ES2826174T3 - Planta para la recuperación de calor de un horno de cocción - Google Patents

Planta para la recuperación de calor de un horno de cocción Download PDF

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Abstract

Un sistema de recuperación de calor, que comprende: un horno (2) de cocción industrial para artículos cerámicos, que incluye una sección de enfriamiento y un portador (5) para portar artículos cerámicos, que pasan por dicha sección de enfriamiento; y una planta (1) de recuperación de calor de dicho horno (2), que comprende: al menos un circuito (11, 12) primario que incluye al menos un intercambiador (13, 14) de calor interno, dispuesto en dicha sección de enfriamiento de dicho horno (2), y al menos un líquido de proceso primario que fluye en dicho circuito (11, 12) primario; caracterizado porque el circuito (11, 12) primario comprende al menos dos intercambiadores (13, 14) internos, estando dispuesto el primer intercambiador (13) de calor interno, encima de dicho portador (5) y estando dispuesto un segundo intercambiador (14) de calor interno debajo de dicho portador (5).

Description

DESCRIPCIÓN
Planta para la recuperación de calor de un horno de cocción
La presente invención se refiere a una planta de recuperación de calor de hornos de cocción en la industria cerámica.
La técnica anterior incluye hornos de cocción para baldosas, artículos de mampostería, porcelana y otros artículos cerámicos, que tienen una o más secciones de cocción, corriente abajo de las cuales están dispuestas una o más secciones de enfriamiento.
En detalle, como es conocido, un horno de cocción puede incluir las siguientes secciones de enfriamiento, en sucesión: zona de enfriamiento rápido, zona de enfriamiento lento, zona neutra y zona de enfriamiento rápido final. En las zonas de enfriamiento citadas, la temperatura de los artículos cerámicos se baja mediante la inyección interna del horno de aire proveniente del exterior o del interior de las fábricas que albergan el horno (típicamente una instalación).
En detalle, se conoce el uso de aire/intercambiadores de aire que se extienden dentro de las zonas de enfriamiento, dispuestos debajo de las bóvedas superiores de las distintas secciones de enfriamiento del horno.
El aire que sale de estos intercambiadores, que tiene una temperatura que varía aproximadamente entre 170°C y 200°C de acuerdo con la sección de la que se ha extraído, se aprovecha para calentar edificios o para alimentar secadores.
Aunque el sistema conocido ilustrado anteriormente es parcialmente capaz de recuperar y reutilizar el calor producido en los hornos de cocción, es ampliamente ineficaz.
De hecho, el sistema conocido es capaz de recuperar sólo una mínima parte del calor transmitido o irradiado en las zonas de enfriamiento del horno, pero la mayor parte de este calor se dispersa y, por tanto, no se utiliza.
El documento CN201785340 divulga un horno de túnel para curar baldosas, que tiene una sección de enfriamiento, provista de tuberías de intercambio de calor, dispuestas en las superficies internas de las paredes laterales de la propia sección de enfriamiento; este documento de la técnica anterior enseña a proporcionar tuberías de intercambio en el lado de la zona donde se transportan las baldosas.
El documento CN201885554 describe un equipo de horno túnel para quemar cerámica y ladrillos que tiene una sección de enfriamiento provista de medios de agitación.
Por razones económicas, de eficiencia energética y medioambientales, desde hace mucho tiempo se siente la necesidad de desarrollar una manera de recuperar de forma más eficaz el calor disipado en las secciones de enfriamiento de los artículos cerámicos.
Por tanto, el objetivo técnico de la presente invención es proporcionar una planta para la recuperación de calor de un horno de cocción que satisfaga la necesidad antes citada y evite los inconvenientes de la técnica anterior.
Dicho objetivo técnico se consigue mediante una planta de recuperación de calor realizada de acuerdo con la reivindicación 1.
Otras características y ventajas de la presente invención surgirán más completamente de la descripción indicativa dada a modo de ejemplo no limitativo de realizaciones preferidas pero no exclusivas de la planta de la invención, como se ilustra en los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una representación esquemática de una vista en planta de un horno de cocción de rodillos, en la que se implementa una planta de acuerdo con la invención, subdividida en tres partes por motivos de claridad en la representación;
- la figura 2 es una representación esquemática de una vista en planta de un módulo del horno de la figura 1; y - las figuras 3 y 4 son vistas esquemáticas en sección transversal del horno de las figuras precedentes, a las que se aplican dos realizaciones distintas de la planta propuesta.
Con referencia a las figuras citadas, 1 denota en su totalidad la planta de la invención.
La planta 1 propuesta ha sido desarrollada para la recuperación de calor de un horno 2 de cocción para la producción de artículos cerámicos, tales como baldosas, artículos de mampostería, artículos cerámicos, etc.
A continuación, por razones de simplicidad de descripción, se hará referencia, sin perder en términos de generalidad, al caso preferido pero no limitativo de aplicación de la invención a los hornos 2 para la cocción de artículos cerámicos.
El horno 2 tiene una forma longitudinal habitual, por ejemplo definida por una pluralidad de módulos alineados en sucesión, y comprende internamente un portador 5 de rodillos (ilustrado esquemáticamente en las figuras 3 y 4) que soporta y transporta los artículos cerámicos.
Como se muestra en la figura 1, un tipo de horno 2 en el que se puede aplicar la planta 1 propuesta comprende, en sucesión: una sección de pre-horno (no ilustrada), una sección 21 de precalentamiento, una sección 22 de cocción provista de quemadores, una sección 23 de enfriamiento rápido, una sección 24 de enfriamiento lento, una zona 25 neutra y una sección 26 de enfriamiento final.
En sus aspectos más generales, la planta 1 propuesta comprende al menos un circuito 11, 12 primario que comprende un respectivo intercambiador 13, 14 de calor interno destinado a ser dispuesto en una de las secciones de enfriamiento del horno 2.
La planta 1 comprende preferiblemente una pluralidad de circuitos 11, 12 primarios, cada uno provisto de un intercambiador de calor interno o intercambiadores de calor distribuidos a lo largo del desarrollo longitudinal de las secciones de enfriamiento del horno 2.
En la presente descripción, por la expresión generalizada "secciones de enfriamiento" se entiende la zona terminal del horno 2 que incluye el ensamblaje de: la sección 23 de enfriamiento rápido, la sección 24 de enfriamiento lento, la zona 25 neutra y la sección 26 de enfriamiento final.
En un aspecto muy importante de la invención, la planta 1 comprende un líquido de proceso primario que fluye en dicho circuito 11, 12 primario, el cual puede estar constituido por agua sobrecalentada a continuación del paso en el intercambiador de calor, o por sales fundidas o por otro líquido adecuado.
Claramente, el circuito 11, 12 primario comprende al menos una ramificación de suministro para llevar el líquido primario al intercambiador 13, 14 interno ubicado en el horno 2 y una ramificación de retorno para extraer el líquido a alta temperatura.
En el caso de un horno 2 modular, la planta 1 puede incluir ventajosamente un circuito 11, 12 primario para cada módulo, definiendo consecuentemente una planta 1 modular.
Por tanto, de acuerdo con el diseño específico o los requisitos de construcción, los circuitos 11, 12 primarios se pueden instalar, a elección, solo en algunos pero no en todos los módulos del horno 2.
Además, los circuitos 11, 12 primarios pueden funcionar con el mismo líquido primario o pueden estar provistos de diferentes líquidos primarios.
El intercambiador 13, 14 interno puede ser del tipo de haz de tubos, del tipo de tubos con aletas o puede ser de otro tipo.
El intercambiador 13, 14 interno se fabrica preferiblemente de acero al carbono o acero inoxidable u otros materiales adecuados para el destino de uso del mismo.
Dado que el líquido primario citado permite un rendimiento de intercambio de calor mucho más alto que el aire, la planta 1 de la invención es capaz de extraer calor de las secciones de enfriamiento del horno 2 mucho más eficientemente que la técnica anterior.
En términos más precisos, los calentadores internos de la planta 1 son capaces de recibir tanto el calor emanado por transmisión como el calor irradiado por el propio horno 2.
Se nota que como en los hornos de cocción de artículos cerámicos se producen inevitablemente grandes cantidades de calor, y como es necesario bajar considerablemente la temperatura de los artículos cerámicos antes de sacarlos del horno 2, la invención alcanza simultáneamente dos resultados.
Por un lado, se acumula calor en el líquido primario que de otra manera se dispersaría y desperdiciaría, y también el proceso de enfriamiento de los artículos cerámicos se hace más eficiente y rápido.
Como se detallará con más detalle a continuación, el calor recogido por medio de la planta 1 de la invención se utiliza para reducir los requerimientos energéticos de las fábricas que albergan los hornos de cocción, con consecuencias en términos de ahorro económico y reducción de contaminación.
De hecho, estas fábricas consumen mucha energía y, por lo tanto, son costosas y, en última instancia, contaminantes; por tanto, una recuperación eficaz del calor del horno 2 permite tanto la reducción de los costes de producción como la reducción de la huella ecológica.
Cada circuito 11, 12 primario comprende preferiblemente un primer y un segundo intercambiador 13, 14 interno, estando dispuesto el primer intercambiador 13 por encima de un plano de rodillos del portador 5, y el segundo intercambiador 14 dispuesto por debajo (véase figuras 3 y 4).
En concreto, la planta 1 se puede implementar en un horno 2 ya existente o se puede incorporar en el horno 2 durante la producción.
En el primer caso, la retroadaptación del horno 2 puede realizarse incluso si incluye el aire/intercambiador de aire de la técnica anterior.
De hecho, el primer intercambiador 13 interno de la invención puede disponerse entre el aire/intercambiador de aire y el techo de la bóveda del horno 2, siendo en cualquier caso instalable el segundo intercambiador 14 interno debajo del plano de rodillos del portador 5.
Por tanto, la recuperación de calor de las secciones de enfriamiento de un horno 2 de cocción se puede realizar mediante una retroadaptación del horno 2.
Los circuitos 11, 12 primarios se completan con un dispositivo termodinámico dispuesto en el exterior del horno 2 que está preferiblemente constituido por un intercambiador 3 de calor (véase figura 3) o por un evaporador 4 térmico (véase figura 4).
En la práctica, cada módulo del horno 2 estará asociado a su propio circuito 11, 12 primario que incluye uno o más intercambiadores internos conectados dinámicamente en fluidos a un dispositivo externo que puede ser, a modo de ejemplo no exclusivo, otro intercambiador 3 o un evaporador 4 térmico.
Como se aprecia en las figuras 3 y 4, a cada circuito 11, 12 primario se asocian los dispositivos de seguridad necesarios de acuerdo con las normas del sector relativas al fluido presurizado, tales como termostatos, válvulas de seguridad, válvulas de descarga de calor, conmutadores de presión, manómetros, termómetros u otros además (indicados en su totalidad por el numeral 15 de referencia en las tablas de diseño adjuntas).
También está presente una bomba 16 de circulación para el líquido primario, así como un tanque 17 de expansión adecuado para la máxima expansión del líquido elegido.
En la realización preferida de la invención, mostrada en la figura 1, la planta 1 propuesta incluye además un circuito 18 secundario, externo al horno 2, que asocia los circuitos 11, 12 primarios en paralelo.
En detalle, el circuito 18 secundario está conectado a los intercambiadores 3 externos o los evaporadores 4 térmicos de los circuitos 11, 12 primarios.
En el circuito 18 secundario fluye un fluido de proceso secundario, fluido que es, por ejemplo, vapor saturado, vapor sobrecalentado, aceite diatérmico o agua sobrecalentada.
En el ejemplo de la figura 1, la planta 1 se ha instalado en el horno 2 de tal manera que la conexión en paralelo del circuito 18 secundario se consigue agrupando cuatro circuitos 11, 12 primarios a la vez, el fluido de salida del primer grupo (caracterizado por una temperatura más baja) ingresando al segundo grupo (donde hay una temperatura más alta) y así sucesivamente.
Sin embargo, esto se pretende simplemente como un ejemplo constructivo y no es de carácter limitativo.
Lo mismo ocurre debido a que el circuito se puede llevar a cabo con un sistema de tres tubos con retorno inverso, con el fin de equilibrar las pérdidas de carga; también en este caso, las elecciones de un tipo meramente constructivo pueden realizarse en función de las aplicaciones específicas.
Corriente abajo de la planta 1 está presente al menos un dispositivo de usuario, alimentado por el circuito 18 secundario.
El dispositivo de usuario puede ser del tipo de turbina, tal como un grupo ORC, es decir, tener un ciclo Rankine de fluido orgánico, o una turbina de vapor o incluso un grupo de absorción.
Sin embargo, no se excluyen otros tipos de dispositivos de usuario.
En la realización preferida, la planta 1 de la invención ha sido diseñada para la producción de energía eléctrica para autoconsumo.
Por tanto, en el ejemplo de uso de un grupo ORC, que puede ser activado tanto por líquido como por un fluido secundario gaseoso, de acuerdo con la tecnología específica del propio grupo, la planta 1 propuesta es capaz de recuperar calor de las secciones de enfriamiento del horno 2 (con todas las ventajas inherentes ya explicadas) para luego ser transformadas en energía eléctrica con el fin de disminuir el altísimo consumo de las fábricas.
Además, el agua de enfriamiento de los grupos ORC, que adquiere una temperatura de aproximadamente entre 50°C y 80°C, se puede utilizar, por ejemplo, para el calentamiento ambiental, con una recuperación adicional de energía.
Asimismo, el grupo de absorción citado se puede utilizar para la producción de energía eléctrica o para el acondicionamiento ambiental en los meses de verano.
Además, en un caso en el que el dispositivo termodinámico del primer circuito es un evaporador 4 térmico, el vapor producido por el mismo puede tener usos adicionales y diferentes de la activación de los dispositivos de usuario. Aún con mayor detalle, para dar una idea de la flexibilidad y la multifuncionalidad de la planta 1, obsérvese que en la salida del evaporador 4 térmico inducido en un módulo de la planta 1, y por tanto asociado a un módulo del horno 2, se puede producir un vapor saturado para activar el dispositivo de usuario, así como vapor sobrecalentado enviado al intercambiador secundario de un módulo adicional de la propia planta 1.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de recuperación de calor, que comprende:
un horno (2) de cocción industrial para artículos cerámicos, que incluye una sección de enfriamiento y un portador (5) para portar artículos cerámicos, que pasan por dicha sección de enfriamiento; y
una planta (1) de recuperación de calor de dicho horno (2), que comprende: al menos un circuito (11, 12) primario que incluye al menos un intercambiador (13, 14) de calor interno, dispuesto en dicha sección de enfriamiento de dicho horno (2), y al menos un líquido de proceso primario que fluye en dicho circuito (11, 12) primario; caracterizado porque el circuito (11, 12) primario comprende al menos dos intercambiadores (13, 14) internos, estando dispuesto el primer intercambiador (13) de calor interno, encima de dicho portador (5) y estando dispuesto un segundo intercambiador (14) de calor interno debajo de dicho portador (5).
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho circuito (11, 12) primario comprende al menos un intercambiador (3) externo que puede disponerse externamente a dicho horno (2).
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho circuito (11, 12) primario comprende al menos un evaporador (4) térmico susceptible de ser dispuesto externamente a dicho horno (2).
4. El sistema de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde dicho líquido primario comprende agua que se sobrecalienta al pasar por dicho intercambiador.
5. El sistema de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho líquido primario comprende sales fundidas.
6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, que comprende un circuito (18) secundario que se conecta a dicho intercambiador (3) externo o a dicho evaporador (4) del circuito (11, 12) primario.
7. El sistema de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde un fluido de proceso secundario fluye en dicho circuito (18) secundario, seleccionándose el fluido de proceso secundario entre: vapor saturado, vapor sobrecalentado, aceite diatérmico o agua sobrecalentada.
8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, que comprende una pluralidad de circuitos (11, 12) primarios asociados en paralelo por medio de dicho circuito (18) secundario.
9. Sistema de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 a 8, que comprende al menos un dispositivo utilizador alimentado por el circuito (18) secundario.
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde dicho dispositivo utilizador es un dispositivo de tipo turbina.
11. Sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el dispositivo de utilización es una unidad de absorción.
12. El sistema de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el horno (2) de cocción comprende una pluralidad de secciones de enfriamiento, cada una de las cuales está asociada a un circuito (11, 12) primario respectivo.
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