ES2705021T3 - Proceso y aparato para mejorar la combustión de combustible secundario en un horno giratorio y proceso para adaptar un horno giratorio con una unidad de quemador - Google Patents

Proceso y aparato para mejorar la combustión de combustible secundario en un horno giratorio y proceso para adaptar un horno giratorio con una unidad de quemador Download PDF

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Abstract

Proceso para la combustión mejorada de un combustible secundario (10) suministrado a un horno giratorio (1) en una primera corriente (7), preferiblemente en forma de partículas o fragmentos en un flujo de aire comprimido, por el cual el horno giratorio (1) tiene una unidad de quemador (9) que incluye un quemador principal (5) para combustible primario y una pluralidad de canales de alimentación (16, 17, 18, 19, 20) para varios medios, estando provisto uno de dichos canales de alimentación, llamado canal de combustible secundario (19), para alimentar la primera corriente del combustible secundario (10), caracterizado por que: una lanza tubular de oxígeno (12) para suministrar un gas rico en oxígeno, preferiblemente gas oxígeno 11, o un líquido rico en oxígeno, preferiblemente oxígeno líquido 11, se proporciona en, o sobre, otro de dichos canales de alimentación, llamado canal de oxígeno ( 20), teniendo dicha lanza (12) una boquilla en ángulo (14) dispuesta en su extremo de alimentación, estando posicionada la lanza de oxígeno (12) de manera tal que el gas o líquido rico en oxígeno (11) que sale de la boquilla (14) forma una segunda corriente (8) que impacta en la primera corriente (7).

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso y aparato para mejorar la combustión de combustible secundario en un horno giratorio y proceso para adaptar un horno giratorio con una unidad de quemador
La presente invención está en el área de los hornos giratorios, tales como, por ejemplo, los usados en la fabricación de cemento.
Los hornos giratorios pueden ser instalaciones de particularmente gran envergadura, a menudo con una longitud de horno superior a 50 m.
Se pueden utilizar diferentes combustibles para calentar el horno.
En general, un horno giratorio tiene por lo menos un quemador principal para combustible primario, tal como petróleo, gas y carbón pulverizado. Se pueden proporcionar opciones para añadir otros combustibles, llamados combustibles secundarios. Como combustibles secundarios se toman en consideración muchos materiales, incluyendo residuos plásticos, residuos textiles, neumáticos viejos y otros materiales similares. Estos combustibles secundarios generalmente son suministrados por medio de aire comprimido como pequeñas partículas, fragmentos o residuos. De forma típica, un combustible secundario tiene un poder calorífico más bajo que el combustible primario. Como consecuencia, su combustión completa a menudo requiere medidas adicionales, en particular, para prevenir o reducir la emisión de contaminantes.
La construcción básica de un horno giratorio se describe, por ejemplo, en el documento EP 0 866 295 A1. Este propone mejorar la combustión utilizando una lanza de oxígeno para suministrar oxígeno líquido.
De la misma manera, la construcción básica de un horno giratorio se describe, por ejemplo, en el documento EP 1 065461 B1. También se propone aquí mejorar la combustión del combustible secundario con la adición de oxígeno.
En el documento US 6318278 B1, se describe un horno giratorio tal como puede construirse en la presente invención. Este documento también muestra el uso de una lanza de oxígeno en un área de combustión interna posterior, por lo que también se toma en consideración un suministro de oxígeno mantenido en un ángulo con respecto a la dirección del quemador principal.
El documento EP 0726437 A1 se refiere a diferentes lanzas de oxígeno en un horno giratorio, por el cual una de las lanzas de oxígeno se introduce en el centro de una unidad de quemador. Sin embargo, no está cubierto en este documento el uso de un combustible secundario.
El documento EP 0987508 se refiere a la inyección oblicua de oxígeno primario en la corriente del quemador de un horno.
El objetivo de la presente invención es mejorar la combustión de un combustible secundario en un horno giratorio, preferiblemente mediante el uso de las posibilidades disponibles de las unidades típicas de quemadores, en particular con vistas a reducir la emisión de monóxido de carbono sin aumentar por ese motivo la emisión de otros contaminantes no deseados por encima de los límites prescritos, como los óxidos de nitrógeno.
Para lograr este objetivo, se emplean un proceso según la reivindicación 13 y un aparato según la reivindicación 5. Se describen en las respectivas reivindicaciones dependientes realizaciones ventajosas que se pueden usar individualmente o combinadas.
Según la invención, el proceso para mejorar la combustión de una primera corriente de combustible secundario suministrado a un horno giratorio, por la cual la unidad de quemador del horno giratorio tiene preferiblemente una unidad de quemador cilíndrico con un eje geométrico central, con un quemador principal diseñado para suministrar un combustible primario y una pluralidad de canales de alimentación para diversos medios, estando diseñado uno de dichos canales de alimentación para suministrar un combustible secundario, por ejemplo en forma de partículas o trozos en una corriente de aire comprimido, se caracteriza por que una lanza de oxígeno tubular para un gas rico en oxígeno, en particular, gas oxígeno, o un líquido rico en oxígeno, especialmente oxígeno líquido, que tiene una boquilla en ángulo dispuesta en su extremo de alimentación, se coloca en, o sobre, un canal de alimentación de la unidad de quemador, por la cual la lanza de oxígeno es posicionada de manera tal que el oxígeno que sale de la boquilla forma una segunda corriente que se dirige hacia, e impacta o golpea a, la primera corriente.
La lanza de oxígeno está instalada o colocada preferiblemente en (es decir, dentro) de dicho canal de alimentación de la unidad de quemador. Con una realización como tal, la lanza de oxígeno también es accesible desde el extremo posterior del quemador (es decir, desde el lado frío alejado del interior del horno).
Sin embargo, también es posible instalar dicha lanza de oxígeno en dicho canal, es decir, en la extremidad del canal en el lado caliente del quemador (es decir, hacia el interior del horno). En este último caso, la lanza de oxígeno puede ser particularmente corta, o incluso puede consistir esencialmente en la boquilla en ángulo propiamente dicha.
El gas oxígeno utilizado es de pureza y concentración técnicamente disponible. Del mismo modo, el oxígeno líquido es también de pureza industrialmente disponible.
En el presente contexto:
• "gas rico en oxígeno" se refiere a un gas que tiene un contenido de oxígeno (O2) de entre 50% en vol. y 100% en vol., preferiblemente de entre 80% en vol. y 100% en vol.;
• "gas oxígeno" se refiere a un gas que tiene un contenido de oxígeno (O2) de entre 90% en vol. y 100% en vol., preferiblemente de entre 95% en vol. y 100% en vol. y más preferiblemente de entre 99% en vol. y 100% en vol., preferiblemente de entre 80% en vol. y 100% en vol.;
• "líquido rico en oxígeno" se refiere a un líquido que tiene un contenido de oxígeno (O2) de entre 50% en vol. y 100% en vol.;
• "oxígeno líquido" se refiere a un líquido que tiene un contenido de oxígeno (O2) de entre 90% en vol. y 100% en vol., preferiblemente de entre 95% en vol. y 100% en vol., y más preferiblemente de entre 99% en vol. y 100% en vol.;
• se dice que dos corrientes de fluido impactan o se golpean entre sí cuando la orientación de las mismas es tal que se dirigen una a la otra en un ángulo, de modo que las dos corrientes se encuentran en un punto aguas abajo de sus respectivos puntos de inyección;
• "boquilla inclinada" es sinónimo de "boquilla en ángulo" y se refiere a una boquilla ubicada en el extremo de alimentación de una lanza de forma tal que dirige una corriente de fluido en una dirección de inyección que forma un ángulo distinto de cero con la dirección axial, es decir, con el eje geométrico central, de la lanza aguas arriba de la boquilla.
La unidad de quemador está ubicada de forma típica en un extremo longitudinal del horno giratorio, de forma típica, de modo que el eje geométrico central de la unidad de quemador coincide con el eje longitudinal del horno. Los gases de combustión son de forma típica evacuados del horno por el extremo longitudinal opuesto a la unidad de quemador.
En general, el combustible secundario se suministra al horno giratorio por encima del quemador principal o en la región superior del quemador principal, de modo tal que el combustible secundario se enciende debido al aumento del calor de la llama del combustible primario del quemador principal y se quema con el oxígeno circundante.
Los experimentos han demostrado que el suministro de oxígeno específicamente al combustible secundario de la primera corriente ya sea antes o durante la ignición del combustible secundario puede mejorar significativamente su combustión. Si la segunda corriente de oxígeno o fluido rico en oxígeno encuentra o incide en la primera corriente de combustible secundario, se produce mucho menos monóxido de carbono en la combustión posterior del combustible secundario, que sin un impacto como tal entre las dos corrientes.
Con la presente invención, el oxígeno o el fluido rico en oxígeno suministrado por la lanza de oxígeno se puede utilizar de manera mucho más efectiva que con una alimentación de oxígeno no dirigida en el horno giratorio.
Cabe señalar que una unidad de quemador típica para un horno giratorio de gran tamaño puede tener en sí una longitud de aproximadamente 10 m. Por lo tanto, no hay una forma práctica de colocar una lanza de oxígeno que se extienda de forma oblicua con respecto a la dirección principal del flujo (el cual de forma típica coincide con el eje geométrico central de la unidad de quemador) o de forma oblicua a la dirección del flujo del combustible secundario (primera corriente) sin realizar cambios significativos a la instalación o unidad.
Según la presente invención, la lanza de oxígeno se introduce a través de un canal de alimentación, del cual las unidades de quemadores típicas tienen varios, lo cual, por otra parte, no se usa en el estado de operación dado del horno. Dichos canales de alimentación pueden ser, por ejemplo, paralelos al eje geométrico de la unidad de quemador. Una boquilla inclinada o en ángulo en el extremo de alimentación de la lanza de oxígeno dirige la segunda corriente (de oxígeno o fluido rico en oxígeno) en una dirección deseada.
Cuando se usa un combustible secundario, el quemador principal continúa funcionando con el combustible primario, por lo cual dicha combustión del combustible primario apoya o promueve la combustión completa del combustible secundario en el proceso posterior del horno giratorio.
En general, con el fin de lograr el objetivo de la invención, es suficiente con insertar la lanza de oxígeno en un canal de alimentación disponible con el ángulo de rotación correcto de la lanza de oxígeno y su boquilla en ángulo con respecto al canal de alimentación para el combustible secundario (o para instalar la lanza de oxígeno sobre dicho canal de alimentación), para lograr la orientación correcta de la segunda corriente con respecto a la primera corriente y, de este modo, lograr un impacto entre la segunda corriente y la primera corriente.
En particular, en condiciones geométricamente difíciles y con posibles flujos turbulentos en el horno giratorio, es útil, no obstante, medir la cantidad de componentes no deseados en los gases de escape, en particular el monóxido de carbono, y girar la lanza de oxígeno por medio de un ajuste fino y / o modificar el suministro de oxígeno para lograr emisiones mínimas de dichos componentes no deseados, o por lo menos un valor aceptable para todos los diversos componentes no deseados en los gases de escape. De hecho, muchos países imponen valores máximos a emisiones como tales. Esto permite una combustión particularmente limpia incluso para condiciones de flujo complicadas dentro del horno. Un ajuste fino como tal se realiza más fácilmente cuando la lanza de oxígeno se instala dentro del canal de alimentación.
El proceso se configura preferiblemente de modo que la segunda corriente impacte o golpee a la primera corriente a una distancia de la unidad de quemador correspondiente a menos del 10% de la longitud interna del horno, preferiblemente menos del 4% de la longitud interna del horno.
Por ejemplo, en el caso de una instalación de gran tamaño como la descrita anteriormente, el proceso se configura preferiblemente de modo tal que la segunda corriente golpee la primera corriente dentro de menos de 5 m después de salir de la unidad de quemador, preferiblemente después de menos de 2 m. De esta manera, se logra que el oxígeno de la lanza de oxígeno no aumente principalmente la temperatura durante la combustión del combustible primario que tiene lugar después aguas abajo en el horno giratorio, lo que podría dar como resultado un aumento de la producción de óxido de nitrógeno, pero se usa principalmente para promover la combustión del combustible secundario.
El oxígeno suministrado por la lanza de oxígeno también puede servir para lograr una relación ligeramente súperestequiométrica, es decir, un exceso de oxígeno con respecto al combustible en el horno, para lograr la combustión más completa posible de todos los combustibles (primario y secundario) en toda la longitud del horno giratorio.
También se describe un dispositivo según la invención para mejorar la combustión del combustible secundario suministrado como una primera corriente a un horno giratorio. El horno giratorio tiene una unidad de quemador que comprende un quemador principal para un combustible primario y una pluralidad de canales de alimentación para diversos medios, siendo uno de dichos canales de alimentación, llamado canal de combustible secundario, un canal de alimentación para el suministro de la primera corriente de combustible secundario, por ejemplo, partículas o fragmentos en una corriente de aire comprimido. El dispositivo o aparato se caracteriza por que una lanza de oxígeno tubular para un gas rico en oxígeno, en particular gas de oxígeno, o para un líquido rico en oxígeno, especialmente oxígeno líquido, está ubicado en otro de dichos canales de alimentación, llamado canal de oxígeno. Dicha lanza de oxígeno tiene una boquilla inclinada o en ángulo dispuesta en su extremo de alimentación. El gas o líquido rico en oxígeno que emerge de la boquilla forma una segunda corriente. La boquilla en ángulo de la lanza de oxígeno se coloca de manera tal que, durante la operación del horno giratorio, dicha segunda corriente de gas o líquido rico en oxígeno impacta con la primera corriente de combustible secundario suministrado por el canal de combustible secundario. La boquilla en ángulo de la lanza de oxígeno se posiciona de este modo, de manera precisa de modo que ésta se gira hacia el primer canal de alimentación para combustible secundario.
Para facilitar la orientación de la boquilla en la posición correcta, la lanza de oxígeno tiene preferiblemente medios (indicador de posición angular) para indicar la dirección / orientación de la boquilla en ángulo dentro del horno giratorio. La lanza de oxígeno tiene preferiblemente un indicador de posición de ángulo tal que sobresale en el extremo posterior o trasero de la unidad de quemador cuando la lanza está posicionada en el canal de oxígeno. Esto puede ser, por ejemplo, una marca o una flecha de dirección sobre la parte exterior de la lanza de oxígeno y alineada con la boquilla en ángulo. Si esta marca apunta a la entrada del canal de combustible secundario para el combustible secundario, la boquilla en el interior del horno giratorio también apunta en la dirección correcta (es decir, el extremo de alimentación del canal de combustible secundario).
Según la invención, la boquilla en ángulo forma un ángulo que varía de 5° a 45° con la dirección axial de la lanza, preferiblemente de 5° a 30°, más preferiblemente de 5° a 25°, y lo más preferiblemente de 10° a 20°.
De esta manera, se puede lograr que la segunda corriente de fluido rico en oxígeno golpee la primera corriente de combustible secundario dentro de una distancia relativamente corta después de dejar la unidad de quemador. Cuando se usa con un líquido rico en oxígeno, el diseño de la boquilla puede afectar a la naturaleza de la segunda corriente. En particular, el diseño de la boquilla puede ser de forma tal que logra un grado de atomización del líquido rico en oxígeno en la segunda corriente.
Se ha encontrado experimentalmente que ciertas mejoras en la combustión se pueden lograr con una boquilla sin ángulo en la lanza de oxígeno, es decir, mediante inyección axial de oxígeno, en particular, cuando la corriente de oxígeno tiene un alcance suficientemente largo en el interior del horno giratorio, mediante el uso de una boquilla adecuada. Por esta razón, se puede proporcionar una boquilla auxiliar sin ángulo o con menos ángulo que asume esta función como una segunda boquilla al final de la lanza de oxígeno.
La proporción de oxígeno (O2) suministrada a través de la lanza de oxígeno es relativamente pequeña. De forma típica, entre el 3% y el 10% del oxígeno (O2) que entra en el horno giratorio se suministra a través de la lanza de oxígeno, preferiblemente entre el 4% y el 6%. Esto hace posible que la lanza de oxígeno tenga un diámetro exterior menor que el diámetro interior del canal de alimentación en el cual ésta está dispuesta. Preferiblemente, el diámetro exterior de la lanza de oxígeno es por lo menos un 20% menor que el diámetro interior del canal de oxígeno.
Las unidades de quemadores típicas comprenden varios canales de alimentación diferentes para diferentes combustibles u otros propósitos. Entonces, uno de ellos puede seleccionarse adecuadamente como canal de oxígeno para la lanza de oxígeno. La diferencia de diámetro asegura que no habrá problemas al insertar, girar o retirar la lanza de oxígeno, incluso en presencia de incrustaciones.
Preferiblemente, la lanza de oxígeno se coloca como para ser giratoria y deslizable en un canal de alimentación, de modo que su posición esté determinada por su propio peso (es decir, por gravedad) y se fije suficientemente de ese modo. El peso de la lanza de oxígeno asegurará que ésta esté siempre ubicada en la parte inferior del canal de oxígeno, y que la fricción sea lo suficientemente grande como para evitar cualquier rotación o desplazamiento accidental no deseado de dicha lanza en el interior del canal de oxígeno.
Como la lanza de oxígeno, según la necesidad y el dimensionamiento, se debe alimentar con oxígeno a una presión relativamente alta, es ventajoso proporcionar dos conexiones de entrada, tales como bridas, para la conexión de dos tubos flexibles, para mantener la caída de presión baja en dicho tubo desde un depósito de suministro de fluido rico en oxígeno a la lanza de oxígeno.
En una realización preferida de la invención, la lanza de oxígeno y su(s) boquilla(s) están dimensionadas y conectadas a un suministro de fluido rico en oxígeno líquido o gaseoso de modo tal que la segunda corriente que sale de la boquilla en ángulo, al coincidir / impactar con la primera corriente, tiene un diámetro que es igual o menor que el diámetro de la primera corriente de combustible secundario. De esta manera, se evita que una parte sustancial del fluido rico en oxígeno de la segunda corriente fluya a través del (la primera corriente del) combustible secundario hacia la región superior del horno giratorio, donde dicho fluido rico en oxígeno proporciona poca contribución para mejorar la combustión.
Si se proporciona una boquilla auxiliar en la lanza de oxígeno, como se describió anteriormente, dicha boquilla auxiliar está diseñada de modo que el oxígeno que sale desde ella tiene un rango de desplazamiento tan grande como sea posible en el interior del horno giratorio. Esto se puede lograr preferiblemente con una boquilla auxiliar Laval.
Como, para la presente invención, preferiblemente debería hacerse uso de las características disponibles de las unidades de quemador, no siempre se puede suponer que están disponibles posiciones simétricas (con respecto al eje geométrico central de la unidad de quemador) para el canal de oxígeno y el canal de combustible secundario, respectivamente. De hecho, incluso puede ser ventajoso si la línea geométrica (imaginaria) que conecta los dos canales de alimentación para el combustible secundario y la lanza de oxígeno, respectivamente, no se interseca con el eje central geométrico de la unidad de quemador. Cuando la lanza de oxígeno está dispuesta oblicuamente por debajo de la primera corriente, de modo tal que la segunda corriente no golpea a la primera corriente de forma exactamente vertical desde abajo, sino más bien un poco desde el costado (es decir, desde abajo, pero en un ángulo con respecto al plano vertical a través de la primera corriente de combustible secundario), esto puede incluso conducir a un efecto de turbulencia deseable y a una consecuente mezcla mejorada del combustible secundario con la llama primaria generada por la combustión del combustible primario. Por medio de una disposición como tal, también se logra que la corriente de fluido rico en oxígeno no reaccione principalmente en su trayectoria de desplazamiento con el combustible primario y no se desvíe en gran medida por el aire de combustión para el combustible primario.
En cualquier caso, es ventajoso que la primera corriente ingrese en el horno giratorio verticalmente más arriba que la segunda corriente, y que la segunda corriente golpee a la primera vertical u oblicuamente desde abajo.
A partir de este punto, se explicará la presente invención en detalle con referencia a varias realizaciones representadas en los dibujos. Se muestran:
Figura 1. Una vista esquemática de un horno giratorio en sección longitudinal,
Figura 2. Una vista esquemática en sección transversal de una unidad de quemador según la invención,
Figura 3. Una sección longitudinal esquemática a través de la porción intermedia de una lanza de oxígeno según la invención,
Figura 4. Una vista lateral esquemática de una lanza de oxígeno según la invención,
Figura 5. El principio de funcionamiento de la invención en una vista en perspectiva esquemática.
La Figura 1 muestra esquemáticamente un horno giratorio típico 1 para la fabricación de cemento 2, en el cual el cemento pasa a través del horno giratorio 1 en forma de polvo. En el extremo inferior del horno giratorio 1 está dispuesta una unidad de quemador 3, preferiblemente de forma aproximadamente cilíndrica. Dicha unidad de quemador 3 comprende un quemador principal 5 que se alimenta con un combustible primario. Durante el funcionamiento del horno giratorio 1, se forma una llama primaria 6 mediante la combustión del combustible primario, la cual genera la mayor parte del calor en el horno (es decir, más del 50% del calor, preferiblemente más del 60%). Sin embargo, en particular a la luz de la creciente presión realizada para utilizar combustibles alternativos, tales como la biomasa, también es posible operar el horno de modo tal que la combustión del combustible primario proporcione menos del 50% del calor total en el horno, preferiblemente menos del 30% o incluso menos del 25%. Debe señalarse que, aunque los tipos comunes de combustible, tales como el carbón o el petróleo, se usan generalmente como combustible primario, también se pueden usar otros tipos de combustible, conocidos como combustibles alternativos, como combustible primario, solos o mezclados con un tipo de combustible común. La unidad de quemador 3 comprende además por lo menos un canal de alimentación 19 para un combustible secundario 10, también conocido como fluff, que se suministra de forma típica en pequeñas piezas por medio de una corriente de fluido transportador, como una corriente de aire. En el horno giratorio 1, este combustible secundario 10 se inyecta como una primera corriente 7. En la unidad de quemador 3 según la invención, también está dispuesta una lanza de oxígeno 12 para inyectar una segunda corriente 8, rica en oxígeno, durante el funcionamiento del horno. La primera corriente 7 y la segunda corriente 8 se encuentran en una porción de unión 9 debido a que la lanza de oxígeno 12, que es paralela al canal de alimentación 19 para el combustible secundario, tiene una boquilla inclinada 14 en su extremo de alimentación. De este modo, se logra que la segunda corriente salga a un ángulo a con respecto al eje geométrico central 27 de la lanza de oxígeno 12 y también a un ángulo a con respecto al eje geométrico central 4 de la unidad de quemador 3, es decir, los gases de combustión generados por la combustión de los combustibles primario y secundario se descargan del horno giratorio 1 a una salida de escape 24 equipada con un analizador 25 para medir los niveles de emisión de ciertos componentes, especialmente los contaminantes, en los gases de combustión.
La Figura 2 muestra una sección transversal a través de la unidad de quemador 3. La unidad de quemador 3 comprende túneles de alimentación, pasajes o canales separados ubicados en diferentes áreas. Algunos de dichos túneles de alimentación son concéntricos con el eje geométrico central 4 de la unidad de quemador 3, y otros son excéntricos. La unidad de quemador 3 en su totalidad tiene un aislamiento exterior 26, el cual rodea a un canal de alimentación 16, que está formado como un espacio anular. Este puede usarse, por ejemplo, para el suministro de aire primario. Más adentro hay otro canal de alimentación que puede usarse, por ejemplo, para el suministro de carbón pulverizado como combustible primario. Más adentro, hay otro canal de alimentación, que nuevamente puede usarse, por ejemplo, para el aire suministrado centralmente. En la realización ilustrada, hay, en el interior del último canal de alimentación 18 adicional, por lo menos un canal de alimentación 19 para suministrar un combustible secundario 10, dos canales de alimentación adicionales 18 para fines no más descritos en este documento, y un canal de alimentación 20 para la lanza de oxígeno. 12. Este canal de alimentación 20 para la lanza de oxígeno 12 tiene un diámetro interno D que es mayor que el diámetro externo de la lanza de oxígeno 12, incluyendo opcionalmente cualquier aislamiento térmico de la lanza de oxígeno 12, en particular, por lo menos un 20% mayor. En la realización de la Figura 2, el canal de alimentación 19 para el combustible secundario se encuentra a un ángulo por encima del canal de alimentación 20 para la lanza de oxígeno 12.
La Figura 3 muestra una sección longitudinal esquemática con una clarificación adicional de una porción de extremo de la lanza de oxígeno 12 con una boquilla en ángulo 14 y una boquilla complementaria 15, que puede proporcionarse opcionalmente. La lanza de oxígeno 12 tiene un diámetro exterior d y un eje geométrico central 27. Durante el funcionamiento, la boquilla en ángulo 14 inyecta una segunda corriente 8 rica en oxígeno a un ángulo a con respecto al eje geométrico central 27 de la lanza de oxígeno 12. Dicha segunda corriente 8 golpea la primera corriente 7 de combustible secundario en un área de intersección 9. Esta área de intersección 9 tiene una distancia E de menos de 5 m desde el extremo de alimentación de la lanza de oxígeno 12, preferiblemente menos de 2 m. Esto se logra por que el ángulo a de la boquilla en ángulo 14 se encuentra entre 5° y 45°, preferiblemente entre 5° y 30°, más preferiblemente entre 5° y 25°, y más preferiblemente entre 10° y 20°.
La Figura 4 muestra una sección longitudinal esquemática de la lanza de oxígeno entera 12 y sus líneas de conexión con un tanque de oxígeno 21. En su región posterior, la lanza de oxígeno 12 tiene un indicador de posición angular 13, sobre la base de la cual el operador puede reconocer qué dirección tiene en el interior del horno giratorio 1 la boquilla en ángulo 14 de la lanza 12 instalada. La lanza de oxígeno 12 tiene preferiblemente dos bridas de entrada 23 para la conexión de líneas tubulares de suministro de oxígeno 22 que pueden suministrar fluido líquido o gaseoso rico en oxígeno 11 desde el tanque de oxígeno 21 con solo una pequeña pérdida de presión. Debería observarse que la pureza química del fluido rico en oxígeno no es esencial para el proceso, por lo que dicho fluido rico en oxígeno puede ser oxígeno o gas o líquido enriquecido con oxígeno, con un contenido de oxígeno de, por ejemplo, más del 50% en vol., y preferiblemente más del 80% vol.
La Figura 5 ilustra además la disposición espacial en la salida del conjunto de la unidad de quemador 3. Se puede ver que la primera corriente 7 de combustible secundario procedente del canal de alimentación 19 es golpeada oblicua y lateralmente desde abajo por la segunda corriente 8 de fluido rico en oxígeno en el área de intersección 9. La salida oblicua de la segunda corriente 8 se logra mediante la boquilla en ángulo 14 de la lanza de oxígeno 12, por lo que la dirección exacta de la boquilla en ángulo 14 también se puede ver desde afuera de la unidad de quemador 1 por medio del indicador de posición angular 13. Los otros canales de alimentación 18 de la unidad de quemador 3 tienen poco efecto sobre este proceso.
Se puede considerar la presente invención para nuevas construcciones de unidades de quemadores para hornos giratorios, pero es particularmente útil para modernizar unidades de quemadores existentes en los cuales hay disponibles canales de alimentación según se requiera para insertar una lanza de oxígeno de la presente invención. El suministro dirigido de oxígeno gaseoso o líquido, o de gas enriquecido con oxígeno, o de gas licuado a un combustible secundario puede mejorar significativamente el proceso de combustión y, en consecuencia, reducir significativamente las emisiones de escape, en particular, la emisión de monóxido de carbono.
Lista de términos de referencia
1 Horno giratorio
2 Cemento
3 Unidad de quemador
4 Eje geométrico central de la unidad de quemador
5 Quemador principal
6 Llama primaria (de la combustión del combustible primario) 7 Primera corriente (de combustible secundario)
8 Segunda corriente (de fluido rico en oxígeno)
9 Área de intersección de las corrientes primera y segunda
10 Combustible secundario
11 Fluido rico en oxígeno
12 Lanza de oxigeno
13 Indicador de posición angular
14 Boquilla en ángulo
15 Boquilla auxiliar
16 Primer canal de alimentación
17 Segundo canal de alimentación
18 Canal de alimentación adicional
19 Canal de alimentación para combustible secundario
20 Canal de alimentación para lanza de oxígeno
21 Tanque de oxígeno
22 Línea de oxígeno
23 Brida de entrada
24 Salida de escape
25 Analizador
26 Aislamiento
27 Eje geométrico central de la lanza de oxígeno
a Ángulo de la boquilla
D Diámetro del canal de alimentación para la lanza de oxígeno d Diámetro de la lanza de oxígeno
E Distancia entre el área de intersección y la unidad de quemador

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Proceso para la combustión mejorada de un combustible secundario (10) suministrado a un horno giratorio (1) en una primera corriente (7), preferiblemente en forma de partículas o fragmentos en un flujo de aire comprimido, por el cual el horno giratorio (1) tiene una unidad de quemador (9) que incluye un quemador principal (5) para combustible primario y una pluralidad de canales de alimentación (16, 17, 18, 19, 20) para varios medios, estando provisto uno de dichos canales de alimentación, llamado canal de combustible secundario (19), para alimentar la primera corriente del combustible secundario (10),
caracterizado por que:
una lanza tubular de oxígeno (12) para suministrar un gas rico en oxígeno, preferiblemente gas oxígeno 11, o un líquido rico en oxígeno, preferiblemente oxígeno líquido 11, se proporciona en, o sobre, otro de dichos canales de alimentación, llamado canal de oxígeno ( 20), teniendo dicha lanza (12) una boquilla en ángulo (14) dispuesta en su extremo de alimentación, estando posicionada la lanza de oxígeno (12) de manera tal que el gas o líquido rico en oxígeno (11) que sale de la boquilla (14) forma una segunda corriente (8) que impacta en la primera corriente (7).
2. Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que se mide el nivel de uno o más contaminantes, en particular monóxido de carbono (CO), en un gas de escape del horno giratorio (1) y por que se gira la lanza de oxígeno (12) y / o se regula el suministro de gas o líquido rico en oxígeno (11) de manera tal que se minimiza el nivel en el gas de escape del contaminante o de la suma del contaminante o de la suma de los contaminantes.
3. Proceso según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la segunda corriente (8) golpea a la primera corriente (7) dentro de menos de 5 m después de abandonar el conjunto del quemador (9), preferiblemente después de menos de 2 m.
4. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el gas o líquido rico en oxígeno (11) se suministra en una cantidad tal que se forma una relación de oxígeno a combustible total súperestequiométrica en el horno giratorio (1).
5. Aparato que comprende un horno giratorio y está destinado a la combustión mejorada de un combustible secundario (10) suministrado en una primera corriente (7) al horno giratorio (1), por el cual el horno giratorio (1) tiene una unidad de quemador (9) con un quemador principal (5) para suministrar combustible primario y una pluralidad de canales de alimentación (16, 17, 18, 19, 20) para diversos medios, siendo uno de dichos canales de alimentación un canal de combustible secundario (19) para alimentar a la primera corriente de combustible secundario (10), preferiblemente en forma de partículas o fragmentos en un flujo de aire comprimido, caracterizado por que una lanza de oxígeno tubular (12) para suministrar un gas rico en oxígeno (11), preferiblemente oxígeno gaseoso, o un líquido rico en oxígeno (11), especialmente oxígeno líquido, se posiciona en, o sobre, otro de dichos canales de alimentación, llamado canal de oxígeno (20), teniendo dicha lanza (12) una boquilla en ángulo (14) en su extremo de alimentación, de manera tal que cuando, durante el funcionamiento, el gas o líquido rico en oxígeno (11) emerge de la boquilla en ángulo (14), se forma una segunda corriente (8) de gas o líquido rico en oxígeno (11), la cual impacta a la primera corriente (7).
6. Aparato según la reivindicación 5, caracterizado por que la lanza de oxígeno (12) tiene un indicador de posición angular (13) para indicar la dirección de la boquilla en ángulo (14) dentro del horno giratorio (1), por lo que preferiblemente, el indicador de posición angular (13) sobresale de la unidad de quemador (9) en su extremo posterior, estando posicionada la lanza de oxígeno tubular (12) preferiblemente en el canal de oxígeno (20).
7. Aparato según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que la boquilla en ángulo (14) forma un ángulo (a) de 5° a 45° con un eje geométrico central (27) de la lanza de oxígeno (12), preferiblemente de 5° a 30°, más preferiblemente de 5° a 25°, y aún más preferiblemente, de 10° a 20°.
8. Aparato según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por que la lanza de oxígeno (12) tiene una boquilla auxiliar sin ángulo (15) en su extremo de alimentación, preferiblemente una boquilla de Laval auxiliar.
9. Aparato según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que la lanza de oxígeno tubular (12) está posicionada en el canal de oxígeno (20), por lo cual el diámetro interior (D) del canal de oxígeno (20) es sustancialmente mayor que el diámetro exterior d de la lanza (12), preferiblemente por lo menos un 20% mayor.
10. Aparato según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado por que la lanza de oxígeno (12) tiene dos conexiones de entrada (23), preferiblemente bridas de entrada, para conectar líneas de suministro de oxígeno (22) a las mismas, en particular tubos flexibles.
11. Aparato según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado por que el canal de oxígeno (20) y el canal de combustible secundario (19) están dispuestos en la unidad de quemador (9) de modo tal que la línea geométrica que conecta sus extremos de alimentación no se interseca con un eje geométrico central (4) de la unidad de quemador (9).
12. Aparato según una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque el canal de combustible secundario (19) y la lanza de oxígeno (12) están dispuestos de modo tal que la primera corriente (7) ingresa en el horno giratorio (1) verticalmente más arriba que la segunda corriente (8).
13. Proceso para adaptar un horno giratorio (1) que tiene una unidad de quemador (9) con un quemador principal (5) para suministrar combustible primario y una pluralidad de canales de alimentación (16, 17, 18, 19, 20) para varios medios, siendo uno de dichos canales de alimentación un canal de combustible secundario (19) para suministrar una primera corriente de combustible secundario (10), preferiblemente en forma de partículas o fragmentos en un flujo de aire comprimido, caracterizado por que el proceso comprende:
• la instalación de una lanza de oxígeno tubular (12) para suministrar un gas rico en oxígeno (11), preferiblemente oxígeno gaseoso, o un líquido rico en oxígeno (11), especialmente oxígeno líquido, en o sobre otro de dichos canales de alimentación, llamado canal de oxígeno (20), por el cual dicha lanza (12) tiene una boquilla en ángulo (14) en su extremo de alimentación, y
• la regulación de la posición de dicha lanza (12) en dicho canal de oxígeno (20), de modo que cuando, en funcionamiento, el gas o líquido rico en oxígeno (11) emerge de la boquilla en ángulo (14), se forma una segunda corriente (8) de gas o líquido rico en oxígeno (11) que impacta a la primera corriente (7) de combustible secundario (10).
14. Un proceso según la reivindicación 13, en el cual la lanza de oxígeno tubular (12) está instalada en el canal de oxígeno (20).
15. Un proceso según la reivindicación 14, que comprende la medición, durante el funcionamiento, del contenido de uno o más componentes no deseados, en particular monóxido de carbono (CO), en el gas de escape del horno giratorio (1) y la regulación de la posición de la lanza. (12) en el canal de oxígeno (20) de modo que se minimice el contenido en el gas de escape del contaminante o de la suma de los contaminantes.
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