de aire y en el del otro de oxfgeno.

Con preferencia, la seccion transversal de flujo de al menos uno de los alimentadores de uno de los oxidantes se puede cambiar de forma continua y permite asf una regulacion sin escalonamientos de la afluencia de oxidante, especialmente en caso de cambio continuo del porcentaje total del oxfgeno aportado.

Una variante ventajosa perfeccionada de la invencion preve que la boquilla de quemador se pueda desplazar axialmente frente al soporte de quemador. Por “soporte de quemador” se entiende, por ejemplo, un bloque de quemador o un recubrimiento metalico de un tubo de quemador. Como consecuencia del desplazamiento de la boquilla de quemador vanan la geometna de la llama y las condiciones de flujo en la camara de tratamiento. Gracias a la posibilidad de desplazar la boquilla de quemador respecto al bloque de quemador o al recubrimiento metalico del tubo de quemador se obtiene un parametro adicional para la optimizacion de las condiciones en la camara de tratamiento.

En otra variante de realizacion ventajosa del quemador segun la invencion se abre y/o cierra, por medio de un mecanismo de cierre que interactua con el movimiento axial, al menos un alimentador para el oxidante. La seccion transversal de flujo libre del alimentador de oxidante se controla, por lo tanto, mediante el desplazamiento axial de la boquilla de quemador.

Una forma de realizacion especialmente preferida se realiza de la siguiente manera: la boquilla de quemador axialmente desplazable esta provista de una cabeza de quemador moldeada conicamente por su lado orientado hacia la camara de tratamiento. A esta cabeza de quemador conica corresponde una escotadura en el soporte de quemador configurado igualmente de forma conica, en concreto de manera que en caso de desplazamiento axial de la boquilla de quemador se abra, amplfe y/o cierre un paso anular entre la cabeza de quemador y la escotadura conica del soporte de quemador. El paso anular se integra en la trayectoria del flujo del alimentador para el oxidante secundario. De este modo se puede controlar el flujo del oxidante secundario, especialmente mediante variacion del diametro del paso anular. En lugar de la conicidad de las dos piezas correspondientes tambien se pueden elegir otras geometnas; con vistas a una salida con la menor friccion posible resulta ventajosa una conformacion conica. El termino “conico” debe entenderse aqrn de forma muy general y comprende tambien formas de realizacion que difieren de una seccion longitudinal estrictamente triangular.

De acuerdo con la invencion, el al menos un alimentador para el oxidante primario se une en el flujo a un alimentador para oxfgeno y a un alimentador de aire. En primer lugar se produce una mezcla de aire y oxfgeno obteniendose una mezcla gaseosa que a continuacion se introduce en uno, en varios o en todos los alimentadores para oxidantes.

Para permitir especialmente una combustion sin llama con el gas de combustion que circula por el exterior resulta ventajoso que el alimentador de aire este unido en el flujo a la camara interior de la camara de tratamiento, por lo que parte de los gases de escape se pueden aportar al alimentador de aire a traves de un tubo de recirculacion correspondiente. Ademas del oxfgeno necesario para la combustion se recircula asf el gas de escape de la camara de tratamiento. Como consecuencia se reduce la temperatura en la zona de combustion o de reaccion y se consigue al mismo tiempo una distribucion mas uniforme de la temperatura en la camara de tratamiento.

Una variante que permite un mantenimiento especialmente comodo del quemador segun la invencion preve que el alimentador de oxfgeno y el alimentador de aire desemboquen en una camara de mezcla unida en el flujo al/a los alimentador/es de oxidante primario y/o de oxidante secundario. Por consiguiente, el oxfgeno y el aire se mezclan formando una mezcla gaseosa homogenea y se aportan a continuacion al o a los alimentadores de oxidantes.

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A la boquilla de quemador se asigna convenientemente un sistema automatico de regulacion, por medio del cual se puede ajustar la aportacion de aire y/o oxfgeno y/o combustible en funcion de uno o varios parametros ffsicos de la camara de tratamiento. Como parametros se registran, por ejemplo, la temperatura en la camara de tratamiento, la temperatura de la pared del horno, la concentracion de oxfgeno del oxidante aportado, una concentracion de sustancias contaminantes en el gas de escape, por ejemplo, NOx, o el estado de un material a fundir, ajustandose a partir de los datos registrados, segun un programa predeterminado, calculado o empmcamente especificado, la aportacion de oxfgeno necesaria.

Una variante ventajosamente perfeccionada de la invencion preve que se dispongan al menos dos o mas alimentadores de combustible unidos en el flujo a alimentadores de combustible controlables de forma independiente los unos de los otros. Ademas de influir en la aportacion de oxidante, se influye tambien en la aportacion de combustible mediante la conexion o desconexion de uno o varios de los alimentadores de combustible. De esta manera se puede aumentar el caudal de los alimentadores de combustible sin incrementar necesariamente tambien la velocidad de flujo. Incluso en caso de cambio del oxidante de aire a oxfgeno puro o viceversa se puede adaptar de manera flexible el caudal de combustible sin perjudicar la velocidad de salida y, por lo tanto, la estabilidad de la llama. Si se necesita una potencia baja o una llama corta, el combustible se aporta unicamente a traves de uno de los alimentadores de combustible y si se necesita una potencia mayor se cargan sucesivamente dos o mas alimentadores de combustible. En el quemador segun la invencion no hace falta una regulacion de torsion para la estabilizacion de la llama aunque sf se puede prever adicionalmente.

Los alimentadores de combustible presentan ventajosamente secciones transversales de flujo diferentes. Por lo tanto, segun las necesidades se pueden controlar aportaciones de combustible distintas e introducir cantidades diferentes de combustible en la camara de tratamiento, siendo la velocidad de salida la misma.

A los alimentadores para el combustible y los elementos para la variacion de la seccion transversal de flujo del alimentador de oxidante se asigna convenientemente un sistema automatico de regulacion por medio del cual se puede ajustar la aportacion de combustible y de oxidante en funcion o varios parametros ffsicos y qmmicos en la camara de tratamiento. Como parametros se registran, por ejemplo, la temperatura en la camara de tratamiento, la temperatura de la pared del horno, la distancia entre la boca del quemador y un material a fundir, la concentracion de oxfgeno del oxidante aportado, una concentracion de sustancias contaminantes en el gas de escape, por ejemplo, NOx, ajustandose a partir de los datos registrados, segun un programa predeterminado, calculado o empmcamente especificado, la aportacion de oxfgeno necesaria.

La tarea segun la invencion se resuelve mediante un procedimiento con las caractensticas de la reivindicacion 13.

En un procedimiento para la introduccion de gases de combustion en una camara de tratamiento, en el que se introduce un combustible a traves de un alimentador de combustible y un oxidante a traves de al menos un alimentador de oxidante en la camara de tratamiento, se emplea como oxidante oxfgeno y aire en una proporcion preestablecida o variable durante el proceso de introduccion, que se mezclan formando una mezcla gaseosa que se introduce en al menos un alimentador para oxidante, modificandose en dependencia de la proporcion de aire y oxfgeno la cantidad de oxidante introducido mediante la variacion de la seccion transversal de flujo libre del al menos un alimentador de oxidante. La variacion de la seccion transversal de flujo permite la afluencia de diferentes volumenes de gas, siendo la velocidad de salida la misma o cambiando dicha velocidad solo de manera poco importante. De esta manera se tienen especialmente en consideracion las concentraciones de oxfgeno distintas del oxidante en caso de proporciones de mezcla diferentes de oxfgeno y aire. El procedimiento segun la invencion, en el que se emplea preferiblemente el quemador segun la invencion, permite introducir oxfgeno y aire en cualquier proporcion, es decir, con un porcentaje de oxfgeno de entre un 20% y un 100%, en la camara de tratamiento, manteniendo a pesar de ello una combustion estable en la camara de tratamiento.

En otra variante de realizacion ventajosamente perfeccionada del procedimiento segun la invencion se introduce en la camara de tratamiento un combustible a traves de un primer y de al menos un segundo alimentador de combustible, y un oxidante a traves de al menos un alimentador de oxidante. Los parametros de la llama que se forma en la camara de tratamiento, como la geometna de llama y la temperatura en la camara de tratamiento, se pueden modificar variando mediante el control de los alimentadores de combustible la cantidad del combustible aportado y mediante el cambio de la seccion transversal de flujo libre del alimentador de oxidante la cantidad de oxidante aportada.

Aparte del cambio de la seccion transversal de flujo del alimentador de oxidante, que permite la afluencia de diferentes volumenes de gas a una velocidad de salida constante o poco variada, los diferentes alimentadores de combustible permiten la variacion de la afluencia de combustible sin que al mismo tiempo sea necesario cambiar la velocidad de flujo, para lo que se conectan o desconectan uno o varios de los alimentadores de combustible. Gracias al procedimiento segun la invencion es posible regular de manera fiable y estable, dentro de amplios lfmites, diferentes parametros de combustion tales como la potencia del quemador, la temperatura en la camara de combustion o la geometna de la llama.

En una variante perfeccionada de la invencion se influye, mediante la variacion simultanea de las velocidades de salida del oxidante y del combustible, en la geometna de la llama. De este modo se obtiene un parametro adicional para poder influir espedficamente en la geometna de la llama.

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Con preferencia, en la camara de tratamiento se lleva a cabo una combustion sin llama o escalonada. En el caso de la “combustion sin llama” que tambien se define como combustion “suave” o “diluida”, el gas del horno recircula en la camara de tratamiento y provoca una distribucion en conjunto uniforme de la temperatura en la camara de tratamiento, reduciendo al mismo tiempo la temperatura en la zona de la boquilla de quemador. La combustion sin llama permite, frente a una combustion con llama, una clara reduccion de los valores de NOx. El principio de la combustion sin llama es en sf conocido y se describe, por ejemplo, en el documento EP 0 463 218 A1.

A la vista de los dibujos se va a explicar mas detalladamente un ejemplo de realizacion de la invencion. En las ilustraciones esquematicas se ve en la:

Figura 1 una primera forma de realizacion de un quemador segun la invencion en una primera posicion de regulacion en una seccion longitudinal y

Figura 2 el quemador de la figura 1 en una segunda posicion de regulacion con el paso anular cerrado;

Figura 3 una segunda forma de realizacion de un quemador en una primera posicion de regulacion en una seccion longitudinal (no correspondiente al marco de la invencion);

Figura 4 el quemador de la figura 3 en una segunda posicion de regulacion en seccion longitudinal.

En las figuras 1 y 2 las mismas caractensticas se identifican respectivamente con los mismos numeros de referencia. El quemador 1 representado en los dibujos comprende una boquilla de quemador 2 que desemboca a traves de un orificio 3 de un bloque de quemador 5 insertado en la pared de una camara de tratamiento metalurgica 4. Alternativa o complementariamente al bloque de quemador 5, la boquilla de quemador 2 se puede disponer, por ejemplo, tambien en el recubrimiento metalico de un tubo de quemador que desemboca en la camara de tratamiento. Sin limitacion del aspecto general, el conjunto de boquilla de quemador 2 se contempla a continuacion de forma mas detallada en un bloque de quemador 5. La boquilla de quemador 2 se dispone en una carcasa de quemador 6 unida de forma fija y al menos en gran parte impermeable al gas al bloque de quemador 5. La boquilla de quemador 2 se aloja axialmente desplazable en la carcasa de quemador 6, produciendose el desplazamiento de la boquilla de quemador 2, de manera aqrn no representada, por medio de un motor de regulacion o mecanicamente, por ejemplo, a traves de una rueda de regulacion manual, o de forma hidraulica o neumatica.

La boquilla de quemador 2 comprende una cabeza de quemador 7 retenida por medio de soportes aqrn no mostrados en un eje 8, de manera coaxial respecto al orificio cilmdrico-circular 3 del bloque de quemador 5. Por el centro de la cabeza de quemador 7 y de la carcasa de quemador 6 se extiende un alimentador de combustible 9 conectado por su extremo opuesto a la salida de boquilla 10, de modo aqrn no representado, a un alimentador para combustible gaseoso o lfquido. Coaxialmente respecto al alimentador de combustible 9 se extiende a traves de la cabeza de quemador 7 un alimentador 11 para un oxidante primario que desemboca igualmente en la salida de boquilla 10. Por la cara frontal 13 opuesta a la salida de boquilla 10 de la cabeza de quemador 7 el alimentador 11 desemboca, en cambio, en la camara interior 14 de la carcasa de quemador 6.

La carcasa de quemador 6 esta dotada de varios alimentadores 15, 16 para oxidantes, en el ejemplo de realizacion de dos. En el caso de los alimentadores que se pueden configurar como brida o atornilladura, se trata en el ejemplo de realizacion de un alimentacion 15 para oxfgeno y de un alimentador 16 para aire. Como es logico, en el marco de la invencion a traves de los alimentadores 15, 16 tambien se pueden introducir otros oxidantes, especialmente oxidantes con diferentes porcentajes de oxfgeno, en la camara interior 14 de la carcasa de quemador 6. La afluencia de oxfgeno o aire a traves de los alimentadores 15, 16 se puede regular de manera independiente por medio de grifos aqrn no representados. En el ejemplo de realizacion los dos alimentadores 15, 16 para el aire y el oxfgeno desembocan en la camara interior 14; la camara interior 14 sirve, de este modo, como camara de mezcla en la que el aire y el oxfgeno se mezclan formando una mezcla gaseosa homogenea cuyo contenido de oxfgeno depende de las cantidades de oxfgeno aportado o de aire aportado. Sin embargo tambien es posible unir el alimentador 15 para oxfgeno a traves de un conducto propio al alimentador 11 para el oxidante primario o al alimentador para el oxidante secundario, con lo que los caudales gaseosos de oxfgeno y de aire se mantienen separados hasta la salida de la boquilla 10. Tambien cabe la posibilidad de que no exista ningun alimentador 11 para el oxidante primario y que todo el oxidante se aporte a traves del alimentador. En lugar de un alimentador de combustible 9 tambien se pueden prever varios alimentadores de combustible dispuestos, por ejemplo, coaxialmente, como se describe mas abajo en el segundo ejemplo de realizacion (figura 3, figura 4). Sin embargo, estos ejemplos de realizacion no estan incluidos en el marco de la invencion.

Por su cara frontal orientada hacia la salida de boquilla 10, la cabeza de quemador 7 presenta una seccion anterior conica 17. Con el mismo angulo que la seccion anterior conica 17 de la cabeza de quemador 7, se extiende en el bloque de quemador 5 (o en caso de un tubo de quemador que rodea a la boquilla de quemador 2 en su recubrimiento metalico), coaxialmente respecto al orificio 3, una escotadura 18 configurada igualmente de forma conica. En la posicion de regulacion mostrada en la figura 1, la boquilla de quemador 2 se dispone a distancia del bloque de quemador 5 o del recubrimiento metalico, desarrollandose entre la seccion anterior conica 17 de la cabeza de quemador 7 y la escotadura conica 18 del bloque de quemador 5, un paso anular 20. El paso anular 20 esta unido en el flujo a la camara interior 14 de la carcasa de quemador 6 y permite asf la aportacion de oxidante desde la camara interior 14 como oxidante secundario.

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En la posicion de regulacion representada en la figura 2, la boquilla de quemador 2 se ha introducido con la seccion anterior conica 17 en la escotadura conica 18 del bloque de quemador 5, y el paso anular 20 esta cerrado. En esta posicion de regulacion, el oxidante se aporta exclusivamente a traves del alimentador 11 para el oxidante primario.

Al utilizar un motor de regulacion para el movimiento de la boquilla de quemador 2, este puede presentar tambien una conexion a un circuito de transmision de datos de un sistema automatico de regulacion aqrn no representado que regule el avance de la boquilla de quemador 2 en dependencia de determinados parametros medidos, por ejemplo, la temperatura o la concentracion de determinados gases en la camara de tratamiento 4 o el estado de un material a tratar que se encuentra en la camara de tratamiento 4.

Durante el funcionamiento del quemador 1 se introduce, a traves de l alimentador de combustible 9, un combustible lfquido o gaseoso, por ejemplo gas natural, en la camara de tratamiento 4. Si el quemador 1 es utilizado como quemador de oxfgeno puro, el quemador se encuentra en la posicion de regulacion mostrada en la figura 2. El oxfgeno utilizado como oxidante se introduce en la camara interior 14 a traves del alimentador 15 para el oxfgeno ,y llega desde allf, a traves del alimentador 11 para el oxidante primario, a la camara de tratamiento 4. Mientras tanto, el alimentador 16 para el aire permanece cerrado. En este modo de funcionamiento como quemador de oxfgeno puro el quemador 1 presenta un rendimiento de fusion elevado y, a la vez, cantidades de gases de escape reducidas.

Si a lo largo del tratamiento se desea el cambio del modo de funcionamiento de aire-oxfgeno al modo de funcionamiento de aire, por ejemplo despues de terminar un proceso de fusion y del comienzo de una fase de mantenimiento del calor, el aire se introduce en la camara interior 14 a traves del alimentador 16; al mismo tiempo se estrangula la aportacion de la cantidad de oxfgeno a traves del alimentador 15 de acuerdo con las condiciones estequiometricas. Si se trata de mantener el rendimiento definido del quemador 1 a traves de la cantidad de combustible introducida en la camara de tratamiento 4 constante, se tiene que aportar un volumen mayor, debido al elevado porcentaje de oxfgeno en el aire. Para ello, la boquilla de quemador 2 se separa del bloque de quemador 5, moviendola por ejemplo a la posicion de regulacion mostrada en la figura 1, con lo que se abre el paso anular 20. Como consecuencia de la mayor seccion transversal de salida, se puede introducir un mayor volumen de oxidante en la camara de tratamiento 4, sin necesidad de aumentar de manera importante la velocidad de salida del oxidante en la salida de boquilla 10. Cuanto mayor es el porcentaje de oxfgeno en el oxidante, tanto mayor se elige la seccion transversal de salida del paso anular 18, es decir, tanto mayor es la distancia entre la seccion anterior conica 17 y la escotadura conica 18 del bloque de quemador 5. De esta manera el paso anular 18 vana de forma continua la seccion transversal de flujo libre, lo que permite adaptarla a las respectivas necesidades. Asf se garantizan condiciones de combustion estables en el interior de la camara de tratamiento 4.

En el modo de funcionamiento como quemador de aire, el quemador 1 esta especialmente indicado para su utilizacion en la combustion sin llama en la camara de tratamiento 4. La combustion sin llama en la camara de tratamiento conduce a una reduccion de las temperaturas en la zona de la salida de boquilla 10 y, en conjunto, a una reduccion de los valores de NOx en el gas de escape. A estos efectos, el alimentador 16 para el aire puede presentar una conexion de flujo con la camara de tratamiento 4, de modo que durante el tratamiento el gas de escape se pueda extraer permanentemente de la camara de tratamiento 4 y volver a introducir en la camara de tratamiento 4 a traves del alimentador 15 (se trata de la asf llamada “recirculacion externa”).

En el ejemplo de realizacion segun las figuras 3 y 4 las mismas caractensticas tambien se identifican con los mismos numeros de referencia. El quemador 100 representado en estos dibujos comprende una boquilla de quemador 102, que con su boca 103 desemboca, a traves de un orificio previsto en cada bloque de quemador 105 o en el recubrimiento metalico de un tubo de quemador, en una camara de tratamiento 104. En lo que sigue, se explica con mayor detalle (no en el marco de la invencion) el conjunto de boquilla de quemador 102 en un bloque de quemador 105. La boquilla de quemador 102 se ha integrado en una carcasa de quemador 106 unida, de forma firma y en gran medida impermeable al gas, al bloque de quemador 105.

La boquilla de quemador 102 comprende una cabeza de quemador 107 sujetada en un eje 108, de forma coaxial respecto a la carcasa de quemador 106, por soportes aqrn no representados. Por el centro de la cabeza de quemador 107 y de la carcasa de quemador 106 se extiende un conjunto coaxial de varios alimentadores de combustible, en el ejemplo de realizacion dos, 109, 112 unidos por su extremo opuesto a la salida de boquilla 110 a alimentadores 115, 116 para el combustible gaseoso o lfquido. En los alimentadores 115, 116 se preven, de manera aqrn no ilustrada, unos grifos por medio de los cuales se puede regular de forma independiente la afluencia de combustible en los alimentadores 115, 116. En especial, la afluencia a traves del respectivo alimentador incluso se puede bloquear por completo. La cabeza de quemador 107 se aloja axialmente desplazable en la carcasa de quemador 106, produciendose el desplazamiento de la cabeza de quemador 107, de manera aqrn no representada, por medio de un motor de regulacion o mecanicamente, por ejemplo, a traves de una rueda de regulacion manual, o de forma hidraulica o neumatica.

En la carcasa de quemador 106 se monta, por medio de una brida o atornilladura, un alimentador 111 para el oxidante, por medio del cual se introduce un oxidante, por ejemplo oxfgeno o aire o una mezcla de oxfgeno y aire, en la camara interior 114 de la carcasa de combustion 6. De acuerdo con el ejemplo de realizacion antes descrito (Fig. 1, Fig. 2) tambien es posible disponer varios alimentadores para oxidantes. Un alimentador para un oxidante primario puede atravesar, por ejemplo, de forma coaxial respecto a los alimentadores de combustible 109, 112, la

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cabeza de quemador 107 mediante la cual se introduce en la camara de tratamiento 104 una carga base de oxidante.

Por su cara frontal orientada hacia la salida de boquilla 110, la cabeza de quemador 107 presenta una seccion anterior conica 117. Con el mismo angulo que la seccion anterior conica 117 de la cabeza de quemador 107, la seccion anterior 18 de la carcasa de quemador 106 se conforma de manera conica. En la posicion de regulacion mostrada en la figura 3, la boquilla de quemador 102 se dispone a distancia de la seccion anterior conica 118 de la carcasa de quemador, desarrollandose entre la seccion anterior conica 117 de la cabeza de quemador 107 y la seccion anterior 118 de la carcasa de quemador 106 un paso anular 120 unido en el flujo a la camara interior 114 de la carcasa de quemador 106.

Por medio del desplazamiento axial de la cabeza de quemador 107 se puede regular la seccion transversal de flujo del paso anular 120. En la posicion de regulacion mostrada en la figura 2, la cabeza de quemador 107 se ha introducido con su seccion anterior conica 117 en la seccion anterior 118 de la carcasa de quemador 106, con lo que el paso anular 120 esta cerrado. Por lo tanto, en esta posicion de regulacion no se aporta ningun oxidante a la camara de tratamiento 104. Sin embargo, tambien se puede prever una aportacion de oxidante aqrn no mostrada, por medio de la cual se introduce cierta cantidad de oxidante para dominar una carga base de la combustion en la camara de tratamiento.

Al utilizar un motor de regulacion para la cabeza de quemador 107, esta puede presentar tambien una conexion a un circuito de transmision de datos de un sistema automatico de regulacion aqrn no representado que regule el avance de la cabeza de quemador 107 en dependencia de determinados parametros medidos, por ejemplo, la temperatura o la concentracion de determinados gases en la camara de tratamiento 104, el porcentaje de oxfgeno en el oxidante o el estado de un material a tratar que se encuentra en la camara de tratamiento 104.

Durante el funcionamiento del quemador 101 se introduce, a traves de los alimentadores de combustible 109, 112, un combustible lfquido o gaseoso, por ejemplo gas natural, en la camara de tratamiento 104. Segun la demanda, el combustible se aporta solo a traves de uno de los alimentadores de combustible 109, 112 o a traves de los dos. En caso de una seccion transversal de flujo diferente de los alimentadores de combustible 109, 112, la cantidad de combustible a aportar tambien se puede cambiar mediante la eleccion del alimentador de combustible 109, 112 cargado de combustible. Si al comienzo de un proceso de combustion se desea una potencia elevada del quemador 101, se introduce combustible a traves de los dos alimentadores de combustible 199, 112. Al mismo tiempo la cabeza de quemador 107 se desplaza de modo que el paso anular 120 presente su maxima seccion transversal de flujo, por lo que se introduce una gran cantidad de oxidante en la camara de tratamiento 104. En caso de potencias elevadas, el oxidante empleado es preferiblemente oxfgeno puro u oxfgeno enriquecido con aire.

En el transcurso del tratamiento se reduce la demanda de potencia, el combustible se aporta solo a traves de uno de los alimentadores de combustible 109, 112, no cambiandose necesariamente el caudal de combustible por este unico alimentador de combustible, ni la velocidad de salida. A la vez se estrecha el paso anular 120 para reducir la afluencia de oxidante. Tambien es posible mantener el paso anular sin cambios y reducir el porcentaje de oxigeno en el oxidante. Mediante esta modo de procedimiento se garantizan en el interior de la camara de tratamiento 104 condiciones de combustion uniformemente estables.

El quemador 101 esta especialmente indicado para su uso en la combustion sin llama en la camara de tratamiento 104. La combustion sin llama en la camara de tratamiento conduce a una reduccion de las temperaturas en la zona de la salida de boquilla 110 y, en conjunto, a una reduccion de los valores de NOx en el gas de escape. A estos efectos, el alimentador 111 para el oxidante puede presentar de otra conexion de flujo, aqrn no representada, con la camara de tratamiento 104, por lo que durante el tratamiento se puede extraer permanentemente gas de escape de la camara de tratamiento 104 y volver a introducirlo, a traves del alimentador 111, en la camara de tratamiento 104 (se trata de la asf llamada “recirculacion externa”).

El quemador segun la invencion y el procedimiento segun la invencion se pueden emplear tanto para todos los hornos de hogar abierto, como para hornos rotatorios de tambor, y estan especialmente indicados para la fusion de metales no ferricos o vidrio, pero tambien para hornos de calentamiento de cualquier tipo. Sin influir negativamente en la estabilidad de la llama, el porcentaje de oxfgeno del oxidante se puede variar entre un 20 % en volumen y un 100 % en volumen. El quemador combina las caractensticas positivas de los quemadores de aire con las de los quemadores de oxfgeno puro, inclusive la posibilidad de combustion sin llama, y se monta facilmente en hornos existentes. Gracias a su construccion resulta especialmente robusto y requiere poco mantenimiento. Especialmente en la industria metalurgica se consiguen con el quemador segun la invencion una mayor productividad, menores consumos de energfa, modos de trabajo mas flexibles y, al mismo tiempo, una clara reduccion de las emisiones de sustancias contaminantes.

Lista de referencias

1 Quemador

2 Boquilla de quemador

3 Orificio

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Camara de tratamiento Bloque de quemador Carcasa de quemador Cabeza de quemador Eje

Alimentador de combustible

Salida de boquilla

Alimentador para oxidante primario

Cara frontal Camara interior Alimentador para oxfgeno Alimentador para aire Seccion anterior conica Escotadura conica

Paso anular

Quemador

Boquilla de quemador Boca

Alimentador de combustible primario Salida de boquilla Alimentador para oxidante Alimentador de combustible secundario Cara frontal Camara interior

Alimentador para combustible primario Alimentador para combustible secundario Seccion anterior conica Seccion anterior (de la carcasa de quemador)

Paso anular

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Quemador con una boquilla de quemador(2, 102), que en estado de montaje segun el uso previsto desemboca, a traves de un orificio (3) de un soporte de quemador (5, 105), en una camara de tratamiento (4, 104), dotada de al menos un alimentador de combustible (9, 109, 112) y de al menos un alimentador (11, 20, 111, 120) para un oxidante, estando el al menos un alimentador (11, 20, 111) para el oxidante dotado de elementos (17, 18, 117, 118) para la variacion de la seccion transversal de flujo del alimentador (11, 20, 120), caracterizado por que el al menos un alimentador (11, 20, 111) para el oxidante esta provisto de un alimentador (15) para oxfgeno y de un alimentador (16) para aire.
2. Quemador segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la boquilla de quemador (2, 102) esta dotada de al menos un alimentador (11) para un oxidante primario y de al menos un alimentador (20) para un oxidante secundario, presentando al menos el alimentador (20) para el oxidante secundario elementos (17, 18) para la variacion de la seccion transversal de flujo.
3. Quemador segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que al menos un alimentador (11, 20, 120) para un oxidante primario y/o secundario esta dotado de elementos para la variacion continua de la seccion transversal de flujo.
4. Quemador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la boquilla de quemador (2, 102) se configura de forma axialmente desplazable frente al soporte de quemador (5, 105).
5. Quemador segun la reivindicacion 4, caracterizado por que por medio de un mecanismo de cierre, unido en su accion al movimiento axial de la boquilla de quemador (2, 102), se puede abrir y/o cerrar el alimentador 20, 120) para el oxidante.
6. Quemador segun la reivindicacion 5, caracterizado por que la boquilla de quemador (2, 102) esta provista de una cabeza de quemador (7, 107) configurada por uno de los lados de forma conica y que coincide con una escotadura conica (18, 118) del soporte de quemador (5, 105) de manera que en caso de desplazamiento axial de la boquilla de quemador (2, 102) entre la cabeza de quemador (7, 107) y la escotadura (18, 118) del soporte de quemador (5, 105), se abre, ensancha y/o cierra un paso anular (20, 120).
7. Quemador segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el paso anular (20) se integra en la trayectoria de flujo del alimentador (20) para el oxidante secundario.
8. Quemador segun una de las reivindicaciones anteriores 2 a 7, caracterizado por que el alimentador (11) para el oxidante primario y/o el alimentador (20) para el oxidante secundario presenta una conexion de flujo con un alimentador (15) para oxfgeno y un alimentador (16) para aire.
9. Quemador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el alimentador (15) para el oxfgeno y el alimentador de aire (16) desembocan en una camara de mezcla (14) unida en el flujo al alimentador (11) para el oxidante primario y/o al alimentador (20) para el oxidante secundario.
10. Quemador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se preven al menos dos alimentadores de combustible (109, 112) que presentan una conexion de flujo con alimentadores de combustible (115, 116) que se pueden controlar de forma independiente.
11. Quemador segun la reivindicacion 11, caracterizado por que los alimentadores de combustible (109, 112) presenta distintas secciones transversales de flujo.
12. Quemador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que a los alimentadores (9, 109, 112) para el combustible y/o a los elementos (17, 18, 117, 118) para la variacion de la seccion transversal de flujo de los alimentadores (11, 20, 120) para el oxidante, se asigna un sistema automatico de regulacion por medio

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del cual se puede regular la aportacion de aire y/u oxfgeno as^ como de combustible en funcion de los parametros ffsicos en la camara de tratamiento (4, 104), tales como la temperature, el porcentaje de oxfgeno, etc..
13. Procedimiento para el funcionamiento de un quemador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se introducen un combustible, a traves de un alimentador de combustible (9), y un oxidante, a traves de al menos un alimentador (11, 20) para el oxidante, en una camara de tratamiento (4, 104), caracterizado por que como oxidante se emplean oxfgeno y aire en una proporcion variable durante la introduccion, que se mezclan formando una mezcla gaseosa que se introduce en al menos un alimentador (11, 20, 111, 120) para el oxidante, cambiandose en dependencia de la proporcion de aire y oxfgeno la cantidad del oxidante introducido en la camara de tratamiento (4, 104) mediante la variacion continua o discontinua de la seccion transversal de flujo libre del al menos un alimentador (11, 20, 111, 120) para el oxidante.
14. Procedimiento segun la reivindicacion 13, caracterizado por que se aporta un combustible a traves de un primer alimentador de combustible (109) y a traves de al menos un segundo alimentador de combustible (112), y por que los parametros de la llama que se forma en la camara de tratamiento (4, 104), por ejemplo la geometna de la llama y la temperatura en la camara de tratamiento, se cambian variando la cantidad de combustible aportado por medio del control de los alimentadores de combustible (9, 109, 112).
15. Procedimiento segun la reivindicacion 13 o 14, caracterizado por que mediante la variacion de las velocidades de salida del oxidante y/o del combustible se influye en la geometna de la llama.
16. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por que en la camara de tratamiento (4, 104) se produce una combustion sin llama o escalonada.