ES2870144T3 - Túneles de hornos y sistema de ensamble - Google Patents

Abstract

Un túnel de horno (1) que define un canal de flujo para que el gas de combustión desde una cámara de combustión (F) pase a un extremo abierto (12) del túnel (1), que comprende: una estructura refractaria longitudinal (302; 402; 502; 602; 702) que separa el canal de flujo de la cámara de combustión (F); una pluralidad de puertos (300;400;500;600;700) formados en la estructura refractaria (302; 402; 502; 602; 702) para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo desde la cámara de combustión (F); un patrón de separación regular de los puertos (300; 400; 500; 600; 700) a lo largo de la estructura refractaria (302; 402; 502; 602; 702); y un paso a través de cada uno de los puertos respectivos (300; 400; 500; 600; 700); en donde la estructura refractaria comprende bloques (312; 412; 512; 612; 712), en donde los puertos (300; 400; 500; 600; 700) están formados integralmente en al menos algunos de los bloques (312; 412; 512; 612; 712), en donde los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) se reciben en los puertos (300; 400; 500; 600; 700), y en donde las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) en los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) definen áreas de flujo en sección transversal a través de los pasajes respectivos y, por lo tanto, las conductividades de flujo correspondientes de los puertos; en donde las áreas de sección transversal de las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) en los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) están configuradas para proporcionar conductividades de flujo relativamente variadas entre los puertos (300; 400; 500; 600; 700) para controlar la entrada de gases de combustión en el canal de flujo.

Description

DESCRIPCIÓN

Túneles de hornos y sistema de ensamble

Campo de la invención

La presente invención se refiere a túneles de gases de combustión de hornos y métodos relacionados.

Antecedentes

Los calentadores u hornos con fuego, usados indistintamente en la presente descripción, son elementos comunes de las plantas industriales. Con referencia al horno reformador R ilustrado en la Figura 1, una sección F (o secciones) típicamente denominada sección radiante o cámara de combustión contiene un medio de oxidación del combustible para liberar calor y productos de reacción ("gas de combustión" o "gas de escape"). Esto se logra comúnmente mediante la combustión de combustible y aire mediante el uso quemadores industriales B, y en el caso de calentar y/o reaccionar fluidos, la sección radiante F contiene una pluralidad de tubos T para calentar los fluidos.

Los hornos incluyen reformadores, craqueadores de vapor, otros reactores y calentadores no reactivos que emplean quemadores u otros métodos oxidativos para generar calor y crear gases de combustión. Como se usa en la presente descripción, el gas de combustión abarca cualquier combinación de productos de combustión o gas efluente.

Ya sea que la sección radiante F se usa para reaccionar componentes o simplemente para calentar, los gases de combustión se acumulan en una serie de túneles longitudinales 1 que incluyen túneles de hilera exterior opuestos 2 y uno o más túneles de hilera interior 4, y se pasa a través de la sección de transición 6 a la sección de convección 8, que es una sección de recuperación de calor dominada por la transferencia de calor por convección, donde a menudo se recupera calor adicional de los gases de combustión.

Con referencia a algunos detalles adicionales mostrados en las Figuras 2 y 3, el gas de combustión fluye hacia los túneles 1 a través de aberturas o puertos 10 de tamaño uniforme separados a lo largo de los túneles, y sale de los extremos abiertos 12 hacia la sección de transición 6 y/o la sección de convección 8, u otro equipo de procesamiento de gases de combustión aguas abajo.

Los túneles 1 pueden incluir un par de paredes laterales 16 en cada túnel interior, o una pared lateral 18 en el caso de un túnel exterior, y una pared exterior 20 contra la pared 22 de la cámara de combustión en el caso de los túneles de la hilera exterior 2, que son erigidos desde el piso del horno 24 mediante el uso ladrillos refractarios aislantes en transición a ladrillos refractarios regulares asegurados con mortero hasta un techo o tapa 26, a veces llamadas cubiertas de ataúdes, a menudo hechas de grandes losas refractarias con grandes espacios de expansión creados a intervalos regulares para tener en cuenta la expansión térmica.

Los túneles 1 tienen canales de flujo para los gases de combustión que normalmente tienen un ancho, altura y área de sección transversal uniformes entre el extremo abierto 12 y el extremo cerrado 14. Para equilibrar la cantidad de gas de combustión que ingresa a los túneles 1 en varios puntos a lo largo de su longitud, el número de aberturas o puertos 10 por intervalo se reduce con relación a la caída de presión a través de los puertos 10, que debido a la velocidad del gas de combustión en el túnel 1, generalmente significa que el número de orificios disminuye con relación a la distancia del intervalo desde el extremo cerrado 14 del túnel 1, o dicho de otra manera, aumenta con relación a la distancia del intervalo desde el extremo de salida 12 del túnel. Los puertos 10 se forman a medida que las paredes 16, 18 se construyen omitiendo semibloques en patrones regulares. Dado que los túneles de la hilera exterior 2 generalmente reciben los gases de combustión de la hilera exterior de quemadores de un solo lado, estos túneles están normalmente dimensionados para recibir sólo una fracción del gas de combustión que pasa a través de los túneles de la hilera interior 4, por ejemplo, el 65 %. En la Tabla 1 se presenta un ejemplo de aplicación de los principios de diseño estándar de la industria para túneles de gases de combustión.

Tabla 1. Ejemplo de Principios de Diseño de Túneles de Gases de Combustión*

*Tomado del BD Energy Systems Steam Methane Reformer Advanced Training Course Handbook, Parte 2 - Critical Design Features, Chapter , Capítulo 4 - Radiant Section (2015). Basado en túneles de área de flujo transversal uniforme.

En este ejemplo, se ve que el uso de tamaños de abertura uniformes solo permite una aproximación general al área de abertura deseada en cada intervalo. Además, debido a la alta temperatura y las tensiones térmicas, los túneles 1 se construyen normalmente con pilastras en los muros a intervalos regulares 28, que no permiten la colocación de aberturas mediante el uso técnicas convencionales de construcción de bloques. La colocación de los puertos 10 en el diseño de túnel estándar de la industria, por lo tanto, normalmente da como resultado una entrada o caudal másico muy desigual y fluctuante de gas de combustión a lo largo de los diversos intervalos, como se muestra en la Figura 4. Además, los puertos 10 se colocan normalmente cerca o hacia arriba desde la parte inferior de los túneles 1, de modo que hay un mayor flujo de gas de combustión en la parte inferior de los tubos T, especialmente donde son más vulnerables a estas fluctuaciones de temperatura excesivas. Si bien el calentamiento en la cámara de combustión F está dominado por la radiación, las fluctuaciones de temperatura pueden ser lo suficientemente sustanciales, especialmente durante el arranque y/o apagado, como para, eventualmente, resultar en una falla prematura del tubo y pérdida del flujo de reactivos a través de los tubos fallidos, lo que a su vez agrava aún más las fluctuaciones de temperatura.

Otros esfuerzos para hacer que el flujo de los gases de combustión hacia los túneles sea más uniforme han incluido ranuras en ángulo en la tapa del túnel y un área de sección transversal creciente del túnel para mantener una velocidad uniforme de los gases de combustión en el túnel, como se describe en US 2007/0234974 Al.

Los parámetros y problemas de diseño adicionales se describen en BD Energy Systems Steam Methane Reformer Advanced Training Handbook, Part 2 - Critical Design Features, Chapter 4 - Radiant Section (2015).

Recientemente, se han puesto a disposición de la industria bloques refractarios entrelazados y apilables hechos con mullita y/o alúmina resistente a la fluencia a alta temperatura, tales como los descritos en el documento US 2006/0242914 Al; o los descritos en J. Quntiliana y otros, "Improving Flue Gas Tunnel Reliability, Nitrogen+Syngas, No. 336, p. 59 (julio-agosto de 2015) y WO 2015/188030, por ejemplo, el sistema de túnel de gas de combustión STABLOX™ comercializado por Blasch Precision Ceramics (Albany, NY). El uso de estos sistemas de túneles ha facilitado una ubicación más versátil de los puertos 10, así como también una construcción de la pared del túnel más estable y rápida. Incluso así, la optimización del diseño de túnel estándar de la industria para una colocación más precisa de puertos 10 de tamaño uniforme, todavía da como resultado una variación significativa en los caudales másico de los gases de combustión, por ejemplo, como se ve en el ejemplo de la Figura 5.

El documento US-A-2028326 describe un aparato para uso en reacciones catalíticas que implican la aplicación de calor a gases y vapores. El aparato incluye un horno en el que los productos de combustión pasan hacia abajo a un conducto de humos interno a través de los puertos. El conducto de humos interior consta de un paso arqueado que tiene un techo cerrado y puertos a ambos lados. La distribución y el tamaño de los puertos están dispuestos para dar un área abierta más grande en la parte frontal del horno que disminuye a un área abierta más pequeña en la parte posterior, asegurando de esta manera un paso sustancialmente vertical hacia abajo de los gases de combustión y una distribución uniforme del calor a lo largo de la longitud del horno.

El documento US-A-3882826 describe un calentador de radiador que tiene un distribuidor de gases de combustión que incluye conductos para la extracción de gases. Los conductos incluyen aberturas o ranuras a través de las cuales se admiten los gases en los conductos. El número y/o tamaño de las ranuras disminuye hacia el extremo de descarga del conducto. Mediante tal construcción, se induce a los gases de combustión a entrar en el conducto en todos los puntos a lo largo de su longitud, y el efecto de succión de la chimenea se reduce considerablemente.

La industria se beneficiaría de mejores diseños y operaciones de túneles de gases de combustión que eviten o reduzcan el alcance de los inconvenientes asociados con la fluctuación del flujo de gases de combustión hacia y/o dentro de los túneles de gases de combustión.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un túnel de horno que define un canal de flujo para que el gas de combustión desde una cámara de combustión pase a un extremo abierto del túnel, como se define en la reivindicación 1.

La presente invención proporciona además un método como se definió en la reivindicación 10.

Otras características opcionales del túnel del horno y del método se definen en las reivindicaciones dependientes.

La entrada de los gases de combustión en el(los) túnel(es) de un horno se controla proporcionando una separación uniforme o regular de los puertos de entrada a lo largo de la estructura de un túnel, como una pared y/o un techo, y variando la conductividad del flujo entre los puertos de entrada. La conductividad del flujo se controla mediante el tamaño de un paso a través del puerto, por ejemplo, el diámetro, que se proporciona mediante insertos que tienen barras de diámetro variable que se colocan en puertos que tienen un tamaño uniforme. En algunos ejemplos, haciendo coincidir la conductividad del flujo y la caída de presión a través de los puertos individuales (o grupos o intervalos) con el flujo másico deseado, el gas de combustión puede distribuirse como se desee a diferentes ubicaciones o regiones del túnel, por ejemplo, para lograr un flujo másico esencialmente distribuido uniformemente en el túnel a intervalos longitudinales, como aumentando el diámetro de los pasajes desde el más pequeño en el intervalo cerca del extremo abierto o de salida del túnel hasta el más grande en el intervalo más alejado del extremo abierto, por ejemplo, adyacente a un extremo cerrado del túnel, especialmente donde el túnel tiene un área de sección transversal uniforme.

El túnel del horno de la invención comprende un canal de flujo para que el gas de combustión de una cámara de combustión pase a un extremo abierto del túnel, comprende una estructura refractaria longitudinal que separa el canal de flujo de la cámara de combustión, una pluralidad de puertos formados en la estructura refractaria para el gas de combustión para ingresar al canal de flujo desde la cámara de combustión, un patrón de separación regular de los puertos a lo largo de la estructura refractaria y un paso a través de cada uno de los puertos respectivos. Conductividades de flujo relativamente variadas entre los puertos controlan la entrada de gases de combustión en el canal de flujo.

En este documento se divulgan otros métodos y estructuras que incluyen un horno, un ensamble de túnel de horno y un túnel de gas de combustión, que no entran dentro del alcance de la invención como se reivindicó.

En un ejemplo, un horno puede comprender una cámara de combustión y uno o más túneles que definen un canal de flujo para que el gas de combustión de una cámara de combustión pase a un extremo abierto del túnel, y que comprende una estructura refractaria longitudinal que separa el canal de flujo de la cámara de combustión, una pluralidad de puertos formados en la estructura refractaria para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo desde la cámara de combustión, un patrón de separación regular de los puertos a lo largo de la estructura refractaria y un paso a través de cada uno de los respectivos puertos, que proporciona conductividades de flujo relativamente variadas para controlar la entrada de gases de combustión en el canal de flujo.

En un ejemplo, un sistema de ensamble de túnel de horno puede comprender una pluralidad de bloques refractarios entrelazados adaptados para formar una pared longitudinal de un canal de flujo de gas de combustión en una cámara de combustión, al menos algunos de los bloques comprenden puertos formados para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo de la cámara de combustión, y pasajes de flujo respectivos para los puertos, en donde al menos algunos de los puertos comprenden pasajes que tienen una conductividad de flujo relativamente diferente que al menos algunos de los otros pasajes.

En un método ilustrativo, los bloques refractarios pueden apilarse para formar una pared longitudinal de un túnel de horno, proporcionando una densidad uniforme de puertos en intervalos sucesivos en la pared entre los extremos abiertos y cerrados del túnel, y proporcionar pasajes de flujo de conductividad de flujo relativa variable a través de los puertos.

El método de la invención comprende hacer pasar gas de combustión desde una cámara de combustión a través de una estructura refractaria longitudinal de un túnel, colocar pasajes en puertos respectivos distribuidos uniformemente a lo largo de la estructura refractaria para admitir el gas de combustión en un canal de flujo en el túnel, y controlar caudales relativos del gas de combustión a través de los puertos proporcionando a algunos de los pasajes una conductividad de flujo diferente con con relación a los otros pasajes, por ejemplo, diferentes áreas de sección transversal o diámetros.

En otro ejemplo, un túnel de gases de combustión puede comprender una pared longitudinal que se extiende a lo largo de un canal de flujo desde un extremo cerrado del túnel hasta un extremo abierto del túnel; una pluralidad de puertos de perfil uniforme, formados en la pared para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo y dispuestos en columnas desde una columna cercana adyacente al extremo abierto hasta una columna lejana adyacente al extremo cerrado y una pluralidad de columnas intermedias entre las columnas cercanas y lejanas, en donde cada una de las columnas tiene el mismo número de puertos; una pluralidad similar de insertos que tienen un perfil que coincide con los respectivos puertos y que se reciben en ellos; orificios formados en los respectivos insertos; una pluralidad de conjuntos de insertos, en donde cada conjunto con un diámetro de orificio diferente con respecto a los otros conjuntos, comprendiendo cada conjunto de insertos orificios de diámetro uniforme dentro del conjunto; en donde cada columna comprende una pluralidad de insertos seleccionadas de uno o más de los conjuntos de insertos, de manera que el área de flujo transversal global a través de los orificios de cada columna aumenta desde la columna cercana a la columna lejana.

En otro ejemplo, un túnel de gases de combustión dispuesto en un calentador de combustión puede comprender un piso, dos paredes laterales, un techo y uno o dos extremos abiertos a través de los cuales pueden salir los gases de combustión, opcionalmente a través de una sección o secciones de transición respectivas, en una respectiva sección de convección, que puede ser una sección de convección común o secciones de convección separadas. Al menos una pared lateral puede comprender una pluralidad de pasajes de áreas de sección transversal variables.

En algunos ejemplos, una pluralidad de cualquiera de los túneles de gases de combustión descritos en la presente descripción puede divulgarse en una cámara de combustión reformadora de vapor-metano, teniendo los túneles un extremo abierto a través del cual los gases de combustión pueden salir a una sección de convección común o secciones de convección separadas, o a través de una sección de transición y en la sección de convección común. En algunos ejemplos, la pluralidad de túneles puede comprender túneles exteriores que tienen una pared con los puertos y/o pasajes formados en la misma, y túneles interiores entre los túneles exteriores, teniendo los túneles interiores un par de paredes laterales opuestas con los puertos y/o pasajes formados las mismas.

Los puertos de la estructura refractaria pueden estar equipados con desviadores de flujo direccionales para promover la mezcla del gas de combustión en el túnel con un reactivo introducido en el túnel, por ejemplo, un agente reductor para promover la reducción selectiva no catalítica de los componentes NOx.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es una vista en perspectiva en sección que muestra la disposición de un horno reformador típico de vapormetano.

La Figura 2 es una vista en alzado lateral de la construcción de ladrillo típica usada para una pared lateral de un túnel de gases de combustión de acuerdo con la técnica anterior.

La Figura 3 es una vista en alzado de la sección transversal de un extremo de una sección de túnel típica de un horno reformador como se ve a lo largo de las líneas de vista 3-3 de la Figura 2.

La Figura 4 es un gráfico de la distribución del flujo másico a lo largo de intervalos de túneles convencionales que emplean un diseño estándar típico de la industria.

La Figura 5 es un gráfico de la distribución del flujo másico a lo largo de intervalos de túneles convencionales que emplean un diseño estándar optimizado de la industria.

La Figura 6 es una vista en perspectiva en sección que muestra la disposición de un horno reformador de metano de vapor.

La Figura 7 es una vista en alzado lateral de una pared lateral porticada de un túnel de gases de combustión.

La Figura 8 es un gráfico de la distribución del flujo másico a lo largo de intervalos de túneles porticados de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 9 es una vista lateral de una porción de una pared de túnel porticada que tiene pasajes de flujo formados entre bloques.

La Figura 10 es una vista lateral de una porción de una pared de túnel porticada que tiene pasajes de flujo integrales.

La Figura 11 es una vista lateral de una porción de la pared de un túnel porticado que tiene insertos de paso de flujo de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 12 es una vista lateral de una porción de una pared de un túnel porticado que tiene insertos de paso de flujo de acuerdo con algunas otras modalidades de la presente invención.

La Figura 13 es una vista lateral de una porción de una pared de un túnel porticado que tiene insertos de paso de flujo de acuerdo con algunas otras modalidades de la presente invención.

La Figura 14 es una vista lateral de una porción de una pared de un túnel porticado que tiene insertos de paso de flujo de acuerdo con algunas otras modalidades de la presente invención.

La Figura 15A es una vista lateral de una porción de una pared de túnel porticada que tiene insertos de paso de flujo de acuerdo con algunas otras modalidades de la presente invención.

La Figura 15B es una vista lateral de una porción de la pared del túnel porticado de la Figura 15B que tiene insertos y tapones de paso de flujo de acuerdo con algunas otras modalidades de la presente invención.

La Figura 15C es una vista en perspectiva de un bloque entrelazado usado en las paredes del túnel de las Figuras 15A-15B.

La Figura 15D es una vista lateral de los bloques apilados de la Figura 15C.

La Figura 16A es una ilustración esquemática de un patrón de flujo de túnel de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 16B es una ilustración esquemática de otro patrón de flujo de túnel de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 17 es una vista en perspectiva de un desviador de flujo direccional de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 18A es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de la disposición del orificio en los intervalos 1 a 26 desde el extremo cerrado (izquierda) de un diseño de túnel de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 18B es un diagrama esquemático que muestra la disposición del orificio en los intervalos 27-56 acercándose al extremo abierto (derecha) del diseño del túnel de la Figura 18A de acuerdo con alguna modalidad de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Las siguientes definiciones son aplicables en la presente descripción:

Adaptado a - hecho adecuado para un uso o propósito; modificado.

Adyacente - al lado o contiguo.

Bloque (ladrillo) - una gran pieza sólida o hueca de material duro, especialmente roca, piedra, hormigón, refractario o madera, típicamente rectangular con superficies planas a cada lado.

Canal - un pasaje o conducto para el fluido.

Columnas - un arreglo vertical o erguida de elementos.

Cerrado - tener o formar un límite o barrera.

Control - determinar el comportamiento o supervisar el funcionamiento de.

Área de sección transversal - la extensión o medida de una superficie o forma que está o estaría expuesta al hacer un corte recto a través de algo, especialmente en ángulo recto con un eje.

Diámetro - una línea recta que pasa de lado a lado a través del centro de un cuerpo o figura, especialmente un círculo o esfera; el radio es la mitad del diámetro.

Diferentes - no iguales a otros o entre sí; a diferencia de naturaleza, forma o calidad.

Desechar - poner o arreglar en un lugar o manera particular. Usado como sinónimo de colocación y posicionamiento. Dividir - físicamente o, a efectos de diseño, separar conceptualmente en partes.

Cada uno - usado para referirse a cada una de dos o más cosas, consideradas e identificadas por separado.

Modalidades - formas tangibles o visibles no limitantes de una idea o calidad de acuerdo con la presente descripción o invención.

Extremo - la parte o el punto más lejano o extremo de algo.

Entrar - entrar o ir adentro.

Entrada - el acto de entrar o pasar.

Lejos - a, hacia, o por una gran distancia (usado para indicar hasta qué punto una cosa está distante de otra).

Cámara de combustión - la cámara de un horno o caldera en la que se quema combustible.

Piso - la superficie interior inferior de una estructura hueca.

Flujo - emitir o moverse en una corriente.

Conductividad de flujo - una medida de la facilidad con que un fluido dado se mueve a través de un canal, paso u orificio con una caída de presión determinada; el inverso de la resistividad de flujo; el valor de K en la ecuación Q/A = -K*(dp/dx) donde Q/A es la velocidad superficial o de Darcy (donde Q es el flujo volumétrico del fluido y A es el área geométrica de la sección transversal del paso de flujo o medio), y dp/dx es el cambio de presión por unidad de longitud del paso de flujo. Para orificios circulares, la conductividad del flujo es proporcional al área de flujo de la sección transversal o al diámetro al cuadrado. Si la conductividad de flujo relativa de dos pasajes es diferente en dependencia de las propiedades del fluido y/o las condiciones de flujo, las conductividades de flujo relativas se determinan mediante el uso del fluido y las condiciones realmente presentes, o si el fluido y las condiciones no se especifican, mediante el uso de un gas de combustión compuesto de 1,7 mol % de O2, 7,8 mol % de CO2, 20 mol % de H2O y 70,5 mol % de N2 en condiciones de entrada de 101,2 kPa y 1050 °C (1904 °F), y una caída de presión de 100 Pa (0-4 pulg. de agua). Gas de combustión - la mezcla de gases resultante de la combustión y otras reacciones en un horno.

Horno - estructura o aparato en el que puede generarse calor a temperaturas muy altas.

Diámetro hidráulico - DH = 4A/P, donde DH es el diámetro hidráulico, A es el área de la sección transversal y P es el perímetro mojado de un canal, conducto o pasaje.

Esencialmente imperforado - no tiene aberturas o aberturas significativas.

Insertar - una cosa que se coloca o encaja en otra cosa.

Entrelazado - interactuar entre sí por solapamiento o ajustando proyecciones y cavidades.

Intermedio - se interpone entre dos cosas en el tiempo, lugar, orden, carácter, etc. Intervalo - un espacio entre dos objetos, puntos o unidades.

Longitud - medida o extensión de algo a lo largo de su mayor dimensión.

Longitudinal - corriendo o a lo largo de un cuerpo; perteneciente o extendido a lo largo del eje longitudinal de un cuerpo. Cerca - ubicado a poca distancia.

Abierto - permite el acceso, el paso o una vista a través de un espacio vacío; no cerrado o bloqueado.

Pasar - mover o hacer que se mueva en una dirección específica.

Pasaje - una trayectoria, canal o conducto a través, sobre o por el cual algo puede pasar.

Placa - una lámina o tira delgada y plana de metal u otro material, típicamente una usada para unir o fortalecer cosas o que forma parte de una máquina; un panel.

Pluralidad - dos o más.

Puerto - una abertura o apertura.

Refractario - sustancia o material resistente al calor.

Regular - dispuesto o que constituye un patrón constante o definido, especialmente con el mismo espacio entre instancias individuales.

Respectivo - pertenecer o relacionarse por separado con cada una de dos o más personas o cosas.

Techo o tapa - una estructura que forma un recubrimiento superior.

Hileras - varias cosas en una línea más o menos recta

Separar - dividir o hacer que se divida en elementos constitutivos o distintos.

Conjunto - un grupo o colección de cosas similares.

Tamaño - la extensión relativa de algo.

Separación - la disposición de la distancia entre las cosas.

Patrón de separación - un arreglo regular de la distancia entre las cosas.

Patrón cuadrado - patrón en el que la unión de los centros de cuatro elementos adyacentes forma un cuadrado. Estructura - un edificio u otro objeto construido a partir de varias partes.

Sucesivos - seguirse entre sí o seguir a otros.

A través - moverse o situarse en un lado y afuera del otro.

Patrón triangular - patrón en el que la unión de los centros de tres elementos adyacentes forma un triángulo oblicuo (sin ángulo recto).

Túnel - un conducto cubierto, por ejemplo, una estructura que define físicamente un canal de flujo para que los gases de combustión salgan de un horno.

Uniforme- de la misma forma, modo, grado o carácter.

Erguido - vertical o recto.

Variado - incorpora varios tipos o elementos diferentes; mostrando variación o variedad.

Muro - una estructura que encierra o cierra un espacio.

El túnel del horno define un canal de flujo para que el gas de combustión de una cámara de combustión pase a un extremo abierto del túnel, por ejemplo, un túnel que tiene un área de flujo transversal constante o uniforme. El túnel comprende una estructura refractaria longitudinal que separa el canal de flujo de la cámara de combustión, una pluralidad de puertos formados en la estructura refractaria para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo desde la cámara de combustión, un patrón de separación regular de los puertos a lo largo de la longitud de la estructura refractaria, y un paso a través de cada uno de los puertos respectivos que proporcionan conductividades de flujo relativamente variadas para controlar la entrada de gases de combustión en el canal de flujo.

En algunas modalidades, la estructura refractaria comprende al menos una pared erguida y un techo, por ejemplo, con los puertos en la pared o paredes y un techo esencialmente imperforado. En algunas modalidades, el canal de flujo puede tener un área de flujo en sección transversal general esencialmente uniforme.

La estructura refractaria comprende bloques, por ejemplo, bloques entrelazados y/o apilables. Los puertos están formados integralmente en los bloques, por ejemplo, mediante fundición o taladrado, y se reciben insertos perforados en los puertos. Las perforaciones, por ejemplo, orificios, definen áreas de flujo en sección transversal general a través de los respectivos pasajes. En algunas modalidades, los puertos pueden tener un perfil uniforme y/o los insertos tienen un perfil que coincide con los respectivos puertos. En algunas modalidades, las perforaciones en algunos de los insertos pueden tener un área de flujo en sección transversal general que es mayor con respecto a las perforaciones de algunos de los otros insertos. En algunas modalidades, los insertos perforados pueden comprender conjuntos de una pluralidad de insertos, en donde las perforaciones dentro de cada conjunto de insertos tienen un área de flujo de sección transversal general uniforme que difiere con respecto al otro o más conjuntos de insertos.

En algunas modalidades, los puertos pueden estar dispuestos en una pluralidad de intervalos que comprenden un intervalo cercano adyacente al extremo abierto, un intervalo lejano separado del extremo abierto, por ejemplo, adyacente a un extremo cerrado del túnel, y una pluralidad de intervalos intermedios entre los intervalos cercanos y lejanos. En algunas modalidades, los pasajes a través de los puertos pueden proporcionar al intervalo lejano una conductividad del flujo de gas de combustión global relativamente mayor que la conductividad del flujo de gas de combustión global del intervalo cercano. En algunas modalidades, las conductividades globales del flujo de gases de combustión de los respectivos intervalos intermedios pueden aumentar sucesivamente desde el intervalo cercano al intervalo lejano. En algunas modalidades, los pasajes a través de los puertos pueden proporcionar al intervalo lejano un área de flujo transversal mayor que el área de flujo transversal del intervalo cercano, y/o el área de flujo transversal general de los respectivos intervalos intermedios aumentan sucesivamente desde el intervalo cercano al intervalo lejano.

En algunas modalidades, cada uno de los intervalos cercanos, lejanos e intermedios puede tener el mismo número de puertos. En algunas modalidades, los puertos pueden tener un perfil uniforme y recibir insertos perforados que tienen un perfil coincidente. En algunas modalidades, los insertos perforados pueden comprender uno o más conjuntos de insertos que tienen un diámetro de perforación uniforme. En algunas modalidades, el intervalo lejano puede tener un área de flujo transversal general mayor que el área de flujo transversal general del intervalo cercano, y/o el área de flujo transversal general de los intervalos intermedios respectivos aumenta sucesivamente desde el intervalo cercano al intervalo lejano. En algunas modalidades, los insertos en cada intervalo pueden comprender insertos de un único conjunto de insertos o de una pluralidad de conjuntos diferentes.

En algunas modalidades de acuerdo con la presente invención, un túnel de gases de combustión puede comprender una pared longitudinal que se extiende a lo largo de un canal de flujo desde un extremo cerrado del túnel hasta un extremo abierto del túnel; una pluralidad de puertos de perfil uniforme formados en la pared para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo, y dispuestos en columnas desde una columna cercana adyacente al extremo abierto hasta una columna lejana adyacente al extremo cerrado y una pluralidad de columnas intermedias entre las columnas cercanas y lejanas, en donde cada una de las columnas tiene el mismo número de puertos; una pluralidad similar de insertos que tienen un perfil que coincide con los respectivos puertos y se reciben en ellos; orificios formados en los respectivos insertos; una pluralidad de conjuntos de insertos, cada conjunto con un diámetro de orificio diferente con respecto a los otros conjuntos, comprendiendo cada conjunto de insertos orificios de diámetro uniforme dentro del conjunto; en donde cada columna comprende una pluralidad de insertos seleccionados de uno o más de los conjuntos de insertos, de manera que el área de flujo transversal global a través de los orificios de cada columna aumenta desde la columna cercana a la columna lejana.

En algunas modalidades, la pared puede comprender bloques entrelazados, los puertos están dispuestos en hileras y columnas regulares y/o los puertos están dispuestos en un patrón triangular o cuadrado. En algunas modalidades, el túnel puede comprender además insertos individuales que tienen un diámetro de orificio diferente al de los conjuntos de insertos en los puertos de una o más de las columnas.

En modalidades de la invención, un túnel de horno define un canal de flujo para que el gas de combustión de una cámara de combustión pase a un extremo abierto del túnel, y comprende una estructura refractaria longitudinal que separa el canal de flujo de la cámara de combustión, una pluralidad de puertos formados en la estructura refractaria para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo desde la cámara de combustión, un patrón de separación regular de los puertos a lo largo de la estructura refractaria y los respectivos pasajes a través de los puertos que tienen una conductividad de flujo variada para controlar la entrada de gas de combustión al canal de flujo.

En algunos ejemplos, un horno puede comprender una cámara de combustión y el túnel del horno de cualquiera de las modalidades descritas en la presente descripción o una combinación de ellas.

También se divulga un sistema de ensamble de túnel de horno que comprende una pluralidad de bloques refractarios entrelazados adaptados para formar una pared longitudinal de un canal de flujo de gases de combustión en una cámara de combustión. En algunas modalidades, al menos algunos de los bloques comprenden puertos formados para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo desde la cámara de combustión, y existen respectivos pasajes de flujo para los puertos. Al menos algunos de los puertos pueden comprender pasajes que tengan una conductividad de flujo relativamente diferente que al menos algunos de los otros pasajes.

En algunos ejemplos de un sistema de ensamble, los pasajes de flujo comprenden aberturas definidas por los perfiles de los respectivos puertos, por ejemplo, desniveles a través de los bloques, y las diferentes conductividades de flujo corresponden a diferentes áreas de sección transversal de las aberturas, por ejemplo, diámetros de los agujeros.

En algunos ejemplos del sistema de ensamble, pero también en modalidades del túnel del horno de la presente invención, los pasajes de flujo comprenden una o más perforaciones (u orificios en el sistema de ensamble) formados en insertos respectivos que pueden recibirse en los puertos, por ejemplo, donde las diferentes conductividades de flujo corresponden a diferentes áreas de sección transversal de las perforaciones (y/o diámetros de los orificios en el sistema de ensamble).

En algunos ejemplos del sistema de ensamble (pero también modalidades del túnel del horno de la presente invención) puede comprender una pluralidad de conjuntos de aberturas del puerto o insertos que tienen diferentes tamaños de orificios o perforaciones, a partir de los cuales el tamaño apropiado o más cercano puede ser seleccionado para una ubicación de puerto en particular, o una combinación de tamaños para los puertos en un intervalo particular. Por ejemplo, el sistema puede comprender una pluralidad de conjuntos de insertos, en donde los insertos dentro de cada conjunto tienen orificios respectivos del mismo tamaño y en donde cada conjunto tiene diferentes tamaños de orificios que los otros conjuntos. De esta manera, las aberturas de los puertos (por ejemplo, en bloques prefabricados) o los insertos pueden fabricarse en una serie de diferentes tamaños, un inventario de los mismos transportado al sitio de ensamble y el tamaño apropiado seleccionado del inventario para una ubicación de puerto particular. En un ejemplo no limitativo, el inventario de aberturas de puertos y/o insertos puede tener tamaños "estándar" para facilitar el ensamble, por ejemplo, un diámetro más pequeño de 12,7 mm (0,5 pulg.) a 19,1 mm (0,75 pulg.), incrementado en 3,17 mm (0,125 pulg.) hasta 31,8 (1,25 pulg.) a 44,4 mm (1,75 pulg.), y luego se incrementa en 6,35 mm (0,25 pulg.) hasta un diámetro mayor de 63,5 mm (2,5 pulg.) o 76,2 mm (3 pulg.). De esta manera, la pared puede construirse con bloques y/o insertos de tamaño estándar, seleccionando los que tienen los tamaños de abertura apropiados para la ubicación o el intervalo de la pared.

En algunos ejemplos del sistema de ensamble (pero también modalidades del túnel del horno de la presente invención) puede comprender un kit o inventario esencialmente completo de partes componentes para el ensamble del túnel del horno, y/o una pluralidad de partes componentes parcialmente premontadas en uno o más módulos.

En algunos ejemplos, un método puede comprender ensamblar un túnel de horno a partir de los bloques y/o insertos de cualquiera de las modalidades o una combinación de las modalidades del sistema de ensamble del túnel del horno descrito en la presente descripción.

En algunas modalidades de acuerdo con la presente invención, el método comprende apilar bloques refractarios para formar una pared longitudinal de un túnel de horno, proporcionando una densidad uniforme de puertos en intervalos sucesivos en la pared entre los extremos abiertos y cerrados del túnel, y proporcionando pasajes de flujo de conductividad de flujo relativa variable a través de los respectivos puertos. El método comprende además colocar insertos perforados en los puertos, en donde los pasajes de flujo comprenden una o más perforaciones (u orificios) formados en insertos respectivos que están adaptados para ser recibidos en los puertos. Las diferentes conductividades de flujo pueden corresponder a diferentes diámetros de las perforaciones/orificios. En las modalidades del método de acuerdo con la invención, el método comprende áreas de sección transversal variables de los pasajes para regular la entrada de gas de combustión desde una cámara de combustión al túnel, por ejemplo, de manera que un flujo másico del gas de combustión desde la cámara de combustión sea distribuido uniformemente a través de cada intervalo.

De acuerdo con la presente invención, el método comprende hacer pasar los gases de combustión desde una cámara de combustión a través de una estructura refractaria longitudinal de un túnel, colocando pasajes en los respectivos puertos distribuidos uniformemente a lo largo de la estructura refractaria para admitir los gases de combustión en un canal de flujo en el túnel, y controlar los caudales relativos del gas de combustión a través de los puertos proporcionando a algunos de los pasajes una conductividad de flujo diferente con relación a los otros pasajes.

En algunas modalidades, el método puede comprender además dividir (con fines de diseño) la longitud de la estructura refractaria en una pluralidad de intervalos regulares que tienen el mismo número de puertos, en donde la conductividad de flujo total de algunos de los intervalos es diferente con relación a los otros intervalos, por ejemplo, en los que la conductividad general del flujo de intervalos sucesivos aumenta desde un intervalo cercano adyacente a un extremo abierto del túnel hasta un intervalo lejano adyacente a un extremo cerrado del túnel. En algunas modalidades, el método comprende alternativamente o adicionalmente distribuir uniformemente un caudal másico del gas de combustión que entra en el túnel entre los intervalos, por ejemplo, de manera que el caudal másico del gas de combustión a través de cada intervalo no sea más del 2 % mayor o menor que un promedio general del caudal másico a través de los intervalos.

El método comprende además colocar insertos en los respectivos puertos, comprendiendo los insertos los respectivos pasajes. En algunas modalidades, los insertos y los puertos pueden tener perfiles coincidentes. En algunas modalidades, los insertos pueden comprender conjuntos de insertos perforados, en donde las perforaciones dentro de cada conjunto de insertos tienen un área de flujo en sección transversal uniforme, por ejemplo, diámetro, que difiere con respecto al otro o más conjuntos de insertos.

En algunas modalidades, el método puede comprender además dividir (con fines de diseño) la longitud de la estructura refractaria en una pluralidad de intervalos regulares que tienen el mismo número de puertos, en donde los intervalos comprenden un intervalo cercano adyacente a un extremo abierto del túnel, un intervalo lejano separado del extremo abierto, y una pluralidad de intervalos intermedios entre los intervalos cercano y lejano, en donde las perforaciones en los insertos proporcionan al intervalo lejano un área de flujo de la sección transversal total relativamente mayor que el área de flujo de la sección transversal total del intervalo cercano, y en donde el área de flujo transversal global de los respectivos intervalos intermedios aumenta sucesivamente desde el intervalo cercano al intervalo lejano. En algunas modalidades, los insertos en cada intervalo pueden comprender insertos de un único conjunto de insertos o de una pluralidad de conjuntos diferentes.

Con referencia a las Figuras 6 y 7, un ejemplo de una estructura refractaria longitudinal toma la forma de una pared erguida o vertical 100 dispuesta entre el canal de flujo y la cámara de combustión. Se forma una pluralidad de puertos 102 en la estructura refractaria 100 para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo desde la cámara de combustión, por ejemplo, mediante el uso un patrón de separación regular de los puertos 102, por ejemplo, en hileras y/o columnas regularmente espaciadas. Para controlar la entrada de gases de combustión en el canal de flujo, los pasajes a través de los puertos 102 pueden tener conductividad de flujo seleccionada individualmente, o grupos de los puertos 102, por ejemplo, por intervalo longitudinal, pueden tener una conductividad de flujo general seleccionada que varía de un intervalo a otro en dependencia de la caída de presión anticipada para obtener el caudal deseado, como se describe más abajo con más detalle. En la siguiente discusión, la conductividad del flujo se varía por un área 0 diámetro de sección transversal variable como un ejemplo con el propósito de claridad e ilustración, sin embargo, otros ejemplos de conductividad de flujo variable como la longitud, tortuosidad, permeabilidad, etc., de los pasajes de flujo, también son aplicables y útiles.

Al proporcionar los puertos 102 en un patrón de separación regular como se muestra en las Figuras 6-7, y variando el diámetro de los pasajes pasantes, el caudal del gas de combustión a través de cada puerto 102 puede controlarse individualmente para una caída de presión determinada y/u otras condiciones, por ejemplo, para permitir que pase más o menos gas de combustión a través de cada puerto 102 según se desee, y/o para permitir que entre aproximadamente la misma cantidad de gas de combustión a través de cada puerto 102 o a través de cada intervalo de los puertos 102, donde un paso uniforme o equilibrado de gas de combustión en la pared del túnel 100 y la presión diferencial puede variar. En una modalidad ilustrativa como se muestra en la Figura 8, se logra un flujo másico incremental uniforme o equilibrado de gas de combustión en cada intervalo longitudinal a lo largo de la extensión de cada una de las paredes 100, por ejemplo, de manera que el caudal másico del gas de combustión a través de cada intervalo no sea más del 2 % mayor o menor que un promedio general del caudal másico a través de los intervalos, o no más del 1,5 % mayor o menor que el promedio general del caudal másico a través de los intervalos, o no más del 1 % mayor o menor que un promedio general del caudal másico a través de los intervalos.

La Figura 9 muestra un arreglo de puertos 150 en porciones de la pared 152 en el intervalo cercano 158 de 3 columnas, 3 hileras adyacente a un extremo abierto (salida) del túnel, un intervalo intermedio similar 156, y un intervalo lejano similar 154 adyacente a un extremo cerrado del túnel. En estos ejemplos, los puertos 150 se fabrican mediante el uso bloques relativamente cortos 160 y dejando fuera bloques fraccionarios en patrones regulares para formar los pasajes de flujo entre bloques adyacentes. Los bloques cortos 160 están dispuestos en hileras alternas con los bloques completos 164, en donde los bloques cortos 160 se superponen preferiblemente o se colocan a horcajadas sobre los extremos de los bloques completos 164 en las hileras adyacentes arriba y abajo. Los bloques cortos 160 están dispuestos en tamaño de manera que la separación (ancho de los puertos 150) entre ellos aumenta desde un ancho más pequeño en el intervalo cercano 158, a un ancho mayor en el intervalo intermedio 156, y a un ancho mayor en el intervalo 154. En modalidades, los bloques 160, 164 pueden ser bloques sólidos convencionales, o pueden ser bloques huecos, con o sin lengüetas 730 y cavidades 732 (véanse las Figuras 15C - 15D) para entrelazar.

La Figura 10 muestra un arreglo de puertos 200 en porciones de la pared 202 en el intervalo cercano 208 de 3 columnas, 3 hileras adyacente a un extremo abierto (salida) del túnel, un intervalo intermedio similar 206, y un intervalo lejano similar 204 adyacente a un extremo cerrado del túnel. En estos ejemplos, los puertos 200 comprenden aberturas pasantes 210 que tienen un perfil generalmente circular que comprenden los pasajes de flujo formados en una región central de los bloques 212, mientras que los bloques 214 no están perforados. Los bloques 212 con los pasajes de flujo 210 están dispuestos en hileras alternas con los bloques 214 sin perforar. Las aberturas 210 están dispuestas en tamaño de manera que los diámetros aumentan desde un diámetro más pequeño en el intervalo cercano 208, a un diámetro mayor en el intervalo intermedio 206, y a un diámetro mayor en el intervalo 204. Las aberturas 210 pueden formarse en los bloques 212 antes (pretaladrados o prefabricados, por ejemplo), durante, o después de la construcción de la pared 202.

En las modalidades de la Figura 11, la correspondencia de los dos últimos dígitos en los números de referencia indica una correspondencia similar con las partes o componentes que se muestran en la Figura 10. La Figura 11 muestra un arreglo de puertos 300 en porciones de la pared 302 en el intervalo cercano 308 de 3 columnas, 3 hileras adyacente a un extremo abierto (salida) del túnel, un intervalo intermedio similar 306, y un intervalo lejano similar 304 adyacente a un extremo cerrado del túnel. En estas modalidades, los puertos 300 comprenden aberturas circulares 310 formadas en una región central de los bloques 312, y los bloques 314 no están perforados, como en la Figura 10.

Las aberturas 310 en estas modalidades, sin embargo, son de un tamaño o diámetro o perfil uniforme, en donde los insertos 316 tienen una porción o placa generalmente plana 318 con un diámetro exterior coincidente u otro perfil para recibir en los puertos 300, y pasajes de flujo de tamaño variable 320 están formados como orificios circulares en cada uno de los insertos 316. Los insertos pueden estar hechos de un material resistente al calor, como una cerámica refractaria, por ejemplo, alúmina, mullita o una combinación de los mismos, y pueden fijarse en los puertos 300 por medio de un perfil coincidente y opcionalmente entrelazado y/o con mortero refractario o cemento. Los orificios 320 están dispuestos en tamaño de manera que los diámetros aumentan desde un diámetro más pequeño en el intervalo cercano 308, a un diámetro mayor en el intervalo intermedio 306, y a un diámetro mayor en el intervalo 304. Estas modalidades permiten que se usen los mismos bloques 312, 314 para facilitar la construcción de la pared 302 sin preocuparse por la colocación adecuada de los bloques 312, que tienen todos los puertos 300 del mismo tamaño, mientras que los insertos 316 son preferiblemente prefabricados, por ejemplo, pretaladrados o prefabricados, con el o los tamaños deseados de los orificios 320, para la colocación en los puertos 300 antes, o preferiblemente durante o después de la construcción de la pared 302.

En algunas modalidades, los insertos 316 se proporcionan en conjuntos de tamaños estándar de los orificios 320, por ejemplo, un diámetro más pequeño de 12,7 mm (0,5 pulg.) o 19,1 mm (0,75 pulg.) incrementado en 3,17 mm (0,125 pulg.) hacia arriba a 31,8 (1,25 pulg.) -44,4 mm (1,75 pulg.), y luego se incrementa en 6,35 mm (0,25 pulg.) hasta un diámetro mayor de 63,5 mm (2,5 pulg.) o 76,2 mm (3 pulg.). Por ejemplo, en algunas modalidades, los insertos 316 pueden tener los siguientes diámetros estándar para el paso 320:

Tabla 2. Tamaños de orificio ilustrativos para insertos

3,17 mm (0,125 pulg.) 6,35 mm (0,25 pulg.)

Tamaños de Orificio Incremen s de Orificio incrementados

19,1 mm (0,75 pulg.) 38,1 mm (1,5 pulg.)

25,4 mm (1 pulg.) 44,4 mm (1,75 pulg.)

28,6 mm (1,125 pulg.) 50,8 mm (2 pulg.)

31,8 mm (1,25 pulg.) 57,2 mm (2,25 pulg.)

34,9 mm (1,375 pulg.) 63,5 mm (2,5 pulg.)

38,1 mm (1,5 pulg.)

69,8 mm (2,5 pulg.)

En las modalidades de la Figura 12, la correspondencia de los dos últimos dígitos en los números de referencia indica una correspondencia similar con las partes o componentes que se muestran en la Figura 11. La Figura 12 muestra un arreglo de puertos 400 en porciones de la pared 402 en el intervalo cercano 408 adyacente a un extremo abierto (salida) del túnel, un intervalo intermedio 406 y un intervalo lejano 404 adyacente a un extremo cerrado del túnel. Como en la Figura 11, los puertos 400 comprenden perfiles circulares 410 formados en una región central de los bloques 412, pero todos los bloques 412 están formados con los puertos 400 (sin bloques o hileras imperforados). Como en la Figura 11, los perfiles 410 son de un tamaño o diámetro uniforme, los insertos 416 tienen una placa 418 con un diámetro exterior coincidente u otro perfil para la recepción en los puertos 400, y orificios 420 de tamaño variable dispuestos de manera que los diámetros aumentan desde el diámetro más pequeño en el intervalo cercano 408, a un diámetro mayor en el intervalo intermedio 406, y a un diámetro más grande en el intervalo 404. Los insertos de punta 416 pueden tener un intervalo de "tamaños estándar" para los orificios 420 como en la Tabla 2, por ejemplo, proporcionados como un inventario de conjuntos de insertos de cada tamaño estándar.

En las modalidades de la Figura 13, la correspondencia de los dos últimos dígitos en los números de referencia indica una correspondencia similar con las partes o componentes que se muestran en la Figura 12. La Figura 13 muestra un arreglo de puertos no circulares 500, por ejemplo, un perfil rectangular o cuadrado, en porciones de la pared 502 en el intervalo cercano 508 adyacente a un extremo abierto (salida) del túnel, un intervalo intermedio 506 y un intervalo lejano 504 adyacente a un extremo cerrado del túnel. Los puertos 500 cuadrados o rectangulares están formados en una región central de los bloques 512. Como en la Figura 12, los puertos 500 son de un tamaño uniforme, los insertos 516 tienen una placa 518 con un perfil coincidente para recibirlos en los puertos 500, y orificios 520 de tamaño variable dispuestos de manera que los diámetros aumentan desde un diámetro más pequeño en el intervalo cercano 508, a un diámetro mayor en el intervalo intermedio 506, y a un diámetro más grande en el intervalo 504. Los insertos 516 pueden tener un intervalo de tamaños estándar para los orificios 520 como en el ejemplo de la Tabla 2.

En las modalidades de la Figura 14, la correspondencia de los dos últimos dígitos en los números de referencia indica una correspondencia similar con las partes o componentes que se muestran en la Figura 11. La Figura 14 muestra un arreglo de puertos 600 en porciones de la pared 602 en el intervalo cercano 608 adyacente a un extremo abierto (salida) del túnel, un intervalo intermedio 606 y un intervalo lejano 604 adyacente a un extremo cerrado del túnel. Como en la Figura 11, los puertos 600 comprenden perfiles circulares 610 formados en una región central de los bloques 612, pero en cada hilera cada tercer bloque 614 está imperforado en un patrón de desplazamiento. Como en la Figura 11, los perfiles 610 son de un tamaño o diámetro uniforme, los insertos 616 tienen una placa 618 con un diámetro exterior coincidente u otro perfil para la recepción en los puertos 600, y orificios 620 de tamaño variable dispuestos de manera que los diámetros aumentan desde el diámetro más pequeño en el intervalo cercano 608, a un diámetro mayor en el intervalo intermedio 606, y a un diámetro más grande en el intervalo 604. Los insertos 616 pueden tener nuevamente un intervalo de tamaños estándar para los orificios 620 como en el ejemplo de la Tabla 2.

En las modalidades de las Figuras 15A-15B, la correspondencia de los dos últimos dígitos en los números de referencia indica una correspondencia similar con las partes o componentes que se muestran en la Figura 14. Las Figuras 15A-15B muestran un arreglo de puertos 700 en porciones de la pared 702 en el intervalo cercano 708 adyacente a un extremo abierto (salida) del túnel, un intervalo intermedio 706, y un intervalo lejano 704 adyacente a un extremo cerrado del túnel. Los puertos 700 tienen un perfil semicircular y hay dos puertos formados en cada bloque 712, uno en cada mitad alineado horizontalmente de manera que en la pared construida 702 los puertos están dispuestos en hileras correspondientes a las hileras de bloques 712 y columnas correspondientes a las mitades solapadas de los bloques apilados 712.

Como en la Figura 14, los puertos 700 de la Figura 15A son de un tamaño o perfil uniforme, los insertos 716 tienen una placa 718 con un perfil de perímetro exterior coincidente para recibirlos en los puertos 700, y orificios 720 de tamaño variable dispuestos en tamaño de manera que los diámetros aumentan desde un diámetro más pequeño en el intervalo cercano 708, a un diámetro mayor en el intervalo intermedio 706, y a un diámetro más grande en el intervalo 704. Los insertos 716 pueden tener un intervalo de tamaños estándar para los orificios 720 como en la Tabla 2. Los intervalos 704, 706, 708 pueden comprender una sola columna de puertos 700 o múltiples columnas. Además, los tamaños de los orificios en cualquier intervalo o columna pueden ser diferentes para ajustar la conductividad del flujo total y/o el flujo de los gases de combustión según se desee, por ejemplo, cuando los orificios de todos los tamaños estándar proporcionarían demasiada o muy poca área de flujo, los tamaños de los orificios pueden mezclarse seleccionando uno o más tamaños de orificios más grandes o más pequeños para obtener la aproximación más cercana al área de flujo deseada, es decir, mezclando y emparejando los tamaños de orificios disponibles. En general, se desea usar tamaños de orificios en cada intervalo que no sean radicalmente diferentes para evitar introducir relativamente más gas de combustión en algunas áreas del intervalo o columna, por ejemplo, mediante el uso sólo 2 o 3 tamaños de orificios diferentes que sean todos adyacentes en la serie de tamaños, como mezclar orificios de 34,9 mm y 38,1 mm en el mismo intervalo, en lugar de orificios de 28,6 mm y 38,1 mm, por ejemplo. En algunas modalidades, cada intervalo no tiene más de 3 tamaños de orificio diferentes, o no más de 2 tamaños de orificio diferentes, o sólo 1 tamaño de orificio.

La Figura 15B es similar a la Figura 15A excepto que las columnas alternas de los puertos 700 están equipadas con uno o más tapones 722, que pueden ser versiones imperforadas o sin perforar de los insertos 716, donde puede desearse eliminar los puertos o ajustar de cualquier otra manera el patrón de disposición de los puertos. En algunas modalidades, algunos de los tapones 722 se usan para proporcionar puntos de puntos de acoplamiento para tirantes.

Las Figuras 15C - 15D muestran un bloque refractario apilable y entrelazado 712 con puertos preformados 700 que puede usarse para construir la pared 702 en las Figuras 15A-15B. El bloque 712 puede tener lengüetas 730 en una superficie superior que puede recibirse en una cavidad 732 correspondiente formado en una porción inferior del bloque 712 para apilamiento superpuesto, por ejemplo, las lengüetas 730 de bloques adyacentes pueden encajar en lados respectivos de la misma cavidad 732 de un bloque 712 apilado en el tope superior y solapado a las lengüetas de los bloques adyacentes como se ve mejor en la Figura 15D.

Con referencia a la Figura 16A, en algunas modalidades los puertos 800 en las paredes 802 pueden estar equipados con desviadores de flujo direccionales 850 para promover la circulación dentro del túnel 842, por ejemplo, para facilitar la mezcla del gas de combustión con un agente reductor tal como amoniaco o solución de urea introducida en el túnel 842 a través de la tobera rociadora 852, que puede estar ubicada en el extremo cerrado 854 del túnel. El agente reductor facilita menores emisiones de Nüx mediante el uso una técnica de reducción selectiva no catalítica, y la mezcla mejorada lograda por los desviadores de flujo 850 puede aumentar la mezcla y así aumentar el tiempo de residencia en el túnel y la eficiencia del contacto entre el agente reductor disociado y cualquier Nüx contenido en el gas de combustión. El patrón 855 de flujo mixto en sentido antihorario-sentido horario indicado en la Figura 16A se desarrolla cuando los desviadores 850 dirigen el gas de combustión 856 entrante hacia abajo (o hacia arriba) en cualquier lado, y por lo tanto hacia arriba (o hacia abajo) en el medio.

Otro arreglo se muestra en la Figura 16B como otro ejemplo, los desviadores 850 de flujo están apuntados con los desviadores 850 en el lado izquierdo dirigiendo el gas de combustión entrante 856 hacia abajo, y hacia arriba en el lado derecho, para efectuar un patrón de circulación circular 858.

Como alternativa adicional que demuestra otro efecto de circulación cambiando la dirección de los desviadores 850, por ejemplo, pueden apuntar horizontalmente o en un ángulo hacia el extremo cerrado 854 para promover el mezclado posterior. Una configuración de entrada de mezclado posterior (no se muestra) en los desviadores de flujo 850 puede incluir acomodación para el efecto de cualquier presión de velocidad o traslación venturi en los cálculos de caída de presión para la entrada de gas de combustión en los puertos 800.

La Figura 17 muestra una modalidad de un desviador de flujo 850 provisto en forma de un inserto 816 que tiene una porción desviadora hemisférica 860 formada con una abertura 862 en el extremo de un manguito 864 en el lado de salida. Una porción de manguito agrandado 866 proporciona una superficie anular 868 para apoyarse contra un reborde en el puerto y puede ayudar a ubicar y estabilizar el inserto 816 en el puerto, por ejemplo, donde el puerto tiene un perfil tal como un diámetro interior que coincide con el del diámetro exterior u otro perfil de la parte de manguito agrandado 866. Si se desea, todos los insertos 816 o algunos seleccionados también pueden estar provistos de un orificio para controlar la entrada de gases de combustión en el túnel 842, como en cualquiera de las Figuras 10-15C. El desviador de flujo 850 puede estar hecho de un material resistente al calor, como una cerámica refractaria, por ejemplo, alúmina, mullita o una combinación de los mismos, y puede asegurarse en los puertos 300 por medio de un perfil coincidente y opcionalmente entrelazado y/o con mortero refractario o cemento.

Ejemplo

Las Figuras 18A-18B muestran un ejemplo de un diseño para una pared de túnel interior 900 de un reformador de metano de vapor de acuerdo con la presente invención, mediante el uso los tamaños de orificio de la Tabla 3 para insertos en bloques de 22,86 cm (9") por 45,72 cm (18") con 2 orificios insertados en cada bloque. En este ejemplo, el túnel tiene 29 m de largo y 3,05 m de alto, mediante el uso de 5 hileras de bloques 902 con insertos sobre 1 hilera de bloques sólidos 904 en el piso del horno. La pared del túnel 900 tiene 30 bloques de largo, incluidos intervalos de 561 columnas de orificios insertados a 2 por longitud del bloque 902, y 1 bloque sólido (2 columnas de semibloques solapados) en cada extremo. Los intervalos 1 a 26 numerados desde el extremo cerrado del túnel se muestran en la Figura 18A, y los intervalos 27 a 56 acercándose al extremo abierto en la Figura 18B. Los insertos en los bloques 902 se designan A a L en las Figuras 18A-18B de acuerdo con el tamaño decreciente como se muestra en la Tabla 3.

Tabla 3. Tamaños de orificio estándar para insertos en el ejemplo de las Figuras 18A-18B

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Tabla 4. Configuración de Intervalo en el Ejemplo de la Figura 18A-18B

Intervalo Orificios Área de Flujo total, Intervalo Orificios Área de Flujo total, (1-28) usados cm2 (pulg.2) 29-56) usados cm2 (pulg.2)

1 10 A 383 (59,4) 29 4 F; 6 G 142 (22,06)

2 8 A; 2 B 368 (57,33) 30 2 F; 8 G 137 (21,4)

3 6 A; 4 B 355 (55,27) 31 10 G 133 (20,74)

4 4 A; 6 B 341 (53,21) 32 8 G; 2 H 129 (20,13)

5 2 A; 8 B 328 (51,15) 33 6 G; 4 H 125 (19,51)

6 10 B 315 (49,09) 34 4 G; 6 H 121 (18,9)

7 8 B; 2 C 303 (47,22) 35 2 G; 8 H 117 (18,29)

8 6 B; 4 C 291 (45,36) 36 10 H 113 (17,67)

9 4 B; 6 C 279 (43,49) 37 8 H; 2 I 110 (17,11)

10 2 B; 8 C 267 (41,63) 38 6 H; 4 I 106 (16,54)

11 10 C 255 (39,76) 39 4 H; 6 I 103 (15,98)

12 8 C; 2 D 244 (38,09) 40 2 H; 8 I 98,9 (15,41)

13 6 C; 4 D 234 (36,42) 41 10 I 95,3 (14,85)

14 4 C; 6 D 223 (34,75) 42 8 I; 2 J 91,9 (14,33)

15 2 C; 8 D 212 (33,08) 43 6 J; 4 J 88,7 (13,82)

16 10 D 202 (31,42) 44 4 I; 6 J 85,3 (13,3)

17 8 D; 2 E 197 (30,66) 45 2 I; 8 J 82,1 (12, 79)

18 6 D; 4 E 192 (29,89) 46 10 J 78,7 (12,27)

19 4 D; 6 E 187 (29,13) 47 8 J; 2 K 75,8 (11,81)

20 2 D; 8 E 182 (28,37) 48 6 J; 4 K 72,8 (11,34)

21 10 E 177 (27,61) 49 4 J; 6 K 69,7 (10,87)

22 8 E; 2 F 173 (26,9) 50 2 J; 8 K 66,8 (10,41}

23 6 E; 4 F 168 (26J9) 51 10 K 63,8 (9,94)

24 4 E; 6 F 163 (25,48)

52 8K ; 2 L 61,1 (9,52) Continuación

Intervalo Área de Flujo tota tervalo Área de Flujo total, Orificios usados _(1-28) cm2 (pulg.2) _29-56) Orificios usados cm2 (pulg.2)

25 2 E; 8 F 159 (24,76) 53 6 K; 4 L 58,4 (9,11)

26 10 F 154 (24,05) 54 4 K; 6 L 55,8 (8,69)

27 8 F; 2 G 150 (23,39) 55 2 K; 8 L 64,9 (8,27)

28 6 F;4 G 146 (22,73)

56 10 L 50,6 (7,85)

Los intervalos están etiquetados de 1 a 56 en la parte superior de la pared 900, donde el intervalo 1 está cerca del extremo cerrado 906 y el intervalo 56 está cerca del extremo abierto 908. El tamaño de los Orificios usados en cada bloque se indica esquemáticamente en la Figura 18 mediante la letra A a la L de acuerdo con la Tabla 3. El número de Orificios de cada tamaño usados en cada intervalo (ambas paredes) y el área de flujo total de cada intervalo (ambas paredes) se dan en la Tabla 4.

En este ejemplo, la conductividad general del flujo de gases de combustión de cada intervalo se ajusta, ajustando el área de flujo de la sección transversal mediante el uso orificios de 1 ó 2 conjuntos de tamaños de orificios disponibles en cada columna, por ejemplo, el intervalo 1 usa 10 (5 en cada pared del túnel interior) de los insertos con los orificios "A", el intervalo 2 usa 8 A y 2 B, y así sucesivamente. Los orificios más pequeños en cada intervalo se colocan en forma ascendente en las hileras inferiores para dirigir menos gas de combustión a las hileras inferiores, correspondientes a los extremos inferiores sensibles a la temperatura de los tubos del reactor.

Aunque sólo unas pocas modalidades ilustrativas se han descrito en detalle anteriormente, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que son posibles muchas modificaciones en las modalidades de ejemplo sin apartarse materialmente de esta descripción. Por ejemplo, cualquier modalidad descrita específicamente puede usarse en cualquier combinación o permutación con cualquier otra modalidades específica descrita en la presente descripción. En consecuencia, se pretende incluir todas estas modificaciones dentro del alcance de esta descripción como se define en las reivindicaciones siguientes.

Claims (16)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un túnel de horno (1) que define un canal de flujo para que el gas de combustión desde una cámara de combustión (F) pase a un extremo abierto (12) del túnel (1), que comprende:

   una estructura refractaria longitudinal (302; 402; 502; 602; 702) que separa el canal de flujo de la cámara de combustión (F);

   una pluralidad de puertos (300;400;500;600;700) formados en la estructura refractaria (302; 402; 502; 602; 702) para que el gas de combustión ingrese al canal de flujo desde la cámara de combustión (F); un patrón de separación regular de los puertos (300; 400; 500; 600; 700) a lo largo de la estructura refractaria (302; 402; 502; 602; 702); y

   un paso a través de cada uno de los puertos respectivos (300; 400; 500; 600; 700);

   en donde la estructura refractaria comprende bloques (312; 412; 512; 612; 712), en donde los puertos (300; 400; 500; 600; 700) están formados integralmente en al menos algunos de los bloques (312; 412; 512; 612; 712), en donde los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) se reciben en los puertos (300; 400; 500; 600; 700), y en donde las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) en los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) definen áreas de flujo en sección transversal a través de los pasajes respectivos y, por lo tanto, las conductividades de flujo correspondientes de los puertos;

   en donde las áreas de sección transversal de las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) en los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) están configuradas para proporcionar conductividades de flujo relativamente variadas entre los puertos (300; 400; 500; 600; 700) para controlar la entrada de gases de combustión en el canal de flujo.
2. 2. El túnel de horno (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura refractaria comprende (702) bloques entrelazados (712).
3. 3. El túnel de horno (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los puertos (300; 400; 500; 600; 700) tienen un perfil uniforme y reciben insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) que tienen un perfil coincidente, y en donde las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) en algunos de los insertos tienen un área de flujo en sección transversal mayor con respecto a las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) de algunos de los otros insertos (316; 416; 516; 616; 716).
4. 4. El túnel de horno (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en en donde los puertos (300; 400; 500; 600; 700) tienen un perfil uniforme y reciben insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) que tienen un perfil coincidente, en donde los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) comprenden conjuntos de una pluralidad de insertos (316; 416; 516; 616; 716), en donde las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) dentro de cada conjunto de los insertos (316; 416; 516; 616; 716) tienen un área de flujo transversal uniforme que difiere con respecto al otro o más conjuntos de insertos (316; 416; 516; 616; 716).
5. 5. El túnel de horno (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los puertos (300; 400; 500; 600; 700) están dispuestos en una pluralidad de intervalos que comprenden un intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708) adyacente al extremo abierto (12), un intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704) separado del extremo abierto (12), y una pluralidad de intervalos intermedios (306; 406; 506; 606; 706) entre los intervalos cercanos y lejanos, en donde los pasajes a través de los puertos (300; 400; 500; 600; 700) proporcionan al intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704) un área de flujo transversal total mayor que el área de flujo transversal total del intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708), y en donde el área de flujo transversal general de los respectivos intervalos intermedios (306; 406; 506; 606; 706) aumenta sucesivamente desde el intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708) al intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704).
6. 6. El túnel de horno (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:

   los puertos (300; 400; 500; 600; 700) están dispuestos en una pluralidad de intervalos que comprenden un intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708) adyacente al extremo abierto (12), un intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704) separado del extremo abierto (12), y una pluralidad de intervalos intermedios (306; 406; 506; 606; 706) entre los intervalos cercanos y lejanos,

   cada uno de los intervalos cercanos, lejanos e intermedios tiene el mismo número de puertos (300; 400; 500; 600; 700);

   los puertos (300; 400; 500; 600; 700) tienen un perfil uniforme y reciben insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) que tienen un perfil coincidente;

   en donde los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) comprenden una pluralidad de conjuntos de insertos, cada conjunto de insertos (316; 416; 516; 616; 716) que tiene un diámetro de perforación uniforme; en donde el intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704) tiene un área de flujo transversal general mayor que el área de flujo transversal general del intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708), y el área de flujo en sección de los respectivos intervalos intermedios (306; 406; 506; 606; 706) aumenta sucesivamente desde el intervalo cercano al intervalo lejano.
7. 7. El túnel de horno (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde los insertos (316; 416; 516; 616; 716) en un intervalo respectivo comprenden insertos (316; 416; 516; 616; 716) de uno solo de la pluralidad de conjuntos de insertos.
8. 8. El túnel del horno (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde los insertos (316; 416; 516; 616; 716) en un intervalo respectivo comprenden insertos (316; 416; 516; 616; 716) de una pluralidad de diferentes conjuntos de insertos.
9. 9. El túnel del horno (1) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además uno o más desviadores de flujo direccional (850) instalados en los puertos (800) para promover la circulación de los gases de combustión en el túnel.
10. 10. Un método que comprende:

    hacer pasar los gases de combustión desde una cámara de combustión (F) a través de una estructura refractaria longitudinal (302; 402; 502; 602; 702) de un túnel (1), la estructura refractaria (302; 402; 502; 602; 702) que comprende los bloques (312; 412; 512; 612; 712);

    colocar pasajes en los respectivos puertos (300; 400; 500; 600; 700) formados integralmente en, al menos, algunos de los bloques y distribuidos uniformemente a lo largo de la estructura refractaria (302; 402; 502; 602; 702) para admitir el gas de combustión en un canal de flujo en el túnel (1);

    controlar los caudales relativos del gas de combustión a través de los puertos (300; 400; 500; 600; 700) al proporcionar a algunos de los pasajes una conductividad de flujo diferente con relación a los otros pasajes; y

    colocar insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) en los respectivos puertos (300; 400; 500; 600; 700), las perforaciones en los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) que definen áreas de flujo en sección transversal a través de los pasajes respectivos y, por lo tanto, las conductividades de flujo correspondientes de los puertos;

    en donde las áreas de sección transversal de las perforaciones en los insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716) están configuradas para proporcionar conductividades de flujo relativamente variadas entre los puertos (300; 400; 500; 600; 700) para controlar la entrada de gases de combustión en el canal de flujo.
11. 11. El método de la reivindicación 10, que comprende además dividir la longitud de la estructura refractaria (302;

    402; 502; 602; 702) en una pluralidad de intervalos regulares que tienen el mismo número de puertos (300; 400; 500; 600; 700), en donde la conductividad de flujo global de algunos de los intervalos es diferente con relación a los otros intervalos.
12. 12. El método de la reivindicación 10, que comprende además dividir la longitud de la estructura refractaria (302;

    402; 502; 602; 702) en una pluralidad de intervalos regulares que tienen el mismo número de puertos (300; 400; 500; 600; 700), en donde la conductividad general del flujo de intervalos sucesivos aumenta desde un intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708) adyacente a un extremo abierto (12) del túnel (1) hasta un intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704) adyacente a un extremo cerrado (14) del túnel (1).
13. 13. El método de la reivindicación 10, que comprende además dividir la longitud de la estructura refractaria (302;

    402; 502; 602; 702) en una pluralidad de intervalos regulares que tienen el mismo número de puertos (300; 400; 500; 600; 700), y distribuir uniformemente un caudal másico del gas de combustión que ingresa al túnel (1) entre los intervalos de manera que el caudal másico del gas de combustión a través de cada intervalo no sea más del 2 % mayor o menor que el promedio general del caudal másico a través de los intervalos.
14. 14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde los insertos (316; 416; 516; 616; 716) y los puertos (300; 400; 500; 600; 700) tienen perfiles coincidentes, en donde los insertos (316; 416; 516; 616; 716) comprenden conjuntos de insertos perforados (316; 416; 516; 616; 716), en donde las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) dentro de cada conjunto de insertos (316; 416; 516; 616; 716) tienen un área de flujo de sección transversal uniforme que difiere con respecto al otro o más conjuntos de insertos (316; 416; 516; 616; 716).
15. 15. El método de la reivindicación 14, que comprende además, dividir la longitud de la estructura refractaria (302;

    402; 502; 602; 702) en una pluralidad de intervalos regulares que tienen el mismo número de puertos (300; 400; 500; 600; 700), en donde los intervalos comprenden un intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708) adyacente a un extremo abierto (12) del túnel (1), un intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704) separado del extremo abierto (12), y una pluralidad de intervalos intermedios (306; 406; 506; 606; 706) entre los intervalos cercano y lejano, en donde las perforaciones (320; 420; 520; 620; 720) en los insertos (316; 416; 516; 616; 716) proporcionan al intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704) un área de flujo transversal general relativamente mayor que el área de flujo transversal general del intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708), y en donde el área de flujo transversal total de los respectivos intervalos intermedios (306; 406; 506; 606; 706) aumenta sucesivamente desde el intervalo cercano (308; 408; 508; 608; 708) hacia el intervalo lejano (304; 404; 504; 604; 704).
16. 16. El método de la reivindicación 15, en donde los insertos (316; 416; 516; 616; 716) en cada intervalo comprenden los insertos (316; 416; 516; 616; 716) de una pluralidad de los diferentes conjuntos de insertos.