ES2632273T3

ES2632273T3 - Recuperación energética de los humos de un horno de fusión por medio de una turbina de gas e intercambiadores de calor

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Publication number: ES2632273T3
Application number: ES13815060.2T
Authority: ES
Inventors: Benoit Davidian; Youssef Joumani; Jocelyn LE DIRACH; Jean-Pierre Tranier
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2017-09-12
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: US20150353406A1; KR20150097529A; EP2935133A1; CN104870382A; BR112015014764A2; WO2014096613A1; FR3000175A1; EP2935133B1; JP2016510373A; PL2935133T3; US9862632B2; CN104870382B

Abstract

Procedimiento de fusión en un horno (10) que comprende una cámara de fusión (41), procedimiento en el cual: - se precalienta al menos un reactivo de combustión elegido entre oxígeno (52) y combustible gaseoso (60) aguas arriba de la cámara de fusión (41) por intercambio térmico con un gas caloportador (44) en un intercambiador de calor primario (20), con obtención de al menos un reactivo de combustión precalentado y gas caloportador templado, - se clienta la cámara de fusión (41) por medio de combustión utilizando al menos un reactivo de combustión (52, 60) precalentado, generando así energía térmica y humos en la cámara de fusión (41), - se evacuan los humos de la cámara de fusión (41) y se les introduce en un intercambiador de calor secundario (30) para calentar aire comprimido por intercambio térmico con los humos evacuados de la cámara de fusión (41), caracterizado por que: - se genera energía mecánica y/o eléctrica y un efluente gaseoso por medio de una turbina de gas (41, 42) utilizando el aire comprimido calentado (46) que sale del intercambiador secundario (30) como comburente para la turbina de gas (41, 42), y - se utiliza el efluente gaseoso de la turbina de gas (41, 42) como gas caloportador (44) para el precalentamiento del oxígeno de combustión (52) y/o del combustible gaseoso (60) en el intercambiador primario (20).

Description

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DESCRIPCION

Recuperacion energetica de los humos de un horno de fusion por medio de una turbina de gas e intercambiadores de calor

En un horno de fusion, las materias primas son transformadas en materia fundida gracias a una aportacion de energfa termica que generalmente es facilitada al menos en parte por combustion.

La mayor parte de la energfa termica generada por las llamas es trasferida a la carga (materias primas solidas y materia fundida). Si embargo, la energfa residual es evacuada del horno con los humos de combustion.

En el caso de un horno de fusion en aerocombustion, o combustion con aire, es asf conocido utilizar intercambiadores en contracorriente alternada compuestos de ceramicas (regeneradores) o intercambiadores de acero (recuperadores) para precalentar el aire de combustion aguas arriba del horno, de manera que se aumente no solamente el rendimiento de la combustion en el interior del horno sino tambien el de la instalacion en su totalidad en la media en que una parte de la energfa termica contendida en los humos evacuados es recuperada y utilizada como energfa de precalentamiento para el aire de combustion.

En un horno de vidrio con recuperadores, el aire de combustion es precalentado a 700 °C mientras que los regeneradores permiten alcanzar temperaturas de aire de combustion de 1200 °C o de 1250 °C al comienzo de la vida de servicio de la instalacion.

Los operarios de los hornos de fusion, y especialmente los vidrieros, adoptan cada vez mas la oxicombustion, tecnologfa a la vez mas eficaz (porque elimina el balasto termico del nitrogeno), y menos contaminante (reduccion de los NOx y del CO2, siendo este mismo nitrogeno origen de los NOx formados).

Sin embargo, los sistemas de recuperacion de energfa de los humos desarrollados para la aerocombustion (regeneradores y recuperadores) no estan generalmente adaptados para la recuperacion de energfa termica de los humos generados por la oxicombustion.

El documento EP-A-1338848 describe un sistema de recuperacion de energfa de los humos de un horno de vidrio, y en particular de un horno de vidrio en oxicombustion. El citado sistema comprende al menos un intercambiador de calor para el precalentamiento de un gas rico en oxfgeno y/o de un combustible gaseoso por intercambio termico con los humos evacuados del horno, una caldera situada aguas abajo de al menos un intercambiador de calor y apta para generar vapor sobrecalentado por intercambio termico con los humos y una turbina de vapor para la expansion del vapor sobrecalentado con produccion de energfa mecanica.

De acuerdo con el documento EP-A-1338848, la energfa mecanica generada por la turbina puede ser utilizada para facilitar al menos una parte de las necesidades energeticas de una instalacion de separacion de los gases del aire que facilita oxfgeno de combustion para el horno de vidrio.

Para la produccion de vapor sobrecalentado en la caldera con una eficacia industrialmente aceptable, los humos a la entrada de la caldera, y por tanto tambien a la salida del intercambiador de calor, deben presentar una temperatura de al menos 1000 °C, o de 1200 °C a 1500 °C.

A pesar de las buenas resistencias a tales temperaturas de los materiales identificados en el documento EP-A- 1338848, los vidrieros prefieren utilizar sistemas de recuperacion de energfa a mas baja temperatura estimados mas duraderos.

Un sistema alternativo de este tipo particularmente fiable para la recuperacion de energfa de los humos de un horno de vidrio de oxicombustion esta descrito en el documento EP-A-0872690.

De acuerdo con el documento EP-A-0872690, los humos que salen del horno de oxicombustion son utilizados para el precalentamiento indirecto del oxfgeno y/o del combustible aguas arriba del horno. En un primer intercambiador de calor, los humos que salen del horno calientan un fluido intermedio, tal como por ejemplo aire, por intercambio termico entre los dos fluidos. El fluido intermedio calentado que sale del primer intercambiador es utilizado en un segundo intercambiador termico para calentar oxfgeno de combustion y/o el combustible.

El sistema de recuperacion de energfa de los humos de acuerdo con el documento EP-A-0872690 no permite sin embargo una recuperacion suplementaria de energfa de los humos en forma de vapor sobrecalentado, como es el caso en el documento EP-A-1338848, debido a que en la practica los humos a la salida del primer intercambiador presentan una temperatura netamente inferior a 1000 °C.

El documento US 2012/135362A1 representa el estado de la tecnica mas proxima a las reivindicaciones 1 y 7 y describe las caractensticas de los preambulos de estas reivindicaciones.

La presente invencion tiene por objetivo incrementar la eficacia de recuperacion de calor en los humos de un horno de fusion que utiliza un combustible gaseoso y/o el oxfgeno como comburente y en el cual el oxfgeno de combustion

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y/o el combustible gaseoso son precalentados por intercambio de calor indirecto con los humos evacuados del horno.

La presente invencion concierne de modo mas particular a un procedimiento de fusion en un horno que comprende una camara de fusion. De acuerdo con este procedimiento, se precalienta oxfgeno de combustion y/o combustible gaseoso en un intercambiador denominado intercambiador primario aguas arriba de la camara de fusion por intercambio termico con un gas caloportador.

Se utiliza el oxfgeno de combustion y/o el combustible gaseoso precalentado para calentar la camara de fusion por medio de combustion, generando asf energfa termica y humos en la camara de fusion.

Se evacuan los humos de la camara de fusion y se les introduce en un intercambiador de calor, denominado secundario, para calentar aire comprimido por intercambio termico con los humos evacuados de la camara de fusion.

De acuerdo con la invencion, se utiliza aire comprimido calentado que sale del intercambiador secundario como comburente en una turbina de gas. Esta turbina de gas genera asf energfa mecanica y/o electrica y un efluente gaseoso. El citado efluente gaseoso de la turbina de gas es utilizado como gas caloportador para el precalentamiento del oxfgeno de combustion y/o del combustible gaseoso en el intercambiador primario.

Se precalienta ventajosamente al menos oxfgeno de combustion y, preferentemente, igualmente combustible gaseoso, en el intercambiador primario. En efecto, debido a que, de acuerdo con la invencion, se calienta el reactivo de combustion por intercambio de calor indirecto con los humos, es decir a traves de un fluido caloportador, la presente invencion es particularmente apta y fiable para el precalentamiento de oxfgeno.

Se observa, de acuerdo con la invencion, una sinergia significativa entre, por una parte, el sistema de recuperacion de energfa termica de los humos que salen de la camara de fusion y, por otra, la turbina de gas. En efecto, se constata un rendimiento energetico netamente por encima del rendimiento energetico que haya que prever para una simple combinacion de una turbina de gas con precalentamiento de oxfgeno de combustion y/o de combustible gaseoso por medio de los humos.

Hay que observar que la combustion no es necesariamente el unico medio de calentamiento de la camara de fusion, la cual puede comprender otros medios de calentamiento tales como electrodos.

El oxfgeno de combustion precalentado puede ser el unico comburente utilizado para la combustion en la camara de fusion o en combinacion con otro comburente, tipicamente aire.

El horno puede asf ser un horno de oxicombustion (donde el oxfgeno es el unico comburente), un horno de combustion enriquecido (con aire enriquecido en oxfgeno como comburente), o tambien un horno de oxidante mixto (que utiliza una combinacion por una parte de combustion con oxfgeno y por otra de combustion con aire, eventualmente enriquecido en oxfgeno).

En el presente contexto, el termino « oxfgeno » se refiere a un gas que tenga un contenido en O2 de al menos el 75% en volumen, preferentemente entre el 80% en volumen y el 100% en volumen, e incluso preferentemente entre el 90% en volumen y el 100% en volumen.

De manera analoga, el combustible gaseoso precalentado puede ser el unico combustible utilizado para la combustion en la camara de fusion o el combustible gaseoso precalentado puede ser utilizado en combinacion con otro combustible.

La energfa mecanica y/o electrica generada por la turbina de gas puede ser facilitada al menos en parte a uno o varios compresores de aire. El o los compresores de aire son elegidos especialmente entre: un compresor de aire que alimenta al intercambiador de calor secundario, un compresor de aire que alimenta una unidad de separacion de los gases del aire y otro compresor de aire. En efecto, no solamente la instalacion de fusion esta equipada con un compresor de aire, denominado generalmente soplante, para la provision de aire comprimido al intercambiador secundario, sino que ademas la instalacion puede comprender igualmente una unidad de separacion de los gases del aire y/u otras unidades consumidoras de aire comprimido. La instalacion puede comprender especialmente una unidad de separacion de los gases del aire que facilite el oxfgeno de combustion, instalaciones de enfriamiento de aire comprimido, etc.

De acuerdo con una forma de realizacion del procedimiento, la turbina de gas facilita entre el 75% y el 100%, preferentemente el 100%, del consumo energetico del compresor de aire que alimenta de aire comprimido al intercambiador de calor secundario.

Preferentemente, la turbina de gas facilita entre el 25% y el 100%, preferentemente entre el 50% y el 100%, y en particular el 100%, del consumo energetico del compresor de aire que alimenta la unidad de separacion de los gases del aire. Esta unidad de separacion de los gases del aire genera preferentemente oxfgeno de combustion para el procedimiento de fusion. La unidad de separacion de los gases del aire puede comprender especialmente una columna de destilacion criogenica de los gases del aire, pero igualmente son posibles otros tipos de unidades de

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separacion de los gases del aire. La unidad de separacion de los gases del aire puede ser especialmente un sistema basado en la tecnica denominada VSA (Vacuum Swing Absorption).

Es util prever un deposito de oxfgeno Kquido como fuente de oxfgeno de combustion durante una parada o una reduccion de la produccion de oxfgeno de combustion por la unidad de separacion de los gases del aire. Cuando la unidad de separacion es alimentada de energfa por la turbina de gas, dicha parada o dicha reduccion de la unidad de separacion pueden producirse especialmente durante una puesta fuera de operacion para mantenimiento de la turbina de gas. Tal deposito de oxfgeno presenta un volumen de almacenamiento que permite la alimentacion de oxfgeno de combustion a una capacidad de la camara de fusion durante 6 a 8 horas durante una parada de la unidad de separacion de los gases del aire. Es igualmente util prever una fuente auxiliar de energfa, tal como un grupo electrogeno, para facilitar energfa mecanica y/o energfa electrica que haya que utilizar durante una parada de la turbina de gas.

Los parametros del procedimiento dependen del material que haya que fundir, tal como vidrio, metal, esmalte, etc, del tamano y del tipo de la camara de fusion, del caudal de materia fundida, etc.

Los parametros de operacion siguientes se han identificado como ventajosos, solos o de combustion, especialmente, pero no unicamente, cuando el procedimiento es un procedimiento de fusion de vidrio:

• la temperatura de los humos a la entrada del intercambiador secundario es de 1000 °C a 2000 °C,

• el aire comprimido esta a una presion de 10 atm a 20 atm a la entrada del intercambiador secundario,

• la temperatura del aire comprimido calentado a la salida del intercambiador secundario es de 600 °C a 800

°C,

• la temperatura del efluente gaseoso a la salida de la turbina de gas es de 600 °C a 800 °C.

De manera util, se utiliza, como carburante para la turbina de gas, una parte del combustible gaseoso precalentado que sale del intercambiador primario.

La presente invencion concierne igualmente a una instalacion de fusion adaptada para la puesta en practica de una cualquiera de las formas de realizacion del procedimiento de acuerdo con la invencion.

Asf, la invencion concierne a una instalacion de fusion que comprende un horno que define una camara de fusion calentada por combustion. La camara de fusion comprende igualmente al menos una salida de humos para la evacuacion de los humos generados por esta combustion.

La instalacion comprende igualmente un intercambiador de calor primario para el precalentamiento, por intercambio termico con un fluido caloportador, de oxfgeno de combustion y/o de combustible gaseoso aguas arriba de la camara de fusion. El citado intercambiador primario presenta (a) una entrada de fluido caloportador (caliente) y una salida de fluido caloportador (templado) y (b) una entrada de oxfgeno de combustion (para el oxfgeno de combustion que haya que precalentar) y una salida de oxfgeno de combustion (para el oxfgeno de combustion precalentado) y/o una entrada de combustible gaseoso (para combustible gaseoso que haya que precalentar) y una salida de combustible gaseoso (para el combustible gaseoso precalentado).

El intercambiador primario presenta de manera util una entrada y una salida de oxfgeno de combustion y preferentemente igualmente una entrada y una salida de combustible gaseoso.

La instalacion de fusion comprende tambien un intercambiador de calor secundario para el calentamiento de aire comprimido por intercambio termico con los humos que salen de la camara de fusion. El citado intercambiador secundario presenta (a) una entrada de aire comprimido (para el aire comprimido que haya que calentar) y una salida de aire comprimido (para el aire comprimido calentado) y (b) una entrada de humos (calientes) y una salida de humos (templados).

La instalacion de fusion esta equipada con un primer compresor de aire unido a la entrada de aire comprimido del intercambiador secundario de manera que por el primer compresor permite la provision de aire comprimido al intercambiador secundario.

Como regla general, en el presente contexto, el termino « unido » es utilizado en el sentido de « fluidicamente unido », por ejemplo por medio de una canalizacion.

La entrada de humos del intercambiador primario esta unida al menos a una salida de humos de la camara de fusion. La salida de oxfgeno de combustion del intercambiador primario esta unida al menos a un inyector de comburente de la camara de fusion y/o la salida de combustible gaseoso del intercambiador primario esta unida al menos a un inyector de combustible de la camara de fusion.

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De acuerdo con la invencion, la instalacion comprende igualmente una turbina de gas con una tobera de admision de aire y un escape. La salida de aire comprimido del intercambiador secundario esta unida a la tobera de admision de aire de la turbina de gas. El escape de la turbina de gas esta unido a la entrada de fluido caloportador del intercambiador primario de manera que permite la provision del gas de escape de la turbina de gas como fluido caloportador al intercambiador primario.

De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la instalacion, la turbina de gas facilita energfa mecanica y/o electrica al menos a un compresor de aire. La turbina de gas puede especialmente facilitar energfa mecanica y/o electrica al menos a un compresor de aire elegido entre: el primer compresor de aire, un compresor de aire que alimenta una unidad de separacion de los gases del aire y otro compresor de aire, tal como un compresor de aire, denominado « segundo compresor », que facilita aire comprimido al menos a otra unidad de la instalacion consumidora de aire comprimido.

Cuando la turbina de gas facilita energfa mecanica al menos a un compresor de aire, esto ventajosamente es realizado por medio de un arbol de transmision que une la turbina de gas al citado compresor de aire.

Cuando la instalacion de acuerdo con la invencion comprende una unidad de separacion de los gases del aire, la misma presenta preferentemente una salida de oxfgeno unida a la camara de fusion para la provision de oxfgeno de combustion a la citada camara por la unidad de separacion de los gases. Para esta provision de oxfgeno de combustion, la salida de oxfgeno de la unidad de separacion de los gases del aire esta, preferentemente, unida a la entrada de oxfgeno de combustion del intercambiador primario. La salida de oxfgeno de la unidad de separacion de los gases del aire esta entonces unida a la camara de fusion por medio del intercambiador primario cuya salida de oxfgeno de combustion esta unida a la citada camara de fusion.

Asf, esta salida de oxfgeno de la unidad de separacion puede estar unida directamente a uno o varios inyectores de comburente de los que esta equipada la camara de fusion o, preferentemente, a traves del intercambiador primario.

Como se ha indicado anteriormente, la unidad de separacion de los gases del aire comprende preferentemente una columna de destilacion criogenica de los gases del aire, pero igualmente puede ser una instalacion de tipo VSA.

La instalacion comprende ventajosamente igualmente un deposito de oxfgeno como fuente de oxfgeno de combustion durante una parada o una productividad reducida de la unidad de separacion de los gases del aire. La instalacion puede igualmente, de manera util, comprender una fuente auxiliar de energfa mecanica y/o de energfa electrica, tal como un grupo electrogeno, para la provision de energfa mecanica y/o electrica durante una parada de la turbina de gas.

Como se indico anteriormente, la combustion puede ser el unico medio de calentamiento de la camara de fusion o puede estar combinada con otros sistemas de calentamiento tales como electrodos.

El oxfgeno de combustion (caliente) puede ser el unico comburente o puede estar combinado con otros comburentes, tales como en particular aire. El combustible gaseoso puede ser el unico combustible o puede estar combinado con otros combustibles.

Un inyector de comburente unido a la salida de oxfgeno de combustion del intercambiador primario puede formar parte de un quemador de la camara de fusion. Tal inyector de oxfgeno puede igualmente formar parte de una lanza de comburente de la camara de fusion y en particular de una lanza de oxfgeno.

De manera analoga, un inyector de combustible gaseoso unido a la salida de combustible gaseoso del intercambiador primario puede formar parte de un quemador de la camara de fusion o puede estar integrado en una lanza de combustible de la citada camara.

De acuerdo con una forma de realizacion preferida, el horno de fusion es un horno de vidrio, y en particular un horno de vidrio de tipo horno flotante (es decir que comprende un bano de flotacion, denominado igualmente bano de metal), pero la invencion es igualmente util para otros hornos de fusion incluidos los hornos de fusion de metales tales como por ejemplo, los metales ferreos.

La utilizacion de una instalacion de fusion de acuerdo con una cualquiera de las formas de realizacion anteriormente descritas en un procedimiento de acuerdo con la invencion queda cubierta igualmente.

La presente invencion y sus ventajas se describen mas en detalle en lo que sigue refiriendose a las figuras 1 y 2.

Las figuras 1 y 2 son representaciones esquematicas de dos ejemplos de una instalacion y de un procedimiento de acuerdo con la invencion.

El horno de fusion 10 es un horno de oxicombustion, calentado por un numero de oxiquemadores (no representados). Los citados quemadores son alimentados de combustible, tal como por ejemplo el gas natural, por el conducto 12 y de oxfgeno de combustion por el conducto 11.

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El ox^geno de combustion es generado por una unidad de separacion de los gases del aire 50 que separa aire comprimido 51 en un flujo de oxfgeno 52, que tiene un contenido de O2 de al menos un 90% en volumen, y un flujo (no representado) consistente principalmente de N2.

Los humos generados por la oxicombustion en el horno 10 son evacuados de la camara de fusion por la salida 13, teniendo los citados humos una temperatura entre 1000 °C y 2000 °C, por ejemplo entre 1250 °C y 1750 °C.

Los citados humos son llevados hacia un intercambiador termico, denominado « intercambiador de calor secundario » 30. Los humos calientes entran en el intercambiador secundario por una entrada de humos 31 y salen por la salida de humos 32. En el interior del intercambiador secundario 30, los humos calientan aire comprimido por intercambio termico, siendo obtenido el aire comprimido por compresion de aire ambiente 33 a una presion entre 10 atm y 20 atm, por ejemplo aproximadamente 15 atm, en el compresor 34. El compresor 34 puede igualmente facilitar aire comprimido a la unidad de separacion de los gases del aire 50. La unidad 50 puede tener tambien un compresor de aire (no representado) dedicado espedficamente a la provision de aire a la unidad 50.

El aire comprimido es introducido en el intercambiador secundario 30 por una entrada de aire 35. El aire calentado sale del intercambiador secundario 30 por la salida de aire 36 a una temperatura entre 600 °C y 800 °C.

De acuerdo con la invencion, el aire calentado que sale del intercambiador secundario 30 es utilizado para generar energfa mecanica y/o electrica de acuerdo con el principio de funcionamiento de una turbina de gas.

Asf, el aire calentado es introduzco en una camara de fusion 41 por la tobera de admision de aire. En la camara de fusion 41, el aire calentado es utilizado para quemar combustible (gaseoso) introducido por la admision de combustible 47. Los gases de combustion asf obtenidos tienen una temperatura de 1000 °C a 1600 °C, por ejemplo entre 1200 °C y 1400 °C, y son enviados hacia la entrada 43 de una turbina de expansion 42.

En los casos ilustrados, la energfa obtenida por esta expansion de los gases de combustion es transmitida:

• por una parte, al compresor de aire 34 en forma de energfa mecanica por el arbol de transmision 45, y

• por otra, a la unidad de separacion 50 en forma de energfa electrica por la conexion 40.

A la salida o escape de la turbina de expansion 42, los gases de combustion 44 tienen una temperatura de 550 °C a 750 °C. Estos gases de combustion 44 son introducidos en un segundo intercambiador termico, denominado « intercambiador primario » 20 por la entrada de fluido caloportador 21 y salen del intercambiador primario 20 por la salida de fluido caloportador 22.

En las figuras esta mostrado un solo intercambiador primario 20. Sin embargo, el citado intercambiador primario 20 puede descomponerse en una serie de varios subintercambiadores primarios, es decir una serie de intercambiadores fluido caloportador / oxfgeno de combustion y/o de intercambiadores fluido caloportador / combustible gaseoso.

El flujo de oxfgeno 52 que sale de la unidad de separacion 50 es introducido en el intercambiador primario 20 por la entrada de oxfgeno 23 y sale del intercambiador primario como oxfgeno precalentado por la salida de oxfgeno 24. Un flujo de gas natural 60 es introducido en el intercambiador primario 20 por la entrada de combustible 25 y sale del intercambiador primario como gas natural precalentado por la salida de combustible 26. En el interior del intercambiador primario 20, el flujo de oxfgeno 52 es precalentado a una temperatura entre 350 °C y 650 °C, por ejemplo a 550 °C, por intercambio termico con los gases de combustion y el flujo de gas natural 60 es precalentado a una temperatura entre 250 °C y 550 °C, por ejemplo 450 °C, igualmente por intercambio termico con los gases de combustion.

El oxfgeno asf precalentado es transportado como oxfgeno de combustion hacia el horno 10 por el conducto 11 y el gas natural asf precalentado es transportado como combustible hacia el horno 10 por el conducto 12.

La forma de realizacion ilustrada en la figura 2 se distingue de aquella de la figura 1 en que, en la figura 2, se utiliza una parte del gas natural precalentado como combustible en la camara de fusion 41.

Ejemplo

La presente invencion y sus ventajas estan ilustradas en el ejemplo comparativo que sigue.

El ejemplo de acuerdo con la invencion corresponde al esquema de la figura 1.

La referencia corresponde al mismo esquema, excepto que la misma no comprende camara de fusion 41 ni turbina de expansion 42 tales como las descritas anteriormente, es decir que la misma no comprende turbina de gas.

El horno es un horno de fusion de vidrio calentado por oxicombustion unicamente con un consumo de oxfgeno de 7000 Nm3/h y una produccion de aproximadamente 620 t^a de vidrio.

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El consumo electrico de la unidad de separacion de los gases del aire es estimado en 3 MWe.

En el intercambiador primario, el oxfgeno es precalentado a 550 °C y el gas natural es precalentado a 450 °C.

En el intercambiador primario, el aire comprimido a 15 atm es calentado a 350 °C.

En el ejemplo de acuerdo con la invencion, los gases de combustion salen de la camara de fusion 41 a la temperatura de 1300 °C.

El balance electrico se define teniendo en cuenta dos puestos de consumo:

• Las etapas de compresion de la unidad de separacion 50, y

• Las etapas de compresion del aire caloportador.

Como puesto de generacion de energfa se considera:

• La expansion de los gases de combustion en la turbina de expansion 42.

Los balances de materia y energfa calculados muestran que la invencion es capaz de generar toda la energfa necesaria para la produccion del flujo de oxfgeno por la unidad de separacion, incluso de liberar un excedente de energfa, no obstante mediante un consumo de gas natural.

La tabla resume los resultados de los consumos energeticos.

: referencia invencion

Balance electrico (kWe): -2991 1384

Consumo suplementario de gas natural (Nm3/h): 00,00 686,80

Tabla 1: balances energeticos y consumos de gas natural asociados

Pueden considerarse dos escenarios:

- un escenario en el que el precio de la electricidad es comparable con el del gas (€/MWh),

- un escenario en el que el precio de la electricidad es al menos tres veces el del gas (€/MWh)

Los costes operativos incluyen el consumo de electricidad y de gas natural.

El ratio de inversion es calculado sobre la base de una amortizacion en 4 anos con una disponibilidad del equipo de 8600 horas/ano.

La Tabla 2 facilita datos economicos resultantes de estos balances de materia y energfa, sobre la base de los precios de gas natural y de electricidad siguientes: gas natural a 40 €/MWh y electricidad a 70 €/MWh.

: Referencia invencion

Balance electrico (kWe): -2991 1384

OPEX (EUR/h): 209,37 159,82

Inversion adicional (EUR/kWh): 390

Tabla 2: calculo del coste de inversion (escenario 1)

Para el escenario 2 en el que el gas natural esta a 40€/MWh y la electricidad a 140 €/MWh, se presentan los datos economicos en la tabla 3

: Referencia invencion

Balance electrico (kWe): -2991 1384

OPEX (EUR/h): 418,74 62,92

Inversion adicional (EUR/kWh): 2798

Tabla 3: calculo del coste de inversion (escenario 2) 7

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de fusion en un horno (10) que comprende una camara de fusion (41), procedimiento en el cual:

- se precalienta al menos un reactivo de combustion elegido entre oxfgeno (52) y combustible gaseoso (60) aguas arriba de la camara de fusion (41) por intercambio termico con un gas caloportador (44) en un intercambiador de calor primario (20), con obtencion de al menos un reactivo de combustion precalentado y gas caloportador templado,

- se clienta la camara de fusion (41) por medio de combustion utilizando al menos un reactivo de combustion (52, 60) precalentado, generando asf energfa termica y humos en la camara de fusion (41),

- se evacuan los humos de la camara de fusion (41) y se les introduce en un intercambiador de calor secundario (30) para calentar aire comprimido por intercambio termico con los humos evacuados de la camara de fusion (41),

caracterizado por que:

- se genera energfa mecanica y/o electrica y un efluente gaseoso por medio de una turbina de gas (41, 42) utilizando el aire comprimido calentado (46) que sale del intercambiador secundario (30) como comburente para la turbina de gas (41, 42), y

- se utiliza el efluente gaseoso de la turbina de gas (41, 42) como gas caloportador (44) para el precalentamiento del oxfgeno de combustion (52) y/o del combustible gaseoso (60) en el intercambiador primario (20).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion precedente, en el cual la energfa mecanica y/o electrica generada por la turbina de gas (41, 42) es facilitada al menos en parte a uno o varios compresores de aire (34).
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 2, en el cual al menos una parte de la energfa mecanica y/o electrica generada por la turbina de gas (41, 42) es facilitada al menos a un compresor de aire elegido entre: un compresor de aire (34) que alimenta el intercambiador de calor secundario (30), un compresor de aire que alimenta una unidad de separacion de los gases del aire (50) y otro compresor de aire.
4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el horno de fusion (10) es un horno de vidrio, preferentemente un horno de vidrio de tipo flotante.
5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual se utiliza como carburante para la turbina de gas (41, 42) una parte del combustible gaseoso (60) precalentado que sale del intercambiador primario (20).
6. Instalacion de fusion que comprende:

- un horno (10) que define una camara de fusion (41) calentada por combustion, comprendiendo la citada camara de fusion (41) al menos una salida de humos (13) generados por la combustion,

- un intercambiador de calor primario (20) para el precalentamiento, por intercambio termico con un fluido caloportador (44), de oxfgeno de combustion (52) y/o de combustible gaseoso (60) aguas arriba de la camara de fusion (41), presentando el citado intercambiador primario (20) (a) una entrada (21) y una salida (22) de fluido caloportador (44) y (b) una entrada (23) y una salida (24) de oxfgeno de combustion (52) y/o una entrada (25) y una salida (26) de combustible gaseoso (60),

- un intercambiador de calor secundario (30) para el calentamiento de aire comprimido por intercambio termico con los humos que salen de la camara de fusion (41), presentando el citado intercambiador secundario (30) (a) una entrada (35) y una salida (36) de aire comprimido y (b) una entrada (31) y una salida (32) de humos,

- un primer compresor de aire (34), estando el citado compresor de aire (34) unido a la entrada de aire comprimido (35) del intercambiador secundario (30),

instalacion en la cual:

- la entrada de humos (31) del intercambiador secundario (30) esta unida a una salida de humos (13) de la camara de fusion (41),

- la salida de oxfgeno de combustion (24) del intercambiador primario (20) esta unida al menos a un inyector de comburente de la camara de fusion (41) y/o la salida de combustible gaseoso (26) del intercambiador primario (20) esta unida al menos a un inyector de combustible gaseoso de la camara de fusion (41),

y caracterizada por que:

5

10

15

20

25

30

- la instalacion comprende igualmente una turbina de gas (41, 42) que comprende una tobera de admision de aire y un escape, estando unida la salida de aire comprimido (36) del intercambiador secundario (30) a la tobera de admision de aire de la turbina de gas (41, 42), estando el escape de la turbina de gas (41, 42) unido a la entrada de fluido caloportador (21) del intercambiador primario (20), de manera que facilita gas de escape (44) de la turbina de gas (41, 42) como fluido caloportador (44) al intercambiador primario (20).
7. Instalacion de acuerdo con la reivindicacion 6, en la cual la turbina de gas (41, 42) facilita energfa mecanica y/o electrica al menos a un compresor de aire (34).
8. Instalacion de acuerdo con la reivindicacion 7, en la cual la turbina de gas (41, 42) facilita energfa mecanica al menos a un compresor de aire (34) por medio de un arbol de transmision (45).
9. Instalacion de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, en la cual la turbina de gas (41, 42) facilita energfa mecanica y/o electrica al menos a un compresor de aire elegido entre: el primer compresor de aire (34), un segundo compresor de aire que alimenta a una unidad de separacion de los gases del aire (50) y otro compresor de aire.
10. Instalacion de acuerdo con la reivindicacion 9, en la cual la turbina de gas (41, 42) facilita energfa mecanica o electrica a una unidad de separacion de los gases del aire (50) que presenta una salida de oxfgeno (52) unida al menos a un inyector de comburente de la camara de fusion (41).
11. Instalacion de acuerdo con la reivindicacion 10, en la cual la salida de oxfgeno (52) de la unidad de separacion de los gases del aire (50) esta unida a la entrada de oxfgeno de combustion (23) del intercambiador primario (20).
12. Instalacion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, en la cual la salida de oxfgeno de combustion (24) del intercambiador primario (20) esta unida al menos a un inyector de comburente integrado en un quemador de la camara de fusion (41) y/o la salida de combustible gaseoso (26) del intercambiador primario (20) esta unida al menos a un inyector de combustible integrado en un quemador de la camara de fusion (41).
13. Instalacion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en la cual la salida de oxfgeno de combustion (24) del intercambiador primario (20) esta unida al menos a un inyector de comburente integrado en una lanza de comburente de la camara de fusion (41) y/o la salida de combustible gaseoso (26) del intercambiador primario (20) esta unida al menos a un inyector de combustible integrado en una lanza de combustible de la camara de fusion (41).
14. Instalacion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 13, en la cual el horno de fusion (10) es un horno de vidrio, preferentemente un horno de vidrio de tipo flotante.
15. Utilizacion de una instalacion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 14 en un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1.