ES2929937T3 - Reducción del ensuciamiento en la combustión localizada - Google Patents

Reducción del ensuciamiento en la combustión localizada Download PDF

Info

Publication number
ES2929937T3
ES2929937T3 ES18786486T ES18786486T ES2929937T3 ES 2929937 T3 ES2929937 T3 ES 2929937T3 ES 18786486 T ES18786486 T ES 18786486T ES 18786486 T ES18786486 T ES 18786486T ES 2929937 T3 ES2929937 T3 ES 2929937T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fuel
furnace
fed
port
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES18786486T
Other languages
English (en)
Inventor
Osemwengie Iyoha
Jesse Cates
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Praxair Technology Inc
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Praxair Technology Inc filed Critical Praxair Technology Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2929937T3 publication Critical patent/ES2929937T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F23C6/047Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235Heating the glass
    • C03B5/2353Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00Staged combustion
    • F23C2201/10Furnace staging
    • F23C2201/101Furnace staging in vertical direction, e.g. alternating lean and rich zones
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00Staged combustion
    • F23C2201/10Furnace staging
    • F23C2201/102Furnace staging in horizontal direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00Staged combustion
    • F23C2201/30Staged fuel supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/06041Staged supply of oxidant
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Abstract

En la combustión por etapas, en la que el combustible se alimenta a un horno, y menos de todo el oxidante gaseoso necesario para quemar completamente el combustible se alimenta con el combustible y se quema, proporcionando combustible no quemado y la porción restante del oxidante gaseoso necesario para quemar el combustible. se alimenta al horno a través de un segundo puerto, el combustible se alimenta y se quema en el segundo puerto para calentar el segundo puerto y disminuir la tendencia a que se formen depósitos en el segundo puerto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Reducción del ensuciamiento en la combustión localizada
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la combustión en hornos industriales tales como hornos de fusión de vidrio, hornos de cemento, incineradoras y similares. También se refiere a la combustión por etapas para disminuir la formación de óxidos de nitrógeno.
Antecedentes de la invención
La combustión escalonada se usa en hornos, por ejemplo, hornos de vidrio de oxicombustible, para reducir la generación y emisiones de NOx. En la combustión escalonada, el combustible y el oxidante gaseoso se introducen en una zona de combustión en una relación subestequiométrica y se queman. Por subestequiométrico se entiende que la cantidad de oxidante gaseoso que se introduce con el combustible no es suficiente para quemar completamente el combustible alimentado. Las bajas concentraciones de oxígeno y nitrógeno muy cerca de la llama de alta temperatura reducen la cantidad de NOx que se forma. El equilibrio de la cantidad de oxidante (denominado en la presente memoria como “oxígeno escalonado” ) que es necesario para completar la combustión del combustible se introduce en una ubicación diferente dentro de la unidad de combustión. Sin embargo, se ha descubierto que cuando se lleva a cabo la combustión escalonada con oxicombustible, la abertura del puerto desde el que se alimenta el oxígeno escalonado es muy susceptible al ensuciamiento y el deterioro, obturando rápidamente esta abertura del puerto.
La presente invención resuelve estos inconvenientes de la combustión escalonada.
US-2001/039813 A1 se refiere a un horno de vidrio industrial que comprende un quemador de oxicombustible de combustión escalonada montado en el techo del horno para proporcionar calor para fundir los materiales de vidrio del lote. US-5.931.654 se refiere a una boquilla que inyecta un gas principal de alta velocidad en una zona de combustión de un horno y que está ubicada en un paso rebajado desde la abertura del orificio de salida del paso que se comunica con la zona de combustión; un gas de purga que tiene una velocidad de al menos 100 pies/s (30 m/s) se desplaza hasta el paso aguas arriba de la boquilla para evitar que los gases del horno entren en el paso y ataquen la boquilla.
Breve resumen de la invención
La presente invención se refiere a un método para quemar combustible en un horno como se define en la reivindicación 1, que comprende:
(A) alimentar una primera corriente de combustible al horno, alimentar una primera corriente de oxidante gaseoso al horno en una cantidad que proporcione menos oxígeno que la cantidad de oxígeno que es necesaria para quemar completamente el combustible que se alimenta en dicha primera corriente de combustible, y quemar el combustible en la primera corriente de combustible con el oxígeno en la primera corriente de oxidante gaseoso en el horno para producir una mezcla de productos de combustión y combustible quemado de forma incompleta;
(B) alimentar una segunda corriente de combustible hacia el espacio interior de un puerto que está rebajado en una pared del horno y que se abre hacia el interior del horno, y alimentar una segunda corriente de oxidante gaseoso al espacio interior del puerto en una cantidad que proporciona un exceso estequiométrico de oxígeno con respecto al combustible que se alimenta en la segunda corriente de combustible, y quemar el combustible y el oxígeno gaseoso que se han alimentado al espacio interior del puerto en una llama cuya base está dentro del puerto (5) y proporcionar una liberación de calor de combustión dentro del puerto (5) de 80 % a 95 %, para calentar el puerto hasta al menos 816 °C (1500 0F) y producir una segunda mezcla, que comprende productos de dicha combustión y oxígeno sin reaccionar de la segunda corriente de oxidante, que está a una temperatura de al menos 816 0C (1500 0F) y que llena el segundo puerto; y
(C) pasar la segunda mezcla al horno y quemar de forma incompleta el combustible quemado en el horno con dicho oxígeno sin reaccionar.
Una realización preferida de la invención es un método para producir vidrio fundido, que comprende
alimentar ingredientes para fabricación de vidrio que contienen material seleccionado del grupo que consiste en óxidos, hidróxidos, silicatos y sulfatos de sodio y potasio, y mezclas de los mismos, a un horno de fusión de vidrio, y fundir los ingredientes para fabricación de vidrio en el horno mediante el calor de combustión que se genera por el método de la reivindicación 1.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista en sección transversal de una parte de un horno dónde puede llevarse a la práctica la presente invención.
La Figura 2 es una vista en planta de una parte de una pared de un horno dónde puede llevarse a la práctica la presente invención.
La Figura 3 es una vista en perspectiva de un horno dónde puede llevarse a la práctica la presente invención.
La Figura 4 es una vista en sección transversal de una parte de otra realización de un horno dónde puede llevarse a la práctica la presente invención.
La Figura 5 es una vista en planta de una parte de una pared de otra realización de un horno dónde puede llevarse a la práctica la presente invención.
La Figura 6 es una vista en planta de una parte de una pared de otra realización más de un horno dónde puede llevarse a la práctica la presente invención.
Descripción detallada de la invención
La presente invención es útil en cualquier horno del tipo que incluye un espacio cerrado en el que se produce la combustión para calentar el material que está presente en el espacio cerrado. El calor puede usarse para fundir o fusionar material, tal como con hornos de fusión de vidrio y hornos de cemento, o para incinerar material, tal como con incineradoras. Como se describe a continuación, una aplicación preferida es un horno de fusión de vidrio, especialmente hornos de fusión de vidrio que funden material con tendencia a producir emanaciones de sustancias que se pueden condensar sobre superficies de los quemadores y sus puertos asociados.
La presente invención se implementa en hornos en donde la primera corriente de combustible anteriormente mencionada y la primera corriente de oxidante gaseoso anteriormente mencionada se alimentan hacia el interior del horno a través de una o más de una abertura que se denominan en la descripción de la presente memoria como salidas, y en donde la segunda corriente de combustible anteriormente mencionada y la segunda corriente de oxidante gaseoso anteriormente mencionada se alimentan hacia el interior del horno a través de una o más de una abertura que se denominan en la descripción de la presente memoria como puertos.
Los hornos en los que puede implementarse la presente invención pueden tener de una a cincuenta salidas, y pueden tener de uno a cincuenta puertos, dependiendo de consideraciones de diseño convencionales que incluyen el tamaño del horno y la distribución deseada de calor de combustión al material en el horno que se va a calentar o fundir. De forma típica, habrá salidas y puertos en paredes del horno opuestas entre sí, es decir, en ambas caras del horno. Otras disposiciones preferidas para las salidas y los puertos se describen en la presente memoria.
La Figura 3 muestra un horno 100 representativo dónde puede llevarse a la práctica la presente invención. Las paredes 1 forman el espacio cerrado anteriormente mencionado que sujeta el material 101 a calentar o fundir en el horno. De forma típica, el horno también tiene un techo (no mostrado, para ilustrar mejor el interior del horno) que está soportado por las paredes y que ayuda a contener el calor que es generado en el horno. Se muestran las salidas 4 y los puertos 5 por los que se alimentan el oxidante y el combustible que se queman como se describe en la presente memoria, como las fuentes 10 y 11 respectivas de oxidante y las fuentes 14 y 15 de combustible que se describen detalladamente en la presente memoria. La Figura 3 muestra tres salidas 4 y tres puertos 5 en una pared 1, y las líneas de alimentación que se extienden desde las fuentes 10, 11, 14 y 15 indican la presencia de tres salidas y tres puertos en la pared 1 enfrentada.
Sin embargo, los hornos dónde puede implementarse la presente invención pueden tener salidas 4 adicionales y puertos 5 adicionales a lo largo de cada pared, que funcionan como se describe en la presente memoria.
Las Figuras 1 y 2 muestran una disposición representativa de las salidas 4 y los puertos 5 con los que puede implementarse esta invención. La Figura 1 muestra en sección transversal una parte de una pared 1 que es una de las paredes que definen el espacio interior 2 cerrado dentro del cual se produce la combustión. En esta vista en sección transversal se muestran una salida 4 representativa y un puerto 5 representativo.
En la Figura 1, la salida 4 incluye espacio interior 6 que está rebajado desde la superficie interior 3 de la pared 1 y que se abre hacia el espacio interior 2 del horno. Las salidas 4 con las que puede implementarse la presente invención pueden estar a ras con la superficie interior 3 de la pared 1, lo que significa que el combustible y el oxidante gaseoso emergen directamente en el interior del horno desde los respectivos pasos a los que se alimentan. Esta realización se representa en la Figura 4.
El puerto 5 incluye un espacio interior 7 que está rebajado desde la superficie interior 3 y que se abre hacia el espacio interior 2. En esta realización mostrada en las Figuras 1 y 2, la salida 4 se coloca a más altura que el puerto 5. Preferiblemente, la salida 4 está de manera vertical directamente encima del puerto 5, como se muestra en la Figura 2. Si está presente más de una salida, están dispuestas entre sí preferiblemente en el mismo plano horizontal, como se muestra en la Figura 2. Similarmente, si está presente más de un puerto, están dispuestos entre sí preferiblemente en el mismo plano horizontal, como se muestra en la Figura 2.
En otras realizaciones, los puertos 5 pueden estar por encima de las salidas 4, como se muestra en la Figura 5. La Figura 6 representa otra posible realización con la que puede implementarse la presente invención, en la que cada salida 4 está asociada a dos puertos 5, uno de los cuales está por encima de una salida 4 y uno de las cuales está por debajo de la salida 4. En cualquiera de las realizaciones, las salidas 4 y los puertos 5 reciben combustible y oxidante gaseoso desde sus fuentes de la misma manera que se describe en la presente memoria con respecto a las Figuras 1 y 3.
Volviendo nuevamente a la Figura 1, la salida 4 incluye la salida 8 de oxidante desde la cual el oxidante gaseoso entra en el espacio 6. Este oxidante gaseoso se alimenta desde una fuente 10 adecuada que puede abrir y cerrar el flujo de oxidante y que controla la velocidad de flujo y la velocidad del flujo de oxidante que entra en el espacio 6. La salida 4 también incluye la salida de combustible 12 desde la cual el combustible entra en el espacio 6. Este combustible se alimenta desde una fuente 14 adecuada que puede abrir y cerrar el flujo de combustible y que controla la velocidad de flujo y la velocidad del flujo de combustible que entra en el espacio 6. La salida 8 es preferiblemente un espacio anular, concéntrico que rodea la salida 12, como se muestra en la Figura 2.
El puerto 5 incluye la salida 9 de oxidante desde la cual el oxidante gaseoso entra en el espacio 7. Este oxidante gaseoso se alimenta desde una fuente 11 adecuada que puede abrir y cerrar el flujo de oxidante y que controla la velocidad de flujo y la velocidad del flujo de oxidante que entra en el espacio 7. El puerto 5 también incluye la salida 13 de combustible desde la cual el combustible entra en el espacio 7. Este combustible se alimenta desde una fuente 15 adecuada que puede abrir y cerrar el flujo de oxidante y que controla la velocidad de flujo y la velocidad del flujo de combustible que entra en el espacio 7. La salida 9 de oxidante es preferiblemente un espacio anular, concéntrico que rodea la salida 13 de combustible, como se muestra en la Figura 2. La misma fuente puede proporcionar oxidante gaseoso que se alimenta a las salidas 8 y 9 de oxidante, siempre que las velocidades de flujo de oxidante hacia las salidas 8 y 9 puedan controlarse por separado. La misma fuente puede proporcionar combustible que se alimenta a las salidas 12 y 13 de oxidante, siempre que las velocidades de flujo de combustible hacia las salidas 12 y 13 de combustible puedan controlarse por separado.
Las salidas y puertos anteriormente mencionados pueden formarse en la pared 1 existente de un horno o pueden formarse en un bloque de quemador preensamblado que se encaja en un espacio correspondiente en la pared 1 y se conecta a las fuentes 10, 11, 14 y 15 respectivas. En cualquiera de las realizaciones, los espacios interiores 6 (cuando están presentes) y 7 tienen de forma típica de 3 a 10 pulgadas de profundidad, medida desde la superficie interior 3 de la pared 1 del horno más cercana. La pared 1 en la que están presentes las salidas 4 y los puertos 5, y el bloque de quemador si se emplea un bloque de quemador, debe construirse de un material que pueda soportar temperaturas superiores a 816 0C (1500 0F), hasta 1927 0C (3500 0F), sin fundirse ni disgregarse. Los materiales que son adecuados para tal uso son bien conocidos en el campo de los hornos de alta temperatura e incluyen materiales inorgánicos refractarios tales como AZS.
El oxidante alimentado a las salidas 8 y 9 de oxidante tiene preferiblemente al menos 70 % en volumen de oxígeno, más preferiblemente al menos 90 % en volumen de oxígeno.
El combustible adecuado para alimentar a las salidas 12 y 13 de combustible es preferiblemente cualquier hidrocarburo o mezcla de hidrocarburos que sea gaseoso a 25 °C. Los ejemplos incluyen gas natural, metano, etano, propano y butano, y mezclas de los mismos.
Durante el funcionamiento, el oxidante gaseoso y el combustible se alimentan desde sus respectivas fuentes a las salidas 4 y sale por sus respectivas salidas 8 y 12, en el espacio interior 6 de la salida 4 (en la realización de la Figura 1) o directamente en el interior del horno (en la realización de la Figura 4), y se queman. El combustible y el oxidante que se alimentan a la salida o salidas 4 se alimentan a velocidades relativas de manera que hay un exceso estequiométrico de combustible con respecto a la cantidad de oxígeno que se alimenta a la salida o salidas 4. Es decir, la cantidad de oxígeno que está presente en el oxidante alimentado a las salidas 4 debería ser menor que la cantidad de oxígeno que sería necesaria para quemar completamente (es decir, para convertir completamente en H2O y CO2) todo el combustible que se alimenta a las salidas 4. La cantidad de oxígeno en la corriente de oxidante alimentada a las salidas 4 debe ser de 5 % a 50 % de la cantidad de oxígeno necesaria para la combustión completa del combustible que se alimenta a las salidas 4, y está preferiblemente en el intervalo de 20 % a 36 % de la cantidad de oxígeno necesaria para la combustión completa del combustible que se alimenta a las salidas 4. Las relaciones estequiométricas apropiadas se pueden satisfacer fácilmente basándose en el conocimiento del contenido de oxígeno de las corrientes de oxidante y los caudales de las corrientes de oxidante y combustible.
Los caudales típicos en las salidas 4 son: oxidante, de 3,05 a 15,2 m/s (de 10 a 50 pies por segundo); y combustible, de 21,3 a 76,2 m/s (de 70 a 250 pies por segundo).
La combustión de combustible y oxidante alimentados en las salidas 4 produce en el horno una mezcla de productos de combustión que incluye combustible quemado de forma incompleta que, como se usa en la presente memoria, significa materia seleccionada del grupo que consiste en hidrocarburos como se ha descrito anteriormente que no han reaccionado en absoluto con oxígeno, monóxido de carbono, carbono elemental e hidrocarburos parcialmente oxidados. Esta mezcla de productos de combustión está a una temperatura de forma típica de 816 0C (1500 0F) a 1538 °C (2800 0F).
Aunque la combustión se produce en las salidas 4, el combustible y el oxidante gaseoso también se alimentan a los puertos 5. Es decir, el oxidante gaseoso y el combustible se alimentan desde sus respectivas fuentes, saliendo por sus respectivas salidas 9 y 13 hacia el espacio interior 7 rebajado del puerto 5, y se queman para formar una llama 51 cuya base 52 está dentro del espacio interior 7 y que se extiende hacia el espacio interior 2 del horno. El combustible y el oxidante que se alimentan al espacio interior 7 se alimentan a velocidades relativas de manera que hay un exceso estequiométrico de oxígeno con respecto al combustible que se alimenta al espacio 7. Es decir, el oxidante que se alimenta al espacio interior 7 debe alimentarse a una velocidad (teniendo en cuenta el contenido de oxígeno del oxidante gaseoso que se alimenta) que proporciona suficiente oxígeno para quemar completamente (es decir, para convertir completamente a H2O y CO2) todo el combustible que se alimenta al espacio 7, así como oxígeno adicional para quemar con el combustible quemado de forma incompleta que está en la mezcla de productos de combustión que se produce por la combustión en las salidas 4. Del combustible que se alimenta al puerto 5, de 80 % a 95 % de este combustible se quema en el espacio interior 7 y el resto se quema en el horno. La combustión en el espacio interior 7 produce una mezcla caliente de oxígeno y productos de combustión (y cualquier combustible no quemado) que tiene una temperatura de 816 0C (1500 0F) a 1927 0C (3500 0F) y que llena el espacio interior 7 y pasa al horno.
Las relaciones estequiométricas apropiadas de oxígeno para alimentar a los puertos 5 pueden establecerse fácilmente a partir del contenido de oxígeno del oxidante, los caudales del oxidante dirigido a los puertos 5 y los caudales de las corrientes de combustible alimentados a ambos puertos.
Un caudal típico en los puertos 5 del oxidante es de 3,05 a 18,3 m/s (de 10 a 60 pies por segundo). El caudal del combustible hacia los puertos 5 debe ser de al menos 100 pies por segundo, de forma típica de 30,5 a 305 m/s (de 100 a 1000 pies por segundo) y preferiblemente de 91,4 a 213 m/s (de 300 a 700 pies por segundo). La velocidad de este combustible ayuda a proporcionar una transferencia de calor adecuada al horno.
Para una eficiencia global de la operación del horno, la cantidad total de oxígeno que se proporciona en las corrientes de oxidante que se alimentan a las salidas 4 y los puertos 5 debería ser suficiente para quemar completamente todo el combustible que se alimenta a las salidas 4 y los puertos 5. Escalonar la combustión del combustible que se alimenta al horno, al quemar solo parcialmente el combustible que se alimenta a las salidas 4 y haciendo pasar el combustible quemado de forma incompleta al horno, y a continuación quemar más completamente con oxígeno el combustible quemado de forma incompleta que entra en el horno desde los puertos 5, da como resultado una menor formación de NOx (este denota óxidos de nitrógeno y mezclas de óxidos de nitrógeno) en comparación con la formación de NOx que resultaría de quemar todo el combustible solo en las salidas 4. Con el objetivo de escalonar la combustión y reducir la formación de NOx, de 20 % en volumen a 30 % en volumen del oxígeno que quema el combustible que se alimenta al horno debería alimentarse a las salidas 4, y el resto del oxígeno debería alimentarse a través de los puertos 5. Además, con respecto a la cantidad total de combustible que se alimenta a las salidas y puertos, se prefiere que de 5 % en volumen a 50 % en volumen del combustible se alimente a los puertos. La capacidad de la invención para lograr esta reducción en la formación de NOx mejora separando los puertos 5 en aproximadamente 7,6 a 30,5 cm (de 3 a 12 pulgadas) de las salidas 4.
La cantidad de combustible que se alimenta a cada puerto 5 y se quema en ese punto debería ser suficiente para mantener la temperatura del espacio interior 7 a una temperatura de 816 0C (1500 0F) o superior, pero no tan alta como para provocar la fusión o disgregación del material sólido que constituye el puerto 5.
Quemar el combustible en el puerto 5 eleva la temperatura en el interior 7 del puerto 5 y eleva la temperatura de las superficies internas del espacio interior 7, así como de las superficies 3 del horno donde el espacio interior 7 interseca las superficies 3. Esta elevación de la temperatura en estas ubicaciones proporciona numerosas ventajas.
Una ventaja notable es que la formación de depósitos sólidos en el espacio interior 7 y en las superficies 3 se reduce o elimina. Los inventores han determinado que, durante el funcionamiento del horno que lleva el interior del horno a temperaturas de 816 0C (1500 0F) a 1927 °C (3500 0F), las sustancias en la atmósfera interna del horno que están en estado gaseoso, o están en un estado de partículas suspendidas finamente divididas, pueden condensarse sobre superficies del espacio interior 7 o sobre superficies 3 porque la alimentación de oxidante al interior y a través del segundo puerto 5 hace que esas superficies sean relativamente más frías que el resto de la atmósfera del horno. Si estos depósitos condensados son sólidos o líquidos, la formación de depósitos conduce a dificultades operativas tales como estrechamiento y taponamiento de aberturas, pérdida de uniformidad de la llama, variabilidad de presión, y trozos de depósitos que caen en el vidrio fundido 104, dañando la calidad o uniformidad del vidrio fundido 104.
La ventaja de la presente invención, que la formación de tales depósitos se reduce o elimina, es especialmente valiosa en el funcionamiento de hornos de fusión de vidrio, ya que los materiales para fabricación de vidrio que se alimentan de forma típica a los hornos para fabricación de vidrio y que se funden en su interior contienen materiales que, al calentarse a las temperaturas de fusión del vidrio, forman productos que incluyen óxidos, hidróxidos y/o sulfatos de sodio y/o potasio, o incluso sodio y/o potasio metálicos completamente reducidos. Estos productos pueden entrar en la atmósfera gaseosa en el horno y, a continuación, podrían condensarse para formar los depósitos anteriormente mencionados en las superficies del horno en y en el segundo puerto 5.
Por lo tanto, un aspecto particularmente preferido de la presente invención es un método para operar un horno de fusión de vidrio en donde los materiales para fabricación de vidrio que contienen material seleccionado del grupo que consiste en óxidos, hidróxidos, silicatos y carbonatos de sodio y óxidos, hidróxidos, silicatos y carbonatos de potasio, y mezclas de los mismos, se alimentan a un horno y se funden mediante el calor de combustión de un combustible, en donde la combustión incluye quemar combustible y oxidante de la manera descrita en la presente memoria usando combustión escalonada llevada a cabo en el primer y segundo puertos en los que el combustible se quema tanto en el primer como en el segundo puerto como se describe en la presente memoria.
Una implementación especialmente preferida de la presente invención es la fabricación de vidrio, como se describirá ahora. Con referencia nuevamente a la Figura 3, el horno 100 incluye paredes 1 y salidas 4 y puertos 5 como se describe en la presente memoria. El material 101 para la fabricación de vidrio se alimenta al horno en la estación 102 de alimentación. Los ingredientes típicos para fabricación de vidrio incluyen ceniza de sosa, nitro, sílice, silicato de sodio y/o piezas de vidrio roto (“vidrio de desecho” ). El calor de combustión en el horno 100 funde el material 101 para fabricación de vidrio y forma vidrio fundido 105, que se retira del horno 100 en la estación 103 de descarga para su posterior procesamiento representado por 104 que puede incluir acabado y otras etapas que son convencionales en la fabricación de vidrio.
La temperatura en el interior del horno de fusión de vidrio es lo suficientemente alta como para que algunas sustancias gaseosas puedan emanar del vidrio fundido 105 a la atmósfera interior del horno por encima del vidrio fundido 105. Estas sustancias gaseosas pueden incluir uno cualquiera o más de hidróxido de sodio, óxido de sodio, hidróxido de potasio, óxido de potasio, vapor de sodio elemental, vapor de potasio elemental u otras sustancias que son gaseosas a temperaturas de 816 0C (1500 0F) o superiores y que son líquidas o sólidas a temperaturas por debajo de 816 0C (1500 0F). El funcionamiento de la combustión usando salidas 4 y puertos 5 como se describe en la presente memoria inhibe o evita la condensación de estas sustancias gaseosas como líquidos o sólidos sobre superficies dentro de las salidas 4 y dentro de los puertos 5 e inhibe o impide dicha condensación sobre las superficies 3 donde las aberturas 6 y 7 intersecan con las superficies 3 del horno.
Por lo tanto, la presente invención permite conseguir estas ventajas cuando el oxidante gaseoso que se alimenta a los puertos 5 está a temperatura ambiente, es decir, una temperatura de 20 0C a 40 0C. Es decir, no es necesario precalentar el oxidante gaseoso que se alimenta a los puertos 5.
Las condiciones operativas preferidas de la presente invención se definen en la siguiente Tabla 1:
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000007_0001
(1) La liberación de calor de combustión dentro del segundo puerto según la invención es de 80 % a 95 %.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un método para quemar combustible en un horno (100), que comprende:
    (A) alimentar una primera corriente de combustible al horno, alimentar una primera corriente de oxidante gaseoso al horno en una cantidad que proporcione menos oxígeno que la cantidad de oxígeno que es necesaria para quemar completamente el combustible que se alimenta en dicha primera corriente de combustible, y quemar el combustible en la primera corriente de combustible con el oxígeno en la primera corriente de oxidante gaseoso en el horno para producir una mezcla de productos de combustión y combustible quemado de forma incompleta;
    (B) alimentar una segunda corriente de combustible hacia el espacio interior (7) de un puerto (5) que está rebajado en una pared (1) del horno y que se abre hacia el interior (2) del horno, y alimentar una segunda corriente de oxidante gaseoso al espacio interior del puerto en una cantidad que proporciona un exceso estequiométrico de oxígeno con respecto al combustible que se alimenta en la segunda corriente de combustible, y quemar el combustible y el oxígeno gaseoso que se han alimentado al espacio interior del puerto en una llama (51) cuya base está dentro del puerto (5) y proporcionar liberación de calor de combustión dentro del puerto (5) de 80 % a 95 %, para calentar el puerto hasta al menos 816 0C (1500 0F) y producir una segunda mezcla, que comprende productos de dicha combustión y oxígeno sin reaccionar de la segunda corriente de oxidante, que está a una temperatura de al menos 816 0C (1500 0F) y que llena el puerto; y (C) pasar la segunda mezcla al horno y quemar de forma incompleta el combustible quemado en el horno con dicho oxígeno sin reaccionar.
    Un método para producir vidrio fundido, que comprende:
    alimentar ingredientes (101) para fabricación de vidrio que contienen material seleccionado del grupo que consiste en óxidos, hidróxidos, silicatos y sulfatos de sodio y potasio, y mezclas de los mismos, a un horno (100) de fusión de vidrio, y fundir los ingredientes para fabricación de vidrio en el horno mediante el calor de combustión que se genera por el método de la reivindicación 1.
    Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la segunda corriente de oxidante gaseoso que se alimenta al puerto (5) está a una temperatura de 20 0C a 40 0C.
ES18786486T 2017-10-13 2018-09-20 Reducción del ensuciamiento en la combustión localizada Active ES2929937T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762571934P 2017-10-13 2017-10-13
PCT/US2018/051963 WO2019074641A1 (en) 2017-10-13 2018-09-20 REDUCTION OF ENCRASION IN STAGED COMBUSTION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2929937T3 true ES2929937T3 (es) 2022-12-05

Family

ID=63858064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18786486T Active ES2929937T3 (es) 2017-10-13 2018-09-20 Reducción del ensuciamiento en la combustión localizada

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10859260B2 (es)
EP (1) EP3695166B1 (es)
CN (1) CN111201400B (es)
ES (1) ES2929937T3 (es)
MX (1) MX2020003493A (es)
PT (1) PT3695166T (es)
WO (1) WO2019074641A1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240044486A1 (en) * 2022-08-05 2024-02-08 Robert L. Bell Burner with alternate modes for flexible operation

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3074707A (en) * 1960-04-15 1963-01-22 Union Carbide Corp Process for the manufacture of cement
US3916805A (en) * 1973-12-28 1975-11-04 Exxon Research Engineering Co Incineration of nitrogenous materials
US4474121A (en) * 1981-12-21 1984-10-02 Sterling Drug Inc. Furnace control method
US4473388A (en) * 1983-02-04 1984-09-25 Union Carbide Corporation Process for melting glass
US4599100A (en) * 1985-04-01 1986-07-08 Ppg Industries, Inc. Melting glass with port and melter burners for NOx control
US5256058A (en) 1992-03-30 1993-10-26 Combustion Tec, Inc. Method and apparatus for oxy-fuel heating with lowered NOx in high temperature corrosive environments
US5267850A (en) * 1992-06-04 1993-12-07 Praxair Technology, Inc. Fuel jet burner
US5431559A (en) 1993-07-15 1995-07-11 Maxon Corporation Oxygen-fuel burner with staged oxygen supply
US5439373A (en) * 1993-09-13 1995-08-08 Praxair Technology, Inc. Luminous combustion system
KR100252332B1 (ko) 1993-11-17 2000-05-01 조안 엠. 젤사 질소산화물의 생성을 감소시키기 위한 연소방법(method for deeply staged combustion)
US5387100A (en) * 1994-02-17 1995-02-07 Praxair Technology, Inc. Super off-stoichiometric combustion method
US5601425A (en) * 1994-06-13 1997-02-11 Praxair Technology, Inc. Staged combustion for reducing nitrogen oxides
US5755818A (en) * 1995-06-13 1998-05-26 Praxair Technology, Inc. Staged combustion method
US5924858A (en) * 1995-06-13 1999-07-20 Praxair Technology, Inc. Staged combustion method
US5611682A (en) 1995-09-05 1997-03-18 Air Products And Chemicals, Inc. Low-NOx staged combustion device for controlled radiative heating in high temperature furnaces
US5931654A (en) 1997-06-30 1999-08-03 Praxair Technology, Inc. Recessed furnace lance purge gas system
US6237369B1 (en) 1997-12-17 2001-05-29 Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. Roof-mounted oxygen-fuel burner for a glass melting furnace and process of using the oxygen-fuel burner
US6132204A (en) 1998-06-30 2000-10-17 Praxair Technology, Inc. Wide flame burner
US6113386A (en) * 1998-10-09 2000-09-05 North American Manufacturing Company Method and apparatus for uniformly heating a furnace
US6123542A (en) 1998-11-03 2000-09-26 American Air Liquide Self-cooled oxygen-fuel burner for use in high-temperature and high-particulate furnaces
US6705117B2 (en) 1999-08-16 2004-03-16 The Boc Group, Inc. Method of heating a glass melting furnace using a roof mounted, staged combustion oxygen-fuel burner
US7833009B2 (en) 2004-09-10 2010-11-16 Air Products And Chemicals, Inc. Oxidant injection method
US20090004611A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Hisashi Kobayashi Low velocity staged combustion for furnace atmosphere control
FR2918657B1 (fr) * 2007-07-10 2010-11-12 Air Liquide Four et procede oxy-combustible pour la fusion de matieres vitrifiables.
US20100242545A1 (en) * 2009-03-30 2010-09-30 Richardson Andrew P Cyclical stoichiometric variation of oxy-fuel burners in glass furnaces
EP2440501A2 (en) * 2009-06-12 2012-04-18 Air Products and Chemicals, Inc. Furnace and process for controlling the oxidative state of molten materials
EP2281777A1 (fr) * 2009-08-06 2011-02-09 AGC Glass Europe Four de fusion du verre

Also Published As

Publication number Publication date
CN111201400A (zh) 2020-05-26
EP3695166B1 (en) 2022-10-12
EP3695166A1 (en) 2020-08-19
US10859260B2 (en) 2020-12-08
MX2020003493A (es) 2020-07-22
WO2019074641A1 (en) 2019-04-18
CN111201400B (zh) 2022-12-20
US20190113222A1 (en) 2019-04-18
BR112020006962A2 (pt) 2020-10-06
PT3695166T (pt) 2022-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6705849B2 (ja) 二段式酸素燃料バーナ
JP4412902B2 (ja) ガラス形成バッチ材料の溶融方法
US5934899A (en) In-line method of burner firing and NOx emission control for glass melting
CZ285317B6 (cs) Způsob tavení skla a sklářská pec pro provádění tohoto způsobu
CZ302602B6 (cs) Zpusob vytápení tavicí sklárské pece pri použití odstupnovaného kyslíko-palivového horáku ve strope pece
JP2004526656A5 (es)
ES3052711T3 (en) System and method for synchronized oxy-fuel boosting of a regenerative glass melting furnace
EP2148138A2 (en) Burner apparatus and methods
CA2178859C (en) Direct-fired stratified atmosphere furnace system
ES2218565T3 (es) Metodo de fusion de vidrio con volatilizacion reducida de especies alcalinas.
AU2010329886B2 (en) Burner unit for steel making facilities
CN201909313U (zh) 高强力混合低污染排放酸性气体燃烧器
ES2929937T3 (es) Reducción del ensuciamiento en la combustión localizada
RU2684792C2 (ru) Горелки для стекловаренных печей, ориентированные под углом вверх
BR112020006962B1 (pt) Métodos para combustão de combustível em uma fornalha
US3732070A (en) Burner
WO2024030781A1 (en) Burner with alternate modes for flexible operation
CA2680709A1 (en) Burner apparatus and methods