ES2684818T3 - Método para homogeneizar la distribución de calor así como para disminuir la cantidad de NOx - Google Patents
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Abstract
Método para homogeneizar la distribución de calor, así como para disminuir la cantidad de NOx en los productos de combustión cuando se hace funcionar un horno industrial (1) con al menos un quemador convencional (2a, 2b, 2c, 2d) que utiliza aire como oxidante, en que se introduce una lanza (3a, 3b, 3c, 3d) en el horno (1), un oxidante adicional que comprende al menos 50% de gas oxígeno se hace fluir en el horno (1) a través de la lanza (3a, 3b, 3c, 3d), y la cantidad total de oxígeno suministrado, parcialmente a través del aire, en parte a través del oxidante adicional, se suministra en una relación predeterminada en relación con la cantidad de combustible que se suministra a través del quemador de aire (2a, 2b, 2c, 2d), en el que - al menos 40% del oxígeno suministrado se suministra a través del oxidante adicional, - se provoca que la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) esté dispuesta a una distancia desde el quemador de aire (2a, 2b, 2c, 2d) de al menos 0,3 metros, y en el que el oxidante adicional se suministra solo cuando el quemador de aire (2a, 2b, 2c, 2d) es hecho funcionar a o por encima de una cierta potencia más baja, caracterizado, primeramente, por que se provoca que el oxidante adicional fluya en el horno (1) a través de la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) con al menos velocidad sónica y, en segundo lugar, por que la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) está dispuesta en una dirección tal que la corriente de oxidante adicional no cruza la llama del quemador (2a, 2b, 2c, 2d).
Description
Método para homogeneizar la distribución de calor así como para disminuir la cantidad de NOx
En la actualidad, los hornos industriales se utilizan ampliamente para fundir y tratar térmicamente de otro modo, por ejemplo, metales. Muchos de estos hornos utilizan uno o varios quemadores del tipo convencional, alimentados por un combustible tal como propano, aceite, gas natural o similar, y alimentados también con un oxidante. En muchos casos, el aire se utiliza como oxidante.
Hornos de este tipo pueden ser de diversos tamaños. A menudo es deseable mantener una distribución de temperatura uniforme dentro del horno, lo cual puede ser difícil de conseguir en el caso de grandes hornos, ya que la transferencia de calor por convección dentro del horno se vuelve menos efectiva a medida que aumenta el volumen del horno.
Como solución a estos problemas, se han sugerido los denominados quemadores de oxicombustible para su uso en hornos industriales. En los quemadores de oxicombustible, el gas de oxígeno se utiliza como oxidante. Dichos quemadores ofrecen una mayor eficiencia, por lo que se necesita menos combustible para lograr el mismo rendimiento en términos de calentamiento del material a calentar en el horno. Además, la cantidad de compuestos de NOx producidos disminuye.
Sin embargo, existe el problema de que está asociado con un costo sustancial cambiar un quemador alimentado por aire por un quemador de oxicombustible en un horno industrial. Además, es difícil mantener la homogeneidad a alta temperatura en todo el volumen del horno cuando se utiliza en grandes hornos industriales, ya que la convección disminuye como consecuencia de las menores cantidades de gases de combustión producidos en las potencias de trabajo inferiores para los quemadores de oxicombustible. El resultado es una temperatura desigual del horno, con propiedades de producción desiguales asociadas.
Otra solución sugerida, por otro lado, es aumentar la proporción de gas oxígeno en el aire suministrado. Sin embargo, esto ha demostrado estar afectado por otros problemas, tales como el desgaste de los quemadores y un aumento de las emisiones de óxidos de nitrógeno.
La patente sueca nº 0601274-4 describe un método para homogeneizar la distribución de calor y para disminuir la cantidad de NOx en los productos de combustión cuando se utiliza un horno industrial utilizando aire como oxidante en combinación con un oxidante adicional que se suministra por medio de lanza.
Aquí, la expresión "lanzar" oxidante adicional a través de una "lanza" se refiere al suministro de oxidante adicional al espacio de combustión en un horno industrial a través de un conducto de suministro dispuesto a una distancia del quemador.
Sin embargo, productos residuales en forma de compuestos de NOx formados durante la combustión en este tipo de hornos industriales todavía constituyen un problema. Esto no es deseable, ya que compuestos de NOx afectan negativamente al medio ambiente, y puesto que a menudo existen limitaciones reguladoras presentes para los volúmenes de compuestos de NOx que pueden ser producidos en diversos procesos industriales.
Además, en la práctica, a menudo se requerirá la instalación de varias lanzas por quemador, con el fin de evitar formas de llama asimétricas y, por lo tanto, gradientes de temperatura en el espacio del horno. Esto es costoso, no menos importante ya que se deben instalar dispositivos de control y otros equipos periféricos.
El documento WO 2007/126980 A2 describe un quemador en el que están dispuestas lanzas para combustible adicional, así como oxidante adicional. Esta solución da lugar a cantidades relativamente grandes de NOx.
El documento US 2007/0287109 describe un método de proporcionar una distribución uniforme de calor dentro de un horno de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Métodos adicionales para hacer funcionar los hornos son conocidos de los documentos US 4541796 y US 5242296.
La presente invención resuelve los problemas anteriores.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a un método para homogeneizar la distribución de calor, así como para disminuir la cantidad de NOx en los productos de combustión cuando se hace funcionar un horno industrial con al menos un quemador convencional que utiliza aire como oxidante, en que se introduce una lanza en el horno, un oxidante adicional que comprende al menos 50% de gas oxígeno se hace fluir en el horno a través de la lanza, y la cantidad total de oxígeno suministrado, parcialmente a través del aire, en parte a través del oxidante adicional, se suministra en una relación predeterminada en relación con la cantidad de combustible que se suministra a través del quemador de aire, y en el que la combinación de que al menos 40% del oxígeno suministrado se suministra a través
del oxidante adicional, y en el que se provoca que la lanza esté dispuesta a una distancia desde el quemador de aire que es suficiente para que la cantidad de NOx formada en los gases de combustión del quemador de aire sea al menos un 30% menor en comparación con la cantidad de NOx que se habría formado en el caso de que la lanza estuviera dispuesta en el propio quemador de aire, y en el que se provoca que el oxidante adicional fluya en el horno a través de la lanza con al menos velocidad sónica, y en el que el oxidante adicional se suministra solo cuando el quemador de aire es hecho funcionar a una cierta potencia más baja o a una potencia mayor.
La invención se describirá ahora en detalle con referencia a realizaciones a modo de ejemplo del método de punción de acuerdo con la invención, y con referencia a los dibujos adjuntos, en que:
La Figura 1 es una vista lateral de un horno industrial con quemadores que utilizan aire como oxidante, en que los quemadores en el horno han sido provistos cada uno de una lanza para oxidante adicional de acuerdo con el método de la presente invención; la Figura 2 es un diagrama que muestra flujos de aire, oxidante adicional y combustible para un quemador hecho funcionar de acuerdo con la presente invención.
En la Figura 1, un horno industrial 1 se muestra desde un lado. El horno 1 se calienta utilizando una serie de cuatro quemadores de aire convencionales 2a, 2b, 2c, 2d. Los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d son impulsados con aceite como combustible. Sin embargo, el combustible puede ser cualquier combustible adecuado tal como, por ejemplo, gas natural y otros hidrocarburos sólidos, líquidos o gaseosos. De hecho, la invención se puede utilizar en unión con cualquier combustible industrial sólido, líquido o gaseoso.
El horno 1 es un horno industrial convencional, y se puede utilizar para calentar piezas en bruto para su procesamiento posterior, con el fin de alterar las propiedades de las piezas en bruto, para fundir material metálico, fundir vidrio o para otros fines. La presente invención encuentra un uso particularmente ventajoso en hornos para el calentamiento continuo en zonas de material metálico. En este caso, una, varias o todas las zonas pueden ser hechas funcionar ventajosamente mediante el uso de un método de acuerdo con la presente invención.
Durante el uso del horno 1 con quemadores de aire convencionales 2a, 2b, 2c, 2d, sin el método de punción de acuerdo con la presente invención, grandes cantidades de compuestos de NOx se formarán como productos residuales durante la combustión del combustible. Además, una temperatura suficientemente homogénea será difícil de mantener en el horno 1 para todas las aplicaciones deseadas.
Para cada uno de los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d, una respectiva lanza 3a, 3b, 3c, 3d está montada al lado del quemador en cuestión, a través de la pared del horno 1 y en el horno 1.
Solo es necesario proporcionar un único quemador de aire con una lanza con el fin de lograr las ventajas de la presente invención, aunque se prefiere suministrar varios quemadores de aire con una lanza respectiva cada uno. También es posible, por ejemplo, suministrar solo algunos de los quemadores en una zona determinada con una lanza respectiva cada uno.
Cada una de las lanzas respectivas 3a, 3b, 3c, 3d se inserta a través de un orificio respectivo (no mostrado), que discurre a través de la pared del horno 1, y la superficie de su extremo dirigida hacia dentro del horno 1 es llevada a una posición esencialmente a nivel con la superficie de la pared interior del horno 1. A través de la lanza 3a, 3b, 3c, 3d y en el horno 1, se suministra un oxidante adicional, además del aire que se suministra a través de los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d. El oxidante adicional comprende al menos 50 por ciento en peso de oxígeno, preferiblemente al menos 60 por ciento en peso de oxígeno y más preferiblemente al menos 85 por ciento en peso de oxígeno. El oxidante se suministra a la lanza 3a, 3b, 3c, 3d bajo sobrepresión, lo que resulta en que salga de la lanza 3a, 3b, 3c, 3d a velocidad sónica o más rápida.
Por lo tanto, el oxidante adicional se suministra a alta velocidad. Por lo tanto, se prefiere que se utilicen toberas Laval en las lanzas 3a, 3b, 3c, 3d, de modo que el oxidante adicional se suministra a través de al menos una de tales toberas Laval.
De acuerdo con una realización muy preferida, el oxidante adicional se suministra a una sobrepresión de al menos aproximadamente 6 bares, más preferiblemente al menos aproximadamente 9 bares, y a una velocidad de entre Mach 1,5 y Mach 1,8, más preferiblemente entre Mach 1,6 y Mach 1,8, más preferiblemente entre Mach 1,7 y Mach 1,8.
Dado que se suministra una corriente de oxidante adicional en el horno 1 a través de las lanzas 3a, 3b, 3c, 3d, además del oxidante ya suministrado en el horno 1 a través de los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d, se requiere que el suministro de aire de los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d se ajuste hacia abajo, con el fin de mantener una determinada proporción de masa deseada entre el combustible suministrado y el oxidante total suministrado. Por lo tanto, el suministro de oxidante de los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d se ajusta hacia abajo de manera que se mantiene la
proporción de masa deseada, dependiendo de la cantidad de oxidante suministrado a través de las lanzas 3a, 3b, 3c, 3d. Con el fin de lograr las ventajas de la presente invención, en cuanto a los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d que tienen una lanza respectiva 3a, 3b, 3c, 3d, se debe suministrar al menos 40% del oxígeno total suministrado a través de las lanzas 3a, 3b, 3c, 3d. Preferiblemente, al menos aproximadamente 50%, lo más preferiblemente entre 50% y 80%, del oxígeno se suministra al horno 1 a través de las lanzas 3a, 3b, 3c, 3d y el resto del oxígeno a través de los quemadores de aire 2a, 2b, 2c, 2d. Estas proporciones son válidas durante el funcionamiento a potencia máxima o cercana a ella. Véase la discusión en relación con la Figura 2 a continuación para una descripción más detallada.
Cuando se suministra oxidante adicional al espacio de combustión de esta manera, a velocidades muy elevadas, se logra una potente recirculación de los productos de combustión en el horno 1. De hecho, los autores de la invención han descubierto que es posible hacer las llamas tan grandes que llenen esencialmente todo el espacio del horno de un horno industrial que está siendo calentado por los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d. Esto tiene lugar sin llamas que salen del horno 1 a través del sistema de escape. La temperatura de los gases de combustión en cambio cae y, por lo tanto, aumenta la eficiencia en el horno 1.
Esto, a su vez, está asociado con determinadas ventajas. En primer lugar, la temperatura de combustión cae debido a los efectos de dilución a niveles tales que la formación de compuestos de NOx disminuye drásticamente durante la combustión, lo cual es deseable.
En segundo lugar, los autores de la invención han podido establecer que la punción del oxidante a las altas velocidades indicadas anteriormente crea dicha turbulencia y, con ello, una convección, dentro del volumen del horno 1, de modo que la homogeneidad de la temperatura aumenta muy significativamente en comparación con cuando la punción tiene lugar a bajas velocidades. Esto, a su vez, conduce a un funcionamiento uniforme, también durante el uso en hornos industriales muy grandes.
Además, los autores de la invención han descubierto, sorprendentemente, que estas ventajas aumentan en el caso de que las altas velocidades de punción anteriormente descritas se combinen con un posicionamiento de cada una de las lanzas 3a, 3b, 3c, 3d a una cierta distancia del respectivo quemador 2a, 2b, 2c, 2d.
Así, de acuerdo con la invención, cada respectiva lanza 3a, 3b, 3c, 3d está dispuesto a una distancia del respectivo quemador 2a, 2b, 2c, 2d, que es suficiente para que la cantidad de NOx formado en los gases de combustión procedentes del quemador 2a, 2b, 2c, 2d disminuya al menos un 30% en comparación con la cantidad de NOx formado que a esta misma velocidad de corte se habría formado en caso de que la lanza se hubiera dispuesto dentro del quemador 2a, 2b, 2c, 2d en el interior del quemador, en otras palabras, la lanza 3a, 3b, 3c, 3d habría desembocado dentro de la superficie que es paralela en relación con el interior de la pared del horno 1, y que es recogida por el quemador 2a, 2b, 2c, 2d.
Dependiendo de la aplicación real, se ha encontrado que una distancia típica adecuada 4 entre el quemador de aire 2a, 2b, 2c, 2d y la lanza 3a, 3b, 3c, 3d tiene al menos 0,3 metros, preferiblemente entre 0,5 metros y 1,2 metros, preferiblemente entre 0,7 metros y 0,9 metros. En otras aplicaciones, la distancia puede estar entre 1,5 y 4 diámetros característicos, más preferiblemente entre 2,5 y 4 diámetros característicos, sin embargo, al menos 0,3 metros. El diámetro característico es el diámetro del círculo que encierra todos los orificios de suministro para el oxidante primario. Habitualmente, el oxidante primario se suministra a través de un agujero, a través de una rendija en forma de anillo o a través de varios agujeros dispuestos junto con uno o varios círculos, lo que significa que los centros de los agujeros están situados a lo largo de uno o varios círculos concéntricos
Se ha encontrado que una distancia adecuada de 5 c/c entre dos quemadores adyacentes, en otras palabras, la distancia entre el centro respectivo de dos quemadores adyacentes en el plano arriba mencionado que es paralelo a la pared del horno 1, es de al menos aproximadamente 2 diámetros característicos o al menos 2 metros.
Además de la ventaja de que la cantidad de NOx formado se reduce drásticamente, a las altas velocidades de punción descritas anteriormente surge la ventaja de que no hay necesidad de varias lanzas por quemador 2a, 2b, 2c, 2d con el fin de alcanzar suficientes simetrías de la llama. La razón de esto es la fuerte turbulencia que surge durante el funcionamiento de acuerdo con la presente invención.
Se prefiere que cada una de las lanzas respectivas 3a, 3b, 3c, 3d esté dispuesta en un ángulo tal en relación con el respectivo quemador 2a, 2b, 2c, 2d que la corriente del oxidante adicional no cruza la llama desde el quemador respectivo 2a, 2b, 2c, 2d. De acuerdo con una realización, la corriente lanceada de oxidante adicional se dirige en paralelo a la llama. De acuerdo con otra realización, el oxidante adicional se dirige algo alejado de la llama. Esto resulta en una mezcladura más uniforme de los gases del horno antes de que el oxidante adicional reaccione con el combustible, lo que aumenta aún más la homogeneidad de la temperatura en el espacio del horno 1.
En la Figura 1, un dispositivo de control 6 también se muestra de manera principal, dispositivo de control 6 que controla el suministro de combustible, a través de un conducto de combustible 8, y aire, a través de un conducto de
aire 9, a un quemador de aire 2d. Además de ello, el dispositivo de control 6 controla, a través de un conducto 7 para oxidante adicional 7, el suministro de dicho oxidante adicional a una lanza 3d asociada con el quemador 2d. Por lo tanto, el dispositivo de control 6 está dispuesto para controlar el suministro de combustible, aire y oxidante adicional al quemador 2d. De acuerdo con una realización preferida, existe un dispositivo de control que actúa por separado, dispuesto para controlar el funcionamiento de cada uno de los quemadores 2a, 2b, 2c, 2d, que está equipada con una lanza, de modo que el funcionamiento de cada uno de tales quemadores 2a, 2b, 2c, 2d se puede controlar individualmente. Sin embargo, en la Figura 1 solo se muestra uno de tales dispositivos de control 6, por motivos de claridad. Se comprende que los dispositivos de control individuales también pueden disponerse en forma de un número único o menor de dispositivos de control, que de manera convencional per se controlan los diversos quemadores y sus respectivas lanzas asociadas individualmente.
Al aplicar la presente invención en el horno 1, de acuerdo con una realización preferida el oxidante adicional se suministra solo cuando el quemador 2a, 2b, 2c, 2d se hace funcionar con al menos una determinada potencia más baja, es decir, con una potencia que se encuentra entre la determinada potencia más baja y la potencia completa del quemador 2a, 2b, 2c, 2d.
Esto se puede ver claramente en la Figura 2 la cual, en función del tiempo, muestra el funcionamiento de un quemador de aire que utiliza aceite como combustible, utilizando un método con oxidante adicionalmente lanceado de acuerdo con la presente invención durante la propia conexión del quemador en cuestión. Por lo tanto, en el diagrama se muestra el flujo de aceite (línea continua, l/h, eje Y de la derecha), aire (línea discontinua, Nm3/h, eje Y de la izquierda) y el oxidante adicionalmente suministrado (línea discontinua y de puntos, Nm3/h, eje Y de la izquierda) para el quemador en función del tiempo transcurrido desde el inicio de la operación (eje X). Durante el ajuste del quemador hacia mayores potencias desde un estado de espera, las funciones que representan el flujo de aceite, aire y oxidante adicional se obtienen de manera similar a las que se muestran en la Figura 2.
A bajas potencias, el flujo de aceite en el quemador aumenta continuamente a medida que aumenta la potencia del quemador. Al principio, el quemador se hace funcionar solo con aire como oxidante. A medida que la potencia del quemador aumenta por encima de un determinado punto, en el que el flujo de aire inactivo del quemador ya no es suficiente para alimentar el quemador (en la Figura 2, esto sucede aproximadamente a las 10:14:45), el flujo de aire comienza a aumentar notablemente. Con el fin de aumentar después de ello aún más la potencia del quemador, comienza el suministro de oxidante adicional (aproximadamente 10:16:45), a través de la lanza dispuesta a una distancia del quemador. El suministro de oxidante adicional comienza, tal como se mencionó anteriormente, cuando el quemador funciona con una determinada potencia más baja.
De acuerdo con una realización preferida, esta potencia más baja es 20% o mayor que la potencia máxima del quemador de aire. De acuerdo con una realización adicionalmente preferida, la potencia más baja es 25% o mayor que la potencia máxima del quemador.
Después de ello, el flujo del oxidante suministrado adicionalmente aumenta, dependiendo del flujo creciente de combustible, hasta la potencia operativa deseada. El flujo de aire, por otro lado, se ajusta de nuevo al flujo inactivo. Durante todo este proceso, la relación, por un lado, entre la cantidad total de oxígeno en el aire y en el oxidante adicional suministrado y, por otro lado, la cantidad de combustible, se controla para que sea un valor predeterminado. Este valor predeterminado puede ser una constante o una función de la proporción de oxidante adicional en relación con la cantidad de aire.
De acuerdo con una realización preferida, la relación estequiométrica entre el combustible suministrado y el oxidante totalmente suministrado es tal que se consigue una mezcla cercana a la estequiométrica. La expresión "cercana a la mezcla estequiométrica" apunta a valores Lambda entre aproximadamente 0,95 y 1,2. Se prefiere que esta mezcla cercana a la estequiométrica se consiga para un quemador individual, para una determinada zona de combustión o para el horno como un todo.
De acuerdo con otra realización preferida, se utiliza una relación más alta (preferiblemente Lambda cerca de 1,15) cuando se utiliza solo aire, es decir, a menores potencias de combustión, y una menor relación (preferiblemente Lambda cerca de 1,05) cuando se utiliza una mayor proporción de oxidante adicional, es decir, a mayores potencias de combustión. En general, se prefiere que el excedente de oxidante total en relación con el combustible se controle de modo que Lambda sea más bajo cuando la proporción de oxidante adicional sea mayor.
Aquí, el término "Lambda" se utiliza con el significado de que, por ejemplo, cuando Lambda = 1,15, esto significa que está presente un exceso de oxígeno del 15% de la cantidad estequiométricamente necesaria de oxígeno para oxidar completamente el combustible.
Cuando el oxidante se suministra en tales proporciones, se logra un aumento adicional en la eficiencia del proceso mediante el oxidante así suministrado, mejorando la combustión en el horno calentado y contribuyendo a una mayor reducción de las emisiones de NOx a medida que disminuye la cantidad de nitrógeno suministrado a la combustión
en el aire de combustión. Además, la demanda adicional de aire resultante de este principio de control permite conseguir una recuperación de calor aún más potenciada en el caso en que se precalienta el aire de combustión, lo cual es preferible.
Por lo tanto, la relación con respecto al oxígeno suministrado entre el suministro de aire del quemador y el oxidante
5 lanceado variará considerablemente a través de diferentes potencias operativas del quemador. Especialmente, todo el oxígeno suministrado se originará en el suministro de aire del quemador a potencias inferiores a la determinada potencia más baja, y al menos el 40% del oxígeno suministrado procederá del oxidante adicional durante el funcionamiento a potencia plena o casi plena.
Además de las ventajas arriba descritas, un método que explota una cantidad variable de oxidante adicional
10 lanceado de acuerdo con lo anteriormente mencionado, hace posible hacer funcionar un quemador de aire existente de manera eficiente a lo largo de un intervalo de potencias muy amplio en caso de que una lanza de acuerdo con la presente invención esté instalada en conexión con el quemador.
De acuerdo con un aspecto preferido de la presente invención, durante nuevas instalaciones, uno o varios quemadores de aire se montan en combinación con una o varias lanzas del tipo descrito anteriormente. Por lo tanto,
15 de acuerdo con este aspecto, se montan quemadores de aire que tienen solamente una capacidad tan grande que corresponde a algo más que el consumo normal de aire en vacío, de acuerdo con lo dicho anteriormente. Luego, el oxidante restante se suministra a través de tal lanceado de oxidante adicional como se ha descrito anteriormente. Esto resulta en un ahorro sustancial de costos en relación con la ventilación, el precalentamiento, el control y el equipo de inyección de aire.
20 Arriba se han descrito realizaciones preferidas. Sin embargo, es evidente para la persona experta que se pueden hacer muchas modificaciones a las realizaciones descritas. Por lo tanto, la invención no estará limitada a las realizaciones descritas, sino que será variable dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, la relación arriba descrita entre el oxidante totalmente suministrado y el combustible no necesita ser efectiva para todos los pares de lanzas dispuestos individualmente para oxidantes y quemadores de aire
25 adicionales. En su lugar, la relación puede alcanzarse mediante el suministro total de aire y el oxidante adicionalmente lanceado de un grupo de una o más lanzas en combinación con uno o más quemadores de aire que se equilibran contra la cantidad de combustible totalmente suministrada en el grupo.
Claims (14)
- REIVINDICACIONES1. Método para homogeneizar la distribución de calor, así como para disminuir la cantidad de NOx en los productos de combustión cuando se hace funcionar un horno industrial (1) con al menos un quemador convencional (2a, 2b, 2c, 2d) que utiliza aire como oxidante, en que se introduce una lanza (3a, 3b, 3c, 3d) en el horno (1), un oxidante adicional que comprende al menos 50% de gas oxígeno se hace fluir en el horno (1) a través de la lanza (3a, 3b, 3c, 3d), y la cantidad total de oxígeno suministrado, parcialmente a través del aire, en parte a través del oxidante adicional, se suministra en una relación predeterminada en relación con la cantidad de combustible que se suministra a través del quemador de aire (2a, 2b, 2c, 2d), en el que
- -
- al menos 40% del oxígeno suministrado se suministra a través del oxidante adicional,
- -
- se provoca que la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) esté dispuesta a una distancia desde el quemador de aire (2a, 2b, 2c, 2d) de al menos 0,3 metros, y en el que
el oxidante adicional se suministra solo cuando el quemador de aire (2a, 2b, 2c, 2d) es hecho funcionar a o por encima de una cierta potencia más baja, caracterizado, primeramente, por que se provoca que el oxidante adicional fluya en el horno (1) a través de la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) con al menos velocidad sónica y, en segundo lugar, por que la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) está dispuesta en una dirección tal que la corriente de oxidante adicional no cruza la llama del quemador (2a, 2b, 2c, 2d). -
- 2.
- Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que se provoca que la relación predeterminada entre el oxidante suministrado total y el combustible suministrado sea tal que un excedente estequiométrico de oxidante esté presente durante la combustión y por que el excedente de oxidante en relación con el combustible se controla de modo que Lambda es menor cuando la proporción de oxidante adicionalmente suministrado es mayor.
-
- 3.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que en el horno industrial (1) se utiliza solo una lanza (3a, 3b, 3c, 3d) para cada uno de los quemadores (2a, 2b, 2c, 2d).
-
- 4.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se provoca que la distancia (4) entre el quemador (2a, 2b, 2c, 2d) y la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) esté entre 0,5 metros y 1,2 metros.
-
- 5.
- Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que se provoca que la distancia (4) entre el quemador (2a, 2b, 2c, 2d) y la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) esté entre 0,7 y 0,9 metros.
-
- 6.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que se provoca que la distancia (4) entre el quemador (2a, 2b, 2c, 2d) y la lanza (3a, 3b, 3c, 3d) esté entre 1,5 y 4 veces el diámetro de un círculo que encierra todos los orificios de suministro para aire, pero al menos 0,3 metros.
-
- 7.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos 50% del oxígeno suministrado se suministra a través del oxidante adicional.
-
- 8.
- Método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que entre 50% y 80% del oxígeno suministrado se suministra a través del oxidante adicional.
-
- 9.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el oxidante que se suministra a través de lanceado es un oxidante que tiene al menos 85 por ciento en peso de oxígeno.
-
- 10.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el oxidante adicional se suministra a una velocidad de al menos 1,5 veces la velocidad sónica.
-
- 11.
- Método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que el oxidante adicional se suministra a una velocidad de entre 1,5 veces la velocidad sónica y 1,8 veces la velocidad sónica.
-
- 12.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que varios quemadores (2a, 2b, 2c, 2d) están dispuestos con una lanza (3a, 3b, 3c, 3d) respectiva cada uno, y por que se provoca que la distancia (5) c/c entre dos quemadores adyacentes, en otras palabras, la distancia entre el centro respectivo de dos quemadores adyacentes en un plano que es paralelo a la pared del horno, sea de al menos aproximadamente 2 metros.
-
- 13.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que varios quemadores (2a, 2b, 2c, 2d) están dispuestos con una lanza (3a, 3b, 3c, 3d) respectiva cada uno, y por que se provoca que la distancia (5) c/c entre dos quemadores adyacentes, en otras palabras, la distancia entre el centro respectivo de dos quemadores de este tipo en un plano que es paralelo a la pared del horno sea de al menos 2 diámetros característicos.
- 14. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la determinada potencia más baja, en otras palabras, la potencia más baja para el quemador de aire (2a, 2b, 2c, 2d) a la que o por encima de la cual se provoca que sea suministrado el oxidante adicional, es 20% o mayor que la potencia completa.
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US6422041B1 (en) * | 1999-08-16 | 2002-07-23 | The Boc Group, Inc. | Method of boosting a glass melting furnace using a roof mounted oxygen-fuel burner |
US6705117B2 (en) * | 1999-08-16 | 2004-03-16 | The Boc Group, Inc. | Method of heating a glass melting furnace using a roof mounted, staged combustion oxygen-fuel burner |
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