ES2969644T3 - Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo y procedimiento para quemar roca carbonatada - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un método para quemar material, como roca carbonatada, en un horno de cuba regenerativa (1) de flujo paralelo con dos cubas (2) que funcionan alternativamente como cuba de combustión y cuba regenerativa y están conectadas entre sí. mediante un canal de conexión (19), en donde el material fluye a través de una entrada de material (3) hacia una zona de precalentamiento (21) para precalentar el material, una zona de combustión (20) para quemar el material y una zona de enfriamiento (22) para enfriar el material para alcanzar una salida de material (40), en donde se introduce un gas de enfriamiento en la zona de enfriamiento, en donde el gas de escape se descarga desde uno de los ejes (2) a través de una salida de gas de escape (6), y en donde los gases de escape, que han sido evacuados del eje (2) a través de la salida de gases de escape (6), se introducen al menos parcialmente en al menos uno de los ejes (2). La invención también se refiere a un horno de cuba regenerativa (1) de flujo paralelo para quemar y enfriar material, como roca carbonatada, teniendo dicho horno dos cubas (2) que pueden funcionar alternativamente como cuba de combustión y cuba regenerativa y están conectadas entre sí por medio de un canal de conexión (19), en donde cada eje (2) tiene en la dirección de flujo del material una zona de precalentamiento (21) para precalentar el material, una zona de combustión (20) para quemar el material y una zona de enfriamiento (22) para enfriar el material, en donde cada eje (2) tiene una salida de gas de escape (6) para descargar el gas de escape del eje (2), en donde al menos una salida de gas de escape (6) está conectada a una salida de gas entrada (12, 15) para admitir gas en al menos un eje (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo y procedimiento para quemar roca carbonatada
La invención se refiere a un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (horno de cuba FPR) y a un procedimiento para quemar y refrigerar material, como rocas carbonatadas, con un horno de cuba FPR.
La quema de roca carbonatada en un horno de cuba FPR se conoce desde hace unos 60 años. Un horno de cuba FPR de este tipo, conocido por ejemplo por el documento WO 2011/072894 A1, presenta dos cubas verticales paralelas que trabajan de forma cíclica, realizándose la quema en una sola cuba, la correspondiente cuba de combustión, mientras que la otra cuba trabaja como cuba de regeneración. A la cuba de combustión se suministra gas de oxidación en equicorriente con respecto al material y al combustible, siendo conducidos los gases de escape calientes originados durante ello, junto con el aire refrigerante calentado suministrado desde abajo, a través del canal de rebose a la cuba de gases de escape, donde los gases de escape son evacuados hacia arriba en contracorriente con respecto al material precalentando durante ello el material. Habitualmente, el material se carga a la cuba desde arriba junto con el gas de oxidación, inyectándose combustibles en la zona de quema.
Este tipo de hornos de cuba del tipo FPR se conocen por los documentos DE-A2657239, CN201620107U y DE-A 3833069.
El material que ha de ser quemado pasa habitualmente en cada cuba por una zona de precalentamiento para precalentar el material, por una zona de quema situada a continuación, en la que se quema el material, y por una zona de refrigeración situada a continuación, en la que se suministra aire refrigerante al material caliente.
Para cumplir los requisitos de calidad en cuanto a la alta reactividad de la cal viva, como se exige, por ejemplo, en las acerías, las temperaturas en la zona de quema no deben superar un valor de 1100 °C, preferentemente de 1000 °C. Además, también está aumentando la demanda de una producción de cal viva respetuosa con el medio ambiente, de modo que se deben cumplir determinados requisitos en cuanto al contenido de CO2 del gas de escape para el tratamiento posterior subsiguiente.
Partiendo de ello, el objetivo de la presente invención es proporcionar un horno de cuba FPR y un procedimiento para quemar roca carbonatada con un horno de cuba FPR, con el que sea posible producir cal con una alta reactividad con la separación simultánea de CO2 del gas de escape.
Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante un dispositivo con las características de la reivindicación de procedimiento 1 independiente y mediante un procedimiento con las características de la reivindicación de dispositivo 10 independiente. Variantes ventajosas resultan de las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con un primer aspecto, la invención comprende un procedimiento para quemar y refrigerar material, como rocas carbonatadas, en un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo con dos cubas, que funcionan alternando como cuba de combustión y como cuba de regeneración y están conectadas entre sí por medio de un canal de conexión. El material fluye en el horno de cuba FPR, a través de una entrada de material, a una zona de precalentamiento para precalentar el material, a una zona de quema para quemar el material y a una zona de refrigeración para refrigerar el material, hasta una salida de material, siendo introducido un gas refrigerante en la zona de refrigeración. En la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión está realizada una zona de quema de flujo paralelo. El gas de escape es evacuado de una de las cubas a través de una salida de gas de escape dispuesta dentro o por encima de la zona de precalentamiento, y el gas de escape evacuado de la cuba a través de la salida de gas de escape es introducido al menos parcialmente en al menos una de las cubas. El gas de escape se introduce, por ejemplo, directamente en una de las cubas o indirectamente a través del canal de conexión.
El material que ha de ser quemado es preferentemente piedra caliza o dolomita con un tamaño de grano de 10 a 200 mm, preferentemente de 15 a 120 mm, de forma particularmente preferente de 30 a 100 mm. El gas refrigerante es, por ejemplo, aire.
El horno de cuba de flujo paralelo regenerativo presenta al menos dos cubas que preferentemente están dispuestas paralelamente entre sí y verticalmente. Las cubas pueden funcionar alternando como cuba de combustión y como cuba de regeneración, presentando cada cuba en la dirección de flujo del material una zona de precalentamiento para precalentar el material, una zona de quema para quemar el material y una zona de refrigeración para refrigerar el material. Cada cuba presenta preferentemente una entrada de material para introducir el material que ha de ser quemado en la cuba, estando situada la entrada de material en particular en el extremo superior de la respectiva cuba, de modo que el material cae a la respectiva cuba debido a la fuerza de gravedad. La entrada de material y/o la salida de material están configuradas en particular como esclusa para la entrada y/o salida de material al horno de cuba. Una entrada de material configurada como esclusa está configurada preferentemente de tal manera que a la cuba llegue únicamente el material bruto que ha de ser quemado, pero no el aire ambiente. También la salida de gas de la cuba a través de la entrada de material se evita por la esclusa de material. Preferentemente, la esclusa está configurada de tal manera que estanqueiza la cuba herméticamente y permite la entrada de sólidos, como por ejemplo el material que ha de ser quemado, en la cuba.
El canal de conexión está configurado para la conexión técnica de gas de las dos cubas y une preferentemente entre sí las zonas de quema de las cubas. Durante el funcionamiento del horno de cuba FPR, respectivamente una de las cubas funciona como cuba de combustión y está activa, mientras que la otra cuba funciona como cuba de regeneración y es pasiva. El horno de cuba FPR se hace funcionar en particular cíclicamente, intercambiándose la función de las cubas una vez transcurrido el tiempo del ciclo. Este proceso se repite continuamente. En la cuba activa, que se hace funcionar como cuba de combustión, el combustible se introduce en la zona de quema a través de las lanzas de quemador. El material que ha de ser quemado se calienta preferentemente a una temperatura de aproximadamente 700 °C en la zona de precalentamiento de la cuba de combustión. En la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión, la zona de quema está configurada como zona de quema de flujo paralelo, fluyendo el material que ha de ser quemado paralelamente al gas. El gas fluye dentro de la cuba de combustión desde la zona de precalentamiento a la zona de quema y, a continuación, a través del canal de conexión a la zona de quema y la zona de precalentamiento de la cuba de regeneración. En la cuba que se hace funcionar como cuba de regeneración, el gas fluye en la zona de precalentamiento y en la zona de quema en contracorriente con respecto al material que ha de ser quemado.
Tanto en la cuba de combustión como en la cuba de regeneración, el gas refrigerante es conducido por través de la zona de refrigeración en contracorriente con respecto al material a enfriar y preferentemente es evacuado completamente de la cuba a través de la salida de gas refrigerante del equipo de extracción de aire refrigerante, de modo que preferentemente no fluye ningún gas refrigerante desde la zona de refrigeración a la zona de quema.
Preferentemente, cada cuba presenta al menos una salida de gas de escape, por ejemplo en el extremo superior de la cuba dentro de la zona de precalentamiento. Preferentemente, la salida de gas de escape está dispuesta por encima de la columna de material, en una zona libre de material de la zona de precalentamiento. Preferentemente, el gas de escape es evacuado exclusivamente de una cuba, en particular de la cuba de regeneración. El gas de escape evacuado es conducido preferentemente a la otra cuba respectivamente, en particular a la cuba de combustión, y/o a través del canal de conexión a la cuba de regeneración. Preferentemente, solo una parte del gas de escape evacuado de la cuba de regeneración se reconduce a al menos una cuba. Una parte de los gases de escape evacuado de la cuba de regeneración se retira, por ejemplo, del horno de cuba FPR y, por ejemplo, se suministra a un tratamiento adicional, como por ejemplo un secuestro. El gas de escape se compone preferentemente de CO<2>y opcionalmente de H<2>o.
Una reconducción del gas de escape a al menos una cuba hace posible la producción de cal con una alta reactividad, produciéndose al mismo tiempo gas de proceso con un contenido de CO2 superior al 90 % con respecto al gas seco. Con un gas de escape de proceso de este tipo, es posible licuarlo y secuestrarlo con menos esfuerzo. Por ejemplo, el gas de escape de proceso licuado se suministra a pasos de procedimiento adicionales o se almacena. Alternativamente, con el horno de cuba FPR descrito anteriormente también se puede producir gas de escape con un menor contenido de CO2, por ejemplo de 45% para la fabricación de sosa o de 35% para la fabricación de azúcar o de 30% para la fabricación de carbonato de calcio precipitado.
De acuerdo con una primera forma de realización, el gas de escape se introduce en la zona de precalentamiento de la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión. Preferentemente, cada cuba presenta una entrada de gas, en particular una entrada de gas de combustión, que está dispuesta en la zona superior de la cuba en la zona de precalentamiento y sirve para la entrada del gas necesario para la combustión. Preferentemente, la entrada de gas está dispuesta por encima de la columna de material, en un espacio libre de material de la zona de precalentamiento. Preferentemente, a la entrada de gases de combustión está preconectado un elemento de regulación, como por ejemplo una chapaleta o un compresor de volumen regulable, a través del cual se puede ajustar la cantidad de gas de escape y/o de agente oxidante que entran en la cuba. El gas de escape evacuado de la cuba a través de la salida de gas de escape tiene preferentemente una temperatura de aproximadamente 60°C a 160°C, en particular de 100°C. Preferentemente, solo una parte del gas de escape se introduce en la zona de precalentamiento de la cuba de combustión. Una reconducción de los gases de escape a la zona de precalentamiento ofrece la posibilidad de aumentar la cantidad de gas en la cuba, garantizando al mismo tiempo una alta concentración de CO2 en los gases de escape.
De acuerdo con otra forma de realización, los gases de escape se introducen en el canal de conexión y/o en la zona de quema de la cuba que se hace funcionar como cuba de regeneración o cuba de combustión. El canal de conexión está configurado preferentemente como un espacio libre de material, en el que fluye gas de la cuba de combustión a la cuba de regeneración. La introducción del gas de escape en el canal de conexión hace posible una mezcla homogénea del gas de escape con los gases en la zona de quema de la cuba de combustión, ya que no hay material presente en el canal de conexión. Preferentemente, solo una parte del gas de escape se introduce en el canal de conexión y/o en la zona de quema de la cuba de regeneración.
De acuerdo con otra forma de realización, el gas de escape se calienta, en particular hasta una temperatura de 900°C a 1100°C, preferentemente 1000°C, antes de ser introducido en la cuba, en particular en el canal de conexión o en la zona de quema de la cuba que se hace funcionar como cuba de regeneración o cuba de combustión. Preferentemente, el gas de escape se calienta en dos etapas, realizándose en un primer paso un calentamiento a aproximadamente 600 °C y en un paso adicional un calentamiento a aproximadamente 1000 °C. Los pasos se realizan, por ejemplo, en dispositivos separados, como por ejemplo un aparato calefactor eléctrico o un intercambiador de calor.
El intercambiador de calor es, por ejemplo, un intercambiador de calor configurado como regenerador o un intercambiador de calor configurado como recuperador. El recuperador es, por ejemplo, un recuperador a contracorriente, en el que el gas de escape se calienta a contracorriente con respecto a un fluido, tal como el gas refrigerante extraído a través del equipo de extracción de gas refrigerante. El recuperador es, por ejemplo, un intercambiador de calor de placas o un intercambiador de calor de haz de tubos. Preferentemente, un intercambiador de calor configurado como regenerador se hace funcionar de forma cíclica. El intercambiador de calor comprende, por ejemplo, dos regeneradores que están conectados en paralelo entre sí y que están conectados respectivamente, a través de una respectiva válvula, al conducto de gas de escape y al conducto de extracción de gas refrigerante. Respectivamente exactamente uno de los regeneradores es atravesado por el gas refrigerante extraído, para calentar el regenerador. Respectivamente el otro regenerador es atravesado por el gas de escape que ha de ser calentado. Al cabo de un tiempo determinado, en particular cuando las cubas se conmutan entre el modo de combustión y el de regeneración, se conmutan los modos de funcionamiento de los regeneradores, de modo que respectivamente el otro regenerador es atravesado por el gas de escape que ha de ser calentado y el gas refrigerante extraído. La ventaja de un regenerador en comparación con un recuperador, que está realizado, por ejemplo, como intercambiador de calor de haz de tubos, consiste en que el regenerador almacena el calor en materiales cerámicos y, por tanto, no se corroe ni se oxida a altas temperaturas.
De acuerdo con otra forma de realización, el gas de escape es calentado por medio de un intercambiador de calor y/o de un equipo calefactor, en particular un dispositivo calefactor eléctrico, de un equipo solar o de un reactor de combustión. Por ejemplo, el gas de escape es calentado exclusivamente por un intercambiador de calor o un equipo calefactor. También es concebible que el gas de escape sea calentado en un primer paso por un intercambiador de calor hasta una temperatura de, por ejemplo, aproximadamente 600 °C y, a continuación, en un dispositivo calefactor hasta una temperatura de aproximadamente 1000 °C.
El dispositivo calefactor está configurado preferentemente para el calentamiento indirecto o directo, por ejemplo mediante un quemador de oxifuel. El dispositivo calefactor comprende, por ejemplo, un dispositivo calefactor eléctrico, un calentador de paso eléctrico, un equipo solar, un reactor de combustión y/o un intercambiador de calor y puede hacerse funcionar en particular con fuentes de energía renovables. El dispositivo calefactor es, por ejemplo, un dispositivo calefactor accionado eléctricamente. En particular, el dispositivo calefactor se hace funcionar con energía solar y comprende preferentemente un receptor solar, en particular una instalación fotovoltaica para generar energía eléctrica por medio de energía solar. El equipo calefactor comprende, por ejemplo, una instalación solar térmica, en la que, por ejemplo, se calienta un fluido intercambiador de calor por medio de energía solar y se calienta en un intercambiador de calor, preferentemente en contracorriente al gas de escape recirculado. El dispositivo calefactor comprende, por ejemplo, un receptor solar que calienta, en particular directamente, el gas de escape recirculado. Para ello, el receptor solar comprende, por ejemplo, una parte del conducto de salida de gas de escape. El dispositivo calefactor presenta, por ejemplo, un reactor de combustión que está configurado preferentemente para la combustión de fuentes de energía renovables, como por ejemplo madera, suministrándose preferentemente oxígeno en lugar de aire, para evitar el aporte de nitrógeno. El dispositivo calefactor comprende preferentemente un intercambiador de calor para calentar el gas de escape en contracorriente con un fluido caloportador. El fluido caloportador es calentado, por ejemplo, por medio de energía solar y/o del reactor de combustión.
De acuerdo con otra forma de realización, el gas refrigerante calentado en la zona de refrigeración es descargado de la zona de refrigeración de la cuba a través de un equipo de extracción de gas refrigerante. En particular, el gas refrigerante introducido en la zona de refrigeración es descargado completamente de la respectiva cuba a través del equipo de extracción de gas refrigerante. Preferentemente, el gas refrigerante es introducido desde abajo en la zona de refrigeración a través de una entrada de gas refrigerante dispuesta en la zona inferior de la zona de refrigeración. El equipo de extracción de gas refrigerante tiene preferentemente una salida de gas refrigerante para descargar el gas refrigerante de la cuba. La salida de gas refrigerante está conectada en particular a un conducto de extracción del gas refrigerante para conducir el gas refrigerante extraído.
De acuerdo con otra forma de realización, el gas refrigerante descargado de la zona de refrigeración es suministrado a un intercambiador de calor para calentar el gas de escape. El gas de escape extraído a través de la salida de gas de escape es calentado preferentemente en contracorriente por el gas refrigerante extraído antes de la introducción en el canal de conexión y/o en la zona de quema de la cuba de regeneración. Preferentemente, el gas de escape es calentado a una temperatura de 400°C a 800°C, en particular 600°C, por medio del intercambiador de calor.
De acuerdo con otra forma de realización es suministrado un agente oxidante a la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión. El agente oxidante es, por ejemplo, oxígeno puro o un gas rico en oxígeno con un contenido de oxígeno de al menos 70 a 95 %, preferentemente de 90 %. El agente oxidante es introducido preferentemente junto con el gas de escape en la zona de precalentamiento de la cuba de combustión. También es concebible que la cuba presente en la zona de precalentamiento una entrada de agente oxidante separada para la introducción del agente oxidante en la cuba por separado del gas de escape.
De acuerdo con otra forma de realización, es determinado el contenido de oxígeno y/o de CO<2>en el gas de escape y/o el gas refrigerante, siendo regulada la cantidad de agente oxidante suministrado a la cuba de combustión y/o la cantidad de gas refrigerante descargado de la zona de refrigeración de la cuba a través del equipo de extracción de gas refrigerante.
El horno de cuba FPR presenta preferentemente un equipo de análisis de gas para determinar el contenido de oxígeno y/o de CO<2>en el gas de escape y/o el gas refrigerante. El equipo de análisis de gas está dispuesto, por ejemplo, en el conducto de gas de escape, en particular corriente abajo de la derivación del conducto de gas de combustión. Opcional o adicionalmente, está dispuesto un equipo de análisis de gas en el conducto de extracción de gas refrigerante, en particular corriente abajo del intercambiador de calor y, por ejemplo, del filtro.
El equipo de análisis de gas presenta en particular un equipo de regulación para la transmisión del contenido de oxígeno y/o de CO<2>determinado del gas de escape y/o del gas refrigerante.
Preferentemente, el conducto de agente oxidante presenta un elemento de regulación, como por ejemplo una válvula o una chapaleta, a través de la cual se puede ajustar la cantidad de agente oxidante en la respectiva cuba. Preferentemente, el elemento de regulación está conectado al equipo de regulación, estando configurado el equipo de regulación en particular de tal manera que regula la cantidad de agente oxidante en la cuba en función del contenido de oxígeno y/o de CO<2>del gas de escape, determinado por el equipo de análisis de gas. Preferentemente, el equipo de regulación está configurado de tal manera que compara el contenido de oxígeno y/o de CO<2>determinado por el equipo de análisis de gas con un respectivo valor límite o rango límite predeterminado y, si el valor determinado se desvía del valor límite o rango límite, aumenta o reduce la cantidad de agente oxidante en la cuba.
La regulación sirve en particular para una combustión completa del combustible que es suministrado al horno de cuba FPR a través del conducto de combustible. De esta manera, se evita un contenido de oxígeno indeseablemente alto en el conducto de gas de escape. Para controlar el contenido de CO<2>deseado en el conducto de gas de escape, se mide también el contenido el CO<2>.
Preferentemente, el conducto de extracción de gas refrigerante presenta preferentemente un elemento de regulación, como por ejemplo una válvula o una chapaleta, a través del cual puede ajustarse la cantidad de gas refrigerante que ha de ser descargado a través del equipo de extracción de gas refrigerante. Preferentemente, el elemento de regulación está conectado al equipo de regulación, estando configurado el equipo de regulación en particular de tal manera que regula la cantidad de gas refrigerante descargado a través del equipo de extracción de gas refrigerante en función del contenido de oxígeno y/o de CO<2>del gas refrigerante, determinado por medio del equipo de análisis de gas. Preferentemente, el equipo de regulación está configurado de tal manera que compara el contenido de oxígeno y/o de CO<2>determinado por el equipo de análisis de gas con un respectivo valor límite o rango límite predeterminado y, si el valor determinado se desvía del valor límite o rango límite, aumenta o reduce la cantidad de gas refrigerante que ha de ser descargado a través del equipo de extracción de gas refrigerante.
La regulación sirve en particular para una extracción lo más completa posible del gas refrigerante del horno de cuba FPR a la vez de un contenido de CO<2>lo más bajo posible o preferentemente nulo en el conducto de gas refrigerante.
De acuerdo con otra forma de realización, las cubas presentan respectivamente al menos una lanza de quemador, siendo introducido el gas de escape en la lanza de quemador. A la zona de quema y/o la zona de precalentamiento de la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión se suministra preferentemente un combustible a través de un conducto de combustible. Preferentemente, el combustible es suministrado a lanzas de quemador que están dispuestas en la zona de quema y/o en la zona de precalentamiento. El combustible es, por ejemplo, un gas combustible, como por ejemplo gas de alto horno o gas natural o polvo de carbón o biomasa o combustibles líquidos. En la zona de quema, el material es calentado preferentemente a una temperatura de aproximadamente 1100°C. En particular, el gas de escape es introducido en el conducto de combustible. Para ello, el conducto de gas de escape está conectado preferentemente al conducto de combustible y/o a la al menos una lanza de quemador. Preferentemente, a continuación del intercambiador de calor, el gas de escape es introducido en la lanza de quemador y/o en el conducto de combustible, siendo el intercambiador de calor preferentemente el intercambiador de calor para calentar el gas de escape en contracorriente al gas refrigerante extraído. Preferentemente, el gas de escape no se calienta más entre este intercambiador de calor y la introducción en la lanza de quemador y/o en el conducto de combustible, en particular no está previsto ningún equipo calefactor descrito anteriormente. Preferentemente, el gas de escape se introduce en la lanza de quemador y/o en el conducto de combustible a través de un elemento de regulación, como por ejemplo una chapaleta o una válvula, para ajustar la cantidad de gas de escape. A cada conducto de combustible y/o lanza de quemador está asignado preferentemente un elemento de regulación para ajustar la cantidad de gas de escape en la respectiva lanza de quemador y/o conducto de combustible. El elemento de regulación está dispuesto preferentemente en el conducto de gas de escape. En particular, el gas de escape es introducido en las lanzas de quemador de la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión. La introducción del gas de escape en las lanzas de quemador y/o en el conducto de combustible permite prescindir del equipo calefactor, ya que el gas de escape es calentado directamente junto con el combustible. Por lo tanto, esta realización representa una solución económica.
Cada cuba presenta preferentemente varias lanzas de quemador que se extienden al menos parcialmente a través de la zona de precalentamiento y en particular desembocan en la zona de quema de la respectiva cuba y sirven para conducir, por ejemplo, combustible y/o un gas de oxidación, como por ejemplo aire o aire enriquecido con oxígeno u oxígeno puro.
La invención también incluye un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo para quemar y refrigerar materiales tales como rocas carbonatadas. Las formas de realización y ventajas descritas en relación con el procedimiento para quemar material, como rocas carbonatadas, en un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo también son válidas para el horno de cuba FPR en lo que respecta al dispositivo.
El horno de cuba FPR comprende dos cubas que funcionan alternándose como cuba de combustión y como cuba de regeneración y que están conectadas entre sí por medio de un canal de conexión. Cada cuba presenta, en la dirección de flujo del material, una zona de precalentamiento para precalentar el material, una zona de quema para quemar el material y una zona de refrigeración para refrigerar el material. Cada cuba presenta además una salida de gas de escape dispuesta dentro o encima de la zona de precalentamiento para la evacuación de gas de escape de la cuba. La al menos una salida de gas de escape está conectada a una entrada de gas para la introducción de gas en al menos una cuba. Preferentemente, el horno de cuba FPR presenta una pluralidad de entradas de gas para la introducción de gas de escape extraído de al menos una de las cubas. El horno de cuba FPR está configurado y concebido de tal manera que en la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión está realizada una zona de quema en equicorriente.
De acuerdo con una forma de realización, la entrada de gas está dispuesta en la zona de precalentamiento de la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión. La entrada de gas en la zona de precalentamiento de la cuba de combustión es preferentemente una entrada de gas de combustión, a través de la cual adicionalmente al gas de escape se introduce preferentemente un agente oxidante en la zona de precalentamiento. La entrada de gas está dispuesta preferentemente en el extremo superior de la zona de precalentamiento.
De acuerdo con otra forma de realización, la entrada de gas está dispuesta en el canal de conexión para la conexión en términos de gas de las zonas de quema de las cubas y/o en la zona de quema de la cuba, en particular de la cuba de regeneración o de la cuba de combustión, y/o en un espacio libre de material en la cuba. En particular, el espacio libre de material está configurado como un espacio anular exterior que se extiende circunferencialmente alrededor, preferentemente, del área superior de la zona de refrigeración adyacente a la zona de quema.
De acuerdo con otra forma de realización, entre la salida de gas de escape y la entrada de gas, en el canal de conexión para la conexión en términos de gas de las zonas de quema de las cubas y/o en la zona de quema están dispuestos un intercambiador de calor y/o un equipo calefactor, en particular un dispositivo calefactor eléctrico, un equipo solar o un reactor de combustión, para calentar el gas de escape. Por ejemplo, el intercambiador de calor está dispuesto delante del dispositivo calefactor en la dirección de flujo del gas de escape. También es concebible que para calentar el gas de escape esté presente solamente un intercambiador de calor o un dispositivo calefactor.
De acuerdo con una forma de realización adicional, la zona de refrigeración presenta una entrada de gas refrigerante para la introducción de gas refrigerante en la zona de refrigeración y un equipo de extracción de gas refrigerante para la evacuación de gas refrigerante de la cuba.
De acuerdo con otra forma de realización, el equipo de extracción de gas refrigerante presenta un espacio libre de material dentro de la zona de refrigeración de la cuba. En particular, el espacio libre de material está configurado como un espacio anular exterior que se extiende circunferencialmente alrededor, preferentemente, del área superior de la zona de refrigeración adyacente a la zona de quema. En particular, la salida de gas refrigerante está dispuesta en el espacio anular libre de material.
El espacio libre de material del equipo de extracción de gas refrigerante está configurado, por ejemplo, como un cilindro interior que se extiende en particular de forma centrada y en dirección vertical a través de la zona de refrigeración. En particular, el cilindro interior se extiende al menos parcialmente hasta dentro de la zona de quema. En el cilindro interior está dispuesta la salida de gas refrigerante para evacuar el gas refrigerante de la cuba. El cilindro interior presenta preferentemente una entrada de gas refrigerante para introducir gas refrigerante desde las zonas de refrigeración al interior del cilindro interior, estando dispuesta la entrada de gas refrigerante preferentemente por encima de la salida de gas refrigerante en el cilindro interior. En particular, la entrada de gas refrigerante está dispuesta en el extremo superior de la zona de refrigeración, de modo que el gas refrigerante fluye preferentemente a través de toda la zona de gas refrigerante y, a continuación, al cilindro interior del equipo de extracción de gas refrigerante. Dentro del cilindro interior, el gas refrigerante fluye preferentemente hacia abajo en dirección a la salida de gas refrigerante y hacia dentro del conducto de extracción de gas refrigerante. Un equipo de extracción de gas refrigerante configurado como cilindro interior hace posible una reducida altura de construcción de la zona de refrigeración y una conversión comparativamente sencilla de los hornos de cuba FPR conocidos.
El espacio libre de material del equipo de extracción de gas refrigerante está configurado, por ejemplo, como canal de conexión para la conexión en materia de gas de las zonas de refrigeración de las dos cubas, estando dispuesta preferentemente la salida de gas refrigerante en el canal de conexión, en particular de forma centrada.
El equipo de extracción de gas refrigerante está configurado preferentemente de tal manera que evacúa todo el gas refrigerante de la cuba, de modo que preferentemente no llega ningún gas refrigerante a la zona de quema o al canal de conexión para conectar las zonas de quema de las cubas. En particular, el equipo de extracción de gas refrigerante está conectado con un elemento de regulación, como por ejemplo una chapaleta o una válvula, para ajustar la cantidad de gas refrigerante que ha de ser extraída.
De acuerdo con otra forma de realización, el equipo de extracción de gas refrigerante está conectado con un intercambiador de calor para calentar el gas de escape. El equipo de extracción de gas refrigerante está conectado al intercambiador de calor, en particular por medio del conducto de extracción de gas refrigerante. Preferentemente, el intercambiador de calor sirve para calentar los gases de escape que se evacuan de la zona de precalentamiento de la cuba de regeneración a través de la salida de gas de escape. El intercambiador de calor está conectado en particular a la salida de gas de escape y a la salida de gas refrigerante del equipo de extracción de gas refrigerante.
De acuerdo con otra forma de realización, cada cuba tiene una entrada de gas de combustión para la introducción de gas de combustión en la zona de precalentamiento y/o en la zona de quema, estando conectada la entrada de gas de combustión a un conducto de agente oxidante para suministrar un agente oxidante al interior de la cuba. La entrada de gas de combustión está conectada preferentemente a la salida de gas de escape para la conducción del gas de escape a la cuba.
Descripción de los dibujos
La invención se explica a continuación con la ayuda de varios ejemplos de realización haciendo referencia a las figuras adjuntas.
La figura 1 muestra una representación esquemática de un horno de cuba FPR en una vista en sección de acuerdo con un ejemplo de realización.
La figura 2a muestra una representación esquemática de un horno de cuba FPR en otra vista en sección de acuerdo con otro ejemplo de realización.
Las figuras 2b a 2f muestran representaciones esquemáticas del horno de cuba FPR de la figura 2a en vistas en sección transversal en los planos de sección marcados en la figura 2a.
La figura 3a muestra una representación esquemática de un horno de cuba FPR en otra vista en sección de acuerdo con otro ejemplo de realización.
Las figuras 3b a 3e muestran representaciones esquemáticas del horno de cuba FPR de la figura 3a en una vista en sección longitudinal y otras vistas en sección transversal en los planos de sección marcados en la figura 3a.
Las figuras 4a a c muestran una representación esquemática de un horno de cuba FPR en una vista en perspectiva y en dos vistas en sección de acuerdo con otro ejemplo de realización.
Las figuras 4d a 4h muestran representaciones esquemáticas del horno de cuba FPR de las figuras 4a a c en una vista longitudinal y otras vistas en sección transversal en los planos de sección marcados en las figuras 4b y c.
La figura 5 muestra una representación esquemática de un horno de cuba FPR en una vista en sección de acuerdo con otro ejemplo de realización.
La figura 1 muestra un horno de cuba FPR 1 con dos cubas 2 paralelas y orientadas verticalmente. Las cubas 2 del horno de cuba FPR 1 están estructuradas sustancialmente de forma idéntica, de modo que en la figura 1 solo una de las dos cubas 2 está provista de un signo de referencia y, para mayor facilidad, en lo sucesivo se describe solo una de las dos cubas 2. Cada cuba 2 presenta respectivamente una entrada de material 3 para introducir material que ha de ser quemado en la respectiva cuba 2 del horno de cuba FPR 1. El material que ha de ser quemado es en particular piedra caliza y/o dolomita, preferentemente con un tamaño de grano de 10 a 200 mm, preferentemente de 15 a 120 mm, lo más preferentemente de 30 a 100 mm. Las entradas de material 3 están dispuestas, a modo de ejemplo, en el extremo superior de la respectiva cuba 2, de manera que el material cae por fuerza de gravedad al interior de la cuba 2 a través de la entrada de material 3. La entrada de material 3 está configurada, por ejemplo, como abertura superior de la cuba 2 y en particular como esclusa 3 y se extiende preferentemente por toda o parte de la sección transversal de la cuba 2. Una entrada de material configurada como esclusa 3 está configurada preferentemente de tal manera que a la cuba 2 solo llegue el material bruto que ha de ser quemado, pero no el aire ambiente. Preferentemente, la esclusa 3 está configurada de tal manera que estanqueiza la cuba 2 herméticamente y permite la entrada de sólidos, como por ejemplo el material que ha de ser quemado, en la cuba.
Cada cuba 2 presenta además una entrada de gas de combustión 12 en su extremo superior para la introducción de gas de combustión para quemar combustibles. El gas de combustión es, por ejemplo, un gas de escape despejado de polvo, procedente de al menos una de las cubas 2, estando el gas de escape preferentemente enriquecido con oxígeno. Además, cada cuba 2 presenta una salida de gas de escape 6 para evacuar los gases de escape de la respectiva cuba 2. Por ejemplo, a cada salida de gas de escape 6 y a cada entrada de gas de combustión 12 está asignado respectivamente un elemento de regulación. A través de los elementos de regulación, como por ejemplo un compresor 35 de volumen ajustable, pueden ajustarse preferentemente la cantidad de gas de combustión que entra en la respectiva entrada de gas de combustión 12 y la cantidad de gas de escape que se extrae a través de la respectiva salida de gas de escape 6. La entrada de gas de combustión 12 y la salida de gas de escape están dispuestas, por ejemplo, al mismo nivel de altura y en particular dentro de la zona de precalentamiento 21 de la respectiva cuba 2.
En el extremo inferior de la cuba 2 está dispuesta una salida de material 40 para descargar el material quemado. La salida de material 40 es, por ejemplo, una esclusa como se describe con respecto a la entrada de material 3. El material quemado es conducido, por ejemplo, a un embudo de salida 25, al que sigue la salida de material 40 de la cuba 2. El embudo de salida 25 está configurado, por ejemplo, en forma de embudo. El embudo de salida 25 tiene preferentemente una entrada de gas refrigerante 23 para introducir gas refrigerante en la respectiva cuba 2. El gas refrigerante es conducido a la entrada de gas refrigerante preferentemente por medio de un compresor 33.
Durante el funcionamiento del horno de cuba FPR 1, el material que ha de ser quemado fluye de arriba hacia abajo a través de la respectiva cuba 2, fluyendo el aire refrigerante a través de la respectiva cuba 2 de abajo hacia arriba, en contracorriente con respecto al material. Los gases de escape del horno se descargan de la cuba 2 a través de la salida de gas de escape 6.
Por debajo de la entrada de material 3 y de la entrada de gas de combustión 12 está situada a continuación en la dirección de flujo la zona de precalentamiento 21 de la respectiva cuba 2. En la zona de precalentamiento 21, el material y el gas de combustión se precalientan preferentemente a aproximadamente 700°C. Preferentemente, la respectiva cuba 2 está llenada de material que ha de ser quemado. Preferentemente, el material se introduce en la respectiva cuba 2 por encima de la zona de precalentamiento 21. Al menos una parte de la zona de precalentamiento 21 y la parte de la respectiva cuba 2 adyacente a esta en la dirección de flujo del material están circundadas, por ejemplo, por un revestimiento ignífugo.
En la zona de precalentamiento 21 está dispuesta opcionalmente una pluralidad de lanzas de quemador 10 que sirven respectivamente como entrada para combustible, como por ejemplo gas combustible, petróleo o combustible sólido molido. El horno de cuba FPR 1 presenta, por ejemplo, un equipo de refrigeración para refrigerar las lanzas de quemador 10. El equipo de refrigeración comprende, por ejemplo, una pluralidad de conductos anulares de aire refrigerante, que se extienden en forma de anillo alrededor de la zona de la cuba, en la que están dispuestas las lanzas de quemador 10. Preferentemente, a través de los conductos anulares de aire refrigerante fluye aire refrigerante para enfriar las lanzas de quemador 10. Las lanzas de quemador 10 son enfriadas preferentemente a través del gas de escape descargado a través de la salida de gas de escape 6. La salida de gas de escape 6 está conectada preferentemente a las lanzas de quemador 10 para conducir el gas de escape a las lanzas de quemador 10.
Preferentemente, en cada cuba 2 están dispuestas una pluralidad, por ejemplo doce o más, lanzas de quemador 10 y están distanciadas sustancialmente uniformemente entre sí. Las lanzas de quemador 10 tienen, por ejemplo, forma de L y se extienden preferentemente en dirección horizontal hacia dentro de la respectiva cuba 2 y por dentro de la cuba 2 en dirección vertical, en particular en la dirección de flujo del material. Preferentemente, los extremos de las lanzas de quemador 10 de una cuba 2 están dispuestos todos al mismo nivel de altura. Preferentemente, el plano en el que están dispuestos los extremos de lanza es respectivamente el extremo inferior de la respectiva zona de precalentamiento 21. Las lanzas de quemador 10 están conectadas preferentemente a un conducto de combustible 9 para la conducción de combustible a las lanzas de quemador 10. El conducto de combustible 9 está realizado, por ejemplo, al menos en parte como conducto anular, que se extiende circunferencialmente alrededor de la respectiva cuba 2. Preferentemente, cada cuba 2 presenta respectivamente un conducto de combustible asignado a las lanzas de quemador 10 de la cuba 2, que presenta en particular un elemento de regulación para ajustar la cantidad de combustible a las lanzas de quemador 10.
A continuación de la zona de precalentamiento 21 está situada en la dirección de flujo del material la zona de quema 20. En la zona de quema 20, el combustible y el material precalentado se queman a una temperatura de aproximadamente 1000°C. El horno de cuba FPR 1 presenta además un canal de conexión 19 para conectar las dos cubas 2 en términos de gas. En particular, en el canal de conexión 19 no hay material que quemar.
La figura 1 muestra a modo de ejemplo un horno de cal FPR 1 con secciones transversales de cuba redondas. Sin embargo, la sección transversal de cuba puede presentar otro contorno geométrico, como por ejemplo redondo, semicircular, ovalado, cuadrado o poligonal. La zona de quema 20 se extiende, por ejemplo, en una primera y una segunda sección de cuba, teniendo la primera sección de cuba una sección transversal sustancialmente constante o una sección transversal que aumenta ligeramente hacia abajo. A continuación de la primera sección de cuba está situada en la dirección de flujo del material una segunda sección de cuba que presenta una sección transversal de cuba que disminuye en la dirección de flujo del material. La primera sección de cuba se extiende con su zona inferior hasta la zona superior de la segunda sección de cuba, de modo que entre las dos secciones de cuba se forma un canal anular 18. El canal anular 18 forma un espacio libre de material, en el que no está dispuesto ningún material que ha de ser quemado. La segunda sección de cuba presenta en su zona superior una sección transversal mayor que la primera sección de cuba, reduciéndose la sección transversal de la segunda sección de cuba, en la dirección de flujo del material, a la sección transversal de la primera sección de cuba, formando preferentemente el extremo inferior de la zona de quema 20. El canal anular 18 se extiende preferentemente circunferencialmente alrededor de la zona inferior de la primera sección de cuba de la zona de quema 20. Las cubas 2 de la figura 1 presentan, por ejemplo, respectivamente un canal anular 18 que está unido al canal de conexión 19.
A continuación de la zona de quema 20 en la dirección de flujo del material está situada una zona de refrigeración 22 en cada cuba 2 que se extiende hasta la salida de material 40. La zona de refrigeración está realizada en una sección de cuba con una sección transversal sustancialmente constante o que se reduce hacia abajo. La sección transversal de la sección de cuba de la zona de refrigeración 22 es mayor que la sección transversal del área inferior de la zona de quema 20, de modo que en el extremo superior de la zona de refrigeración 22 y de forma adyacente a la zona de quema 20 queda formado otro espacio 17 libre de material, en particular un talón anular, en el que no está dispuesto ningún material. El material es enfriado dentro de la zona de refrigeración 22 a aproximadamente 100°C en contracorriente al gas refrigerante que fluye hacia el material. En el extremo inferior de la zona de refrigeración 22 se encuentra un equipo de flujo preferentemente cónico que sirve para conducir el material en dirección a la pared de cuba.
Cada zona de refrigeración 22 presenta respectivamente un dispositivo de evacuación de aire refrigerante 17 con una salida de gas refrigerante 29 respectivamente. En el ejemplo de realización de la figura 1, el dispositivo de evacuación de aire refrigerante 17 está configurado como espacio 17 libre de material, en particular anular. La salida de gas refrigerante 29 está dispuesta preferentemente en la pared de cuba del espacio 17 libre de material en el extremo superior de la zona de refrigeración 22. El gas refrigerante que fluye a través de la entrada de gas refrigerante 23 a la zona de refrigeración 22 sale preferentemente completamente de la respectiva cuba 2 por la salida de gas refrigerante 29 del dispositivo de evacuación de aire refrigerante 17.
Preferentemente, en el extremo del lado de salida de material de cada cuba 2 está dispuesto un equipo de descarga 41. Los equipos de descarga 41 comprenden, por ejemplo, placas horizontales, preferentemente una mesa de descarga, que permiten que el material pase lateralmente entre la mesa de descarga y la pared de carcasa del horno de cuba FPR. El equipo de descarga 41 está realizado preferentemente como mesa de empuje o giratoria o como mesa con un rascador de empuje. Esto posibilita una velocidad de paso homogénea del material a quemar por las cubas 2. El equipo de descarga 41 comprende además, por ejemplo, el embudo de salida 25 que está situado a continuación de la mesa de descarga y en cuyo extremo inferior está fijada la salida de material 40.
Durante el funcionamiento del horno de cuba FPR 1 está activa respectivamente una de las cubas 2, estando pasiva la otra cuba 2 respectivamente. La cuba activa 2 se denomina cuba de combustión y la cuba pasiva 2 se denomina cuba de regeneración. El horno de cuba FPR 1 se hace funcionar en particular de forma cíclica, siendo el número de ciclos habitual, por ejemplo, de 75 a 150 ciclos por día. Una vez transcurrido el tiempo del ciclo, se intercambia la función de las cubas 2. Este proceso se repite continuamente. A través de las entradas de material 3 se introduce en las cubas 2 de forma alterna material tal como cal o dolomita. En la cuba activa 2, que se hace funcionar como cuba de combustión, se introduce combustible en la cuba de combustión 2 a través de las lanzas de quemador 10. El material que ha de ser quemado se calienta a una temperatura de aproximadamente 700 °C en la zona de precalentamiento 21 de la cuba de combustión. En el ejemplo de realización de la figura 1, la cuba 2 izquierda se hace funcionar como cuba de combustión, mientras que la cuba 2 derecha se hace funcionar como cuba de regeneración.
Durante el funcionamiento del horno de cuba FPR 1, tanto en la cuba de combustión 2 como en la cuba de regeneración 2, el gas refrigerante fluye a través de la zona de refrigeración 22 en contracorriente respecto al material que ha de ser enfriado y, preferentemente, se evacua completamente de la cuba 2 a través de la salida de gas refrigerante 29, de modo que preferentemente no fluya gas refrigerante desde la zona de refrigeración 22 a la zona de quema 20.
Dentro de la cuba 2 que se hace funcionar como cuba de combustión, el gas de combustión fluye a través de la entrada de gas de combustión 12 a la cuba de combustión y en equicorriente con el material dentro de la zona de quema 20 al espacio libre de material, configurado como canal anular 18. Desde el espacio libre de material 18, el gas fluye a través del canal de conexión 19 a la cuba 2 que se hace funcionar como cuba de regeneración. Dentro de la cuba de regeneración, el gas fluye desde el canal de conexión 19 y el espacio 18 libre de material de la cuba de regeneración, en contracorriente con respecto al material que ha de ser quemado, a través de la zona de quema 20 a la zona de precalentamiento 21 y abandona la cuba de regeneración a través de la salida de gas de escape 6 de la cuba de regeneración. Preferentemente, el gas de escape evacuado de la cuba 2 tiene una temperatura de 60°C a 160°C, preferentemente de 100°C.
El gas de escape es conducido a un conducto de gas de escape 39 situado a continuación de la salida de gas de escape 6. El conducto de gas de escape 39 presenta a continuación de la salida de gas de escape 6, en la dirección de flujo del gas de escape, opcionalmente un filtro de gases de escape 31 para filtrar partículas finas, en particular polvo. Corriente abajo del filtro de gases de escape 31, el conducto de gas de escape 39 presenta una derivación, siendo conducido una parte del gas de escape, a través de un conducto de gas de combustión 4, a la entrada de gas de combustión 12. Corriente abajo de la derivación, en la dirección de flujo del gas de escape, el conducto de gas de combustión 4 presenta, por ejemplo, un elemento de regulación, como por ejemplo una mariposa, y un compresor 35. El conducto de gas de combustión 4 está conectado preferentemente a las entradas de gas de combustión 12 de la cuba 2, siendo suministrado el gas de escape preferentemente solo a la entrada de gas de combustión 12 de la cuba 2 que se hace funcionar como cuba de combustión, a través de un elemento de regulación preconectado a la entrada de gas de combustión 12. Preferentemente, el conducto de gas de combustión 4 está conectado con un conducto de agente oxidante 14, de modo que un agente oxidante, preferentemente oxígeno puro, se introduce en el conducto de gas de combustión 4 y, a continuación, junto con el gas de escape en la cuba 2 a través de la entrada de gas de combustión 12. También es concebible que en el conducto de gas de combustión 4 se introduzca como agente oxidante un gas rico en oxígeno con un contenido de oxígeno de al menos 70 a 95%, preferentemente de 90%.
La parte del gas de escape que no es reconducida a la entrada de gas de combustión 12 es suministrada en el conducto de gas de escape 39 a una entrada de gas 15 en el canal de conexión 19. El conducto de gas de escape 39 presenta corriente abajo de la derivación del conducto de gas de combustión 4, en la dirección de flujo del gas de escape, preferentemente un compresor 36 de volumen regulable, un intercambiador de calor 43 y, dado el caso, un equipo calefactor 8 para calentar el gas de escape. El intercambiador de calor 43 está configurado, por ejemplo, como recuperador, calentándose el gas de escape en contracorriente con respecto al gas refrigerante extraído y enfriándose al mismo tiempo el gas refrigerante. El intercambiador de calor 43 está conectado, en particular a través de un conducto de extracción de gas refrigerante 11, a las salidas de gas refrigerante 29 de ambas cubas 2, de modo que el gas de escape en el intercambiador de calor 43 es calentado preferentemente en contracorriente por medio del gas refrigerante extraído. A continuación del intercambiador de calor, el conducto de extracción de gas refrigerante 11 presenta opcionalmente un elemento de regulación para ajustar la cantidad de gas refrigerante a extraer y un filtro 16 para eliminar el polvo del gas refrigerante. El gas de escape se calienta en el intercambiador de calor 43 y/o en el equipo calefactor 8 preferentemente hasta una temperatura de aproximadamente 900°C a 1100°C, en particular de 1000°C. También es concebible que el conducto de gas de escape 39 presente solamente un intercambiador de calor 43 o un equipo calefactor 8 para calentar el gas de escape. Por ejemplo, el gas de escape es calentado en el intercambiador de calor 43 hasta una temperatura de aproximadamente 600 °C y, a continuación, en el equipo calefactor 8 hasta una temperatura de aproximadamente 1000 °C.
El dispositivo calefactor 8 es, por ejemplo, un equipo calefactor accionado eléctricamente. En particular, el equipo calefactor se hace funcionar con energía solar. También es concebible que el equipo calefactor 8 comprenda un intercambiador de calor, calentándose el medio térmico que fluye en contracorriente, a través de energía solar. El equipo calefactor 8 está configurado preferentemente como reactor de combustión para la combustión de fuentes de energía preferentemente renovables, como por ejemplo madera, realizándose la combustión preferentemente de tal manera que el gas de combustión presente un alto contenido de CO2, de al menos 90%.
Corriente arriba del intercambiador de calor 43 se deriva una parte del gas de escape y se evacua a través de un equipo de refrigeración 32 por medio de un compresor 37. Preferentemente, la cantidad total de CO2 procedente de la calcinación y la combustión, así como el agua de la combustión, se elimina del horno de cuba FPR 1. El equipo de refrigeración 32 es, por ejemplo, un intercambiador de calor que preferentemente se hace funcionar en contracorriente con un medio refrigerante, como por ejemplo agua. El conducto de escape presenta, por ejemplo, respectivamente un compresor 34, 36 antes y después de la derivación del gas de escape que ha de ser evacuado.
El canal de conexión 19 presenta una entrada de gas 15 para introducir gas de escape recirculado al canal de conexión 19. La entrada de gas 15 está conectada a la salida de gas de escape 6 de la cuba 2 a través del conducto de gas de escape 39, de modo que el gas de escape despejado de polvo y calentado, descargado de la cuba 2, es conducido al canal de conexión 19. La entrada de gas 15 está dispuesta, por ejemplo, de forma centrada en la pared superior del canal de gas 15. También es concebible que la entrada de gas 15 esté dispuesta en otra posición en la pared del canal de conexión 19 o en los canales anulares 18. También es concebible que en el canal de conexión 19 o en los canales anulares 18 esté dispuesta una pluralidad de entradas de gas 15 que están conectadas respectivamente al conducto de gas de escape 39.
La figura 1 muestra además a modo de ejemplo dos equipos de análisis de gas 45, 46. Los equipos de análisis de gas 45, 46 están configurados de tal manera que determinan respectivamente el contenido de oxígeno y/o de CO<2>del respectivo gas. Un equipo de análisis de gas 45 está dispuesto a modo de ejemplo en el conducto de gas de escape 39, corriente abajo de la derivación del conducto de gas de combustión 4, y está realizado para determinar el contenido de oxígeno y/o de CO<2>del gas de escape. El equipo de análisis de gas 45 está conectado en particular a un equipo de regulación no representado para transmitir el contenido determinado de oxígeno y/o de CO2 del gas de escape.
Preferentemente, el conducto de agente oxidante 14 presenta un elemento de regulación, como por ejemplo una válvula o una chapaleta, a través de la cual se puede ajustar la cantidad de agente oxidante en el conducto de gas de combustión 4. Preferentemente, el elemento de regulación está conectado al equipo de regulación, estando configurado el equipo de regulación en particular de tal manera que regula la cantidad de agente oxidante en el conducto de gas de combustión 4 en función del contenido de oxígeno y/o de CO<2>del gas de escape, determinado por el equipo de análisis de gas 45.
La regulación sirve en particular para una combustión completa del combustible que es suministrado al horno de cuba FPR 1 a través del conducto de combustible 9. De esta manera, se evita un contenido de oxígeno indeseablemente alto en el conducto de gas de escape 39. Para controlar el contenido de CO<2>deseado en el conducto de gas de escape 39, se mide también el contenido el CO<2>.
Preferentemente, el equipo de regulación está configurado de tal manera que compara el contenido de oxígeno y/o de CO<2>determinado por el equipo de análisis de gas 45 con un respectivo valor límite o rango límite predeterminado y, si el valor determinado se desvía del valor límite o rango límite, aumenta o reduce la cantidad de agente oxidante en el conducto de gas de combustión.
Preferentemente, la cantidad de agente oxidante se aumenta si el contenido de oxígeno determinado queda por debajo del valor límite o del rango límite. Preferentemente, la cantidad de agente oxidante se reduce si el contenido de oxígeno determinado queda por encima del valor límite o del rango límite.
Un equipo de análisis de gas 46 está dispuesto a modo de ejemplo en el conducto de salida de gas de refrigeración 11, en particular corriente abajo del intercambiador de calor 43 y, por ejemplo, del filtro 16 y para determinar el contenido de oxígeno y/o de CO<2>del gas refrigerante descargado. El equipo de análisis de gas 46 está conectado en particular al equipo de regulación no representado para transmitir el contenido determinado de oxígeno y/o de CO<2>del gas refrigerante.
Preferentemente, el conducto de extracción de gas refrigerante 11 presenta preferentemente un elemento de regulación, como por ejemplo una válvula o una chapaleta, a través del cual puede ajustarse la cantidad de gas refrigerante que ha de ser descargado a través del equipo de extracción de gas refrigerante 17. Preferentemente, el elemento de regulación está conectado al equipo de regulación, estando configurado el equipo de regulación en particular de tal manera que regula la cantidad de gas refrigerante descargado a través del equipo de extracción de gas refrigerante 17 en función del contenido de oxígeno y/o de CO<2>del gas refrigerante, determinado por medio del equipo de análisis de gas 46.
La regulación sirve en particular para una extracción lo más completa posible del gas refrigerante del horno de cuba FPR 1 a la vez de un contenido de CO<2>lo más bajo posible o preferentemente nulo en el conducto de gas refrigerante 11.
Preferentemente, el equipo de regulación está configurado de tal manera que compara el contenido de oxígeno y/o de CO<2>determinado por medio del equipo de análisis de gas 46 con un respectivo valor límite o rango límite predeterminado y, si el valor determinado se desvía del valor límite o rango límite, aumenta o reduce la cantidad de gas refrigerante que ha de ser descargado a través del equipo de extracción de gas refrigerante 17.
Preferentemente, la cantidad de gas refrigerante se aumenta si el contenido de CO<2>determinado queda por debajo del valor límite o del rango límite. Preferentemente, la cantidad de gas refrigerante se reduce si el contenido de CO<2>determinado queda por encima del valor límite o del rango límite.
La figura 2a muestra otro ejemplo de realización de un horno de cuba FPR, que corresponde en gran medida al horno de cuba FPR de la figura 1. Los mismos elementos están provistos de los mismos signos de referencia. En el horno de cuba FPR 1 de la figura 2a la cuba 2 izquierda se hace funcionar, por ejemplo, como cuba de combustión. A diferencia del horno de cuba FPR de la figura 1, el horno de cuba FPR 1 de la figura 2a presenta un equipo de extracción de gas refrigerante 17 que comprende un cilindro interior 26 que desde la zona de refrigeración 22 se extiende al menos parcialmente hasta dentro de la zona de quema 20 y que presenta una salida de gas refrigerante 29 que está conectado al conducto de extracción de gas refrigerante 11. Las figuras 2b a 2f muestran vistas en sección transversal del horno de cuba FPR 1 en los planos de sección marcados en la figura 2a.
La zona de refrigeración 22 está realizada, por ejemplo, en una sección de cuba que tiene una sección transversal aproximadamente constante, correspondiendo la sección transversal de cuba de la zona de refrigeración 22 a la sección transversal de cuba de la zona inferior de la zona de quema 20. Por lo tanto, en el ejemplo de realización de la figura 2a no está realizado el espacio anular libre de material del horno de cuba FPR de la figura 1. Cada cuba 2 del horno de cuba FPR 1 de la figura 2a presenta un cilindro interior 29 que se extiende de forma céntrica a través de la zona de refrigeración 22 en dirección vertical. A modo de ejemplo, el cilindro interior 29 se extiende desde el equipo de descarga 41 a través de la zona de refrigeración 22 hasta la zona de quema 20 hasta la altura del canal de conexión 19. Para enfriar el cilindro interior 29 está formad en sus paredes exteriores una pluralidad de canales de aire refrigerante que están conectados a un conducto de aire refrigerante 7 para conducir el aire refrigerante. Preferentemente, el aire refrigerante se introduce en los canales de aire refrigerante del cilindro interior 26 a través del conducto de aire refrigerante 7 por medio un compresor 38. El aire refrigerante calentado es conducido, a modo de ejemplo, al conducto de extracción de gas refrigerante 11 y preferentemente es guiado al intercambiador de calor 43 para calentar el gas de escape. Los cilindros interiores 26 presentan respectivamente una entrada de aire refrigerante 27 que se extiende radialmente hacia fuera y una salida de aire refrigerante 28, que están conectadas al conducto de aire refrigerante 7. La figura 2f muestra una vista en sección transversal en el plano de sección EE, representado en la figura 2, a través de las entradas de aire refrigerante 27 y las salidas de aire refrigerante 28 del cilindro interior 26.
El cilindro interior 26 del equipo de extracción de gas refrigerante 17 presenta una salida de gas refrigerante 29 que desde el cilindro interior 26 se extiende radialmente hacia fuera a través de la pared de la cuba y sirve para conducir el gas refrigerante desde el cilindro interior al conducto de extracción de gas refrigerante 11. La figura 2e muestra una vista en sección transversal en el plano de sección D-D mostrado en la figura 2a a través de la salida de gas refrigerante 29. El cilindro interior 26 presenta además una entrada de gas refrigerante 30 para la introducción de gas refrigerante desde la zona de refrigeración 22 al cilindro interior 26. La entrada de gas refrigerante 30 se extiende a través de la pared interior del cilindro a la zona de refrigeración 22 y conecta el interior del cilindro interior 26 con la zona de refrigeración 22. La figura 2d muestra una vista en sección transversal en el plano de sección C-C, mostrado en la figura 2a, a través de la entrada de gas refrigerante 30. Cada cilindro interior 26 presenta, a modo de ejemplo, cuatro entradas de gas refrigerante 30 que están formadas respectivamente a la misma altura en la pared interior del cilindro y se extienden preferentemente en forma de estrella, de forma uniformemente distanciada entre sí, hacia el exterior, a la zona de refrigeración 22. La entrada de gas refrigerante 30 está dispuesta preferentemente por encima de la salida de gas refrigerante 29 en la zona de refrigeración 22. Durante el funcionamiento del horno de cuba FPR 1, el gas refrigerante fluye de abajo hacia arriba a través de la zona de refrigeración 22 y a la entrada de gas refrigerante 30 hacia dentro del cilindro interior 26 del equipo de extracción de gas refrigerante 17. Preferentemente, todo el gas refrigerante introducido en la zona de refrigeración 22 fluye a través de las entradas de gas refrigerante 30 hacia dentro del equipo de extracción de gas refrigerante 17, de modo que no llega gas refrigerante a la zona de quema 20. La salida de aire refrigerante 29 del cilindro interior 26 está dispuesta preferentemente en la zona inferior de la zona de refrigeración 22. El gas refrigerante fluye en particular desde la entrada de gas refrigerante 30 en el cilindro interior 26 hacia abajo hasta la salida de gas refrigerante 29.
En el ejemplo de realización de la figura 2a, la conducción del gas refrigerante extraído de la zona de refrigeración 22 y del gas de escape extraído de la zona de precalentamiento 21 corresponde al circuito descrito con respecto a la figura 1.
Las figuras 3a y b muestran otro ejemplo de realización de un horno de cuba FPR, que corresponde en gran medida al horno de cuba FPR de las figuras 1 y 2. Los mismos elementos están provistos de los mismos signos de referencia. En el horno de cuba FPR 1 de la figura 3 la cuba 2 izquierda se hace funcionar funciona, por ejemplo, como cuba de combustión. A diferencia del horno de cuba FPR de las figuras 1 y 2, el horno de cuba FPR 1 de la figura 3 presenta un equipo de extracción de gas refrigerante 17 que comprende un canal de conexión 24 adicional para la conexión en términos de gas de las zonas de refrigeración 22 de las dos cubas 2. Por debajo del canal de conexión 19 está dispuesto un canal de conexión 24 adicional para la conexión en términos de gas de las zonas de quema 20 de las dos cubas 2. En particular, el canal de conexión 24 adicional está dispuesto en el extremo superior de la zona de refrigeración 22, preferentemente directamente por debajo de la zona de quema 20. En el otro canal de conexión 24 se encuentra la salida de gas refrigerante 29 para evacuar el gas refrigerante, en particular completamente, desde las dos cubas 2 al conducto de salida de gas refrigerante 11. La salida de gas refrigerante 29 está dispuesta, a modo de ejemplo, de forma céntrica dentro del canal de conexión 24 adicional. La figura 3b muestra una vista en sección longitudinal del horno de cuba FPR de la figura 3a en el plano de sección D-D mostrado en la figura 3a. Las figuras 3c a 3e muestran vistas en sección transversal adicionales del horno de cuba FPR 1 de la figura 3a en los planos de sección indicados en la figura 3a. Las cubas 2 del ejemplo de realización de las figuras 3a a e tienen, a modo de ejemplo, una sección transversal rectangular. La salida de gas refrigerante 29 se extiende, a modo de ejemplo, por toda la anchura de la sección transversal de la cuba 2 y hacia fuera de la pared de cuba.
En el ejemplo de realización de la figura 3, la conducción del gas refrigerante extraído de la zona de refrigeración 22 y del gas de escape extraído de la zona de precalentamiento 21 corresponde al circuito descrito con respecto a la figura 1.
Las figuras 4a a h muestran otro ejemplo de realización de un horno de cuba FPR, que corresponde en gran medida al horno de cuba FPR de la figura 3. Los mismos elementos están provistos de los mismos signos de referencia. A diferencia del horno de cuba FPR de la figura 3, el horno de cuba f Pr 1 de las figuras 4a a c presenta un equipo de extracción de gas refrigerante 17 que comprende dos canales de conexión 42a, b. Los canales de conexión 42a, b están dispuestos paralelamente entre sí y se extienden respectivamente en lados exteriores opuestos de las cubas 2. Las zonas de refrigeración 22 de las dos cubas 2 se conectan entre sí en términos de gas a través de dos canales de conexión 42a, b. Cada canal de conexión 42a, b presenta en particular respectivamente una salida de gas refrigerante 29 que está conectada a un conducto de salida de gas refrigerante 11, no representado en las figuras 4a a c. La figura 4d muestra una vista en sección de un canal de conexión 42b en el plano en sección mostrado en la figura 4c. La salida de gas refrigerante 29 está realizada, a modo de ejemplo, de forma céntrica entre las dos cubas, preferentemente en el punto más estrecho del canal de conexión 42b. En particular, los canales de conexión 42a, b están configurados de forma idéntica. La sección transversal, en particular la altura, de los canales de conexión 42 aumenta en la dirección de las cubas, en particular hacia abajo, hacia dentro de la respectiva cuba 2, y disminuye entre las dos cubas 2. La anchura de los canales de conexión 42a, b es, a modo de ejemplo, constante.
Las figuras 4e a h muestran vistas en sección transversal del horno de cuba FPR 1 en los planos de sección representados en la figura 4c. En el ejemplo de realización de las figuras 4a a h, las zonas de quema 20 de las cubas 2 también están conectadas a través de dos canales de conexión paralelos 19a, b dispuestos en lados opuestos de las cubas 2. Los canales de conexión 19a, b y/o 42a, b para conectar las zonas de quema 20 y las zonas de refrigeración 22 pueden estar dispuestos opcionalmente circunferencialmente alrededor de las dos cubas 2.
En el ejemplo de realización de la figura 4, la conducción del gas refrigerante extraído de la zona de refrigeración 22 y del gas de escape extraído de la zona de precalentamiento 21 corresponde al circuito descrito con respecto a la figura 1.
La figura 5 muestra otro ejemplo de realización de un horno de cuba FPR 1, que corresponde en gran medida al horno de cuba FPR de la figura 1. Los mismos elementos están provistos de los mismos signos de referencia. A diferencia del ejemplo de realización de la figura 1, el horno de cuba FPR 1 de la figura 5 está provisto de un intercambiador de calor 43 configurado como regenerador 44. El intercambiador de calor 43 presenta, a modo de ejemplo, dos regeneradores 44 conectados entre sí en paralelo. Los regeneradores 44 están conectados al conducto de gas de escape 39 y al conducto de extracción de gas refrigerante 11, respectivamente a través de una válvula, en particular una válvula de cierre. Durante el funcionamiento del horno de cuba FPR, respectivamente exactamente uno de los regeneradores 44 es atravesado por el gas refrigerante extraído, para calentar el regenerador 44. Respectivamente el otro regenerador 44 es atravesado por el gas de escape que ha de ser calentado. Al cabo de un tiempo determinado, en particular cuando las cubas se conmutan entre el modo de combustión y el de regeneración, se conmutan los modos de funcionamiento de los regeneradores, de modo que respectivamente el otro regenerador es atravesado por el gas de escape que ha de ser calentado y el gas refrigerante extraído. El regenerador 44, calentado por el gas refrigerante extraído emite entonces el calor al gas de escape.
La cal producida con el horno de cuba FPR 1 de las figuras 1 a 4, descrito anteriormente, tiene una alta reactividad, produciéndose al mismo tiempo un gas de proceso con un contenido de CO2 superior al 90% con respecto al gas seco. Con un gas de escape de proceso de este tipo es posible licuarlo y secuestrarlo con menos esfuerzo. Por ejemplo, el gas de escape de proceso licuado se suministra a pasos de procedimiento adicionales o se almacena. Alternativamente, con el horno de cuba FPR descrito anteriormente también se puede producir gas de escape con un menor contenido de CO2, por ejemplo de 45% para la fabricación de sosa o de 35% para la fabricación de azúcar o de 30% para la fabricación de carbonato de calcio precipitado.
Lista de signos de referencia
1 Horno de cuba FPR
2 Cuba
3 Entrada de material / esclusa
4 Conducto de gas de combustión
6 Salida de gas de escape
7 Conducto de aire refrigerante
8 Equipo calefactor
9 Conducto de combustible
10 Lanzas de quemador
11 Conducto de extracción de gas refrigerante
12 Entrada de gas de combustión
14 Conducto de agente oxidante
15 Entrada de gas
16 Filtro
17 Espacio libre de material / equipo de extracción de gas refrigerante
18 Canal anular / espacio libre de material
19 Canal de conexión
20 Zona de quema
21 Zona de precalentamiento
22 Zona de refrigeración
23 Entrada de gas refrigerante
24 Canal de conexión adicional de las zonas de refrigeración
25 Embudo de salida
26 Cilindro interior
27 Entrada de aire refrigerante
28 Salida de aire refrigerante
29 Salida de gas refrigerante
30 Entrada de gas refrigerante
Filtro de gas de escape
Equipo de refrigeración
a 38 Compresor
Conducto de gas de escape
Salida de material / esclusa
Equipo de descarga
a,b Canales de conexión
Intercambiador de calor / recuperador
Regenerador
, 46 Equipo de análisis de gas

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para quemar material, como rocas carbonatadas, en un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) con dos cubas (2) que se hacen funcionar alternando como cuba de combustión y como cuba de regeneración y que están conectadas entre sí por medio de un canal de conexión (19), en el cual el material fluye, a través de una entrada de material (3) a una zona de precalentamiento (21) para precalentar el material, una zona de quema (20) para quemar el material y una zona de refrigeración (22) para refrigerar el material, a una salida de material (40), y en el cual en la cuba (2) que se hace funcionar como cuba de combustión está realizada una zona de quema en equicorriente,
en el cual es introducido un gas refrigerante en la zona de refrigeración,
y en el cual el gas de escape es evacuado de una de las cubas (2) a través de una salida de gas de escape (6) dispuesta dentro o por encima de la zona de precalentamiento (21) y
caracterizado por que
el gas de escape evacuado de la cuba (2) a través de la salida de gas de escape (6) es introducido al menos parcialmente en al menos una de las cubas (2).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el gas de escape es introducido en la zona de precalentamiento (21) de la cuba (2) que se hace funcionar como cuba de combustión.
3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas de escape es introducido en el canal de conexión (19) y/o en la zona de quema (20) de la cuba (2) que se hace funcionar como cuba de regeneración.
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el gas de escape, antes de ser introducido en el canal de conexión (19) o en la zona de quema (20) de la cuba (2) que se hace funcionar como cuba de regeneración, es calentado en particular a una temperatura de 900 °C a 1100 °C, preferentemente de 1000 °C.
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el gas de escape es calentado por medio de un intercambiador de calor (43) y/o de un equipo calefactor (8), en particular un dispositivo calefactor eléctrico, de un equipo solar o de un reactor de combustión.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas refrigerante calentado en la zona de refrigeración (22) es evacuado de la zona de refrigeración (22) de la cuba (2), a través de un equipo de extracción de gas refrigerante (17).
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el gas refrigerante descargado de la zona de refrigeración (22) es suministrado a un intercambiador de calor (43) para calentar el gas de escape.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que a la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión se suministra un agente oxidante.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 6 u 8, en el que se determina el contenido de oxígeno y/o de CO<2>en el gas de escape y/o del gas refrigerante y en el que se regula la cantidad de agente oxidante suministrado a la cuba de combustión y/o la cantidad de gas refrigerante evacuado de la zona de refrigeración (22) de la cuba (2) a través del equipo de extracción de gas refrigerante (17).
10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las cubas (2) presentan respectivamente al menos una lanza de quemador (10) y el gas de escape es introducido en la lanza de quemador (10).
11. Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) para quemar y refrigerar material, como rocas carbonatadas, con dos cubas (2) que pueden hacerse funcionar alternando como cuba de combustión y como cuba de regeneración y que están conectadas entre sí por medio de un canal de conexión (2), y en el que en la cuba que se hace funcionar como cuba de combustión está realizada una zona de quema en equicorriente, y en el que cada cuba (2) presenta en la dirección de flujo del material, una zona de precalentamiento (21) para precalentar el material, una zona de quema (20) para quemar el material y una zona de refrigeración (22) para refrigerar el material,
en el que cada cuba (2) presenta una salida de gas de escape (6), dispuesta dentro o por encima de la zona de precalentamiento (21), para evacuar el gas de escape de la cuba (2),
caracterizado por que
al menos una salida de gas de escape (6) está conectada a una entrada de gas (12, 15) para introducir gas en al menos una cuba (2).
12. Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la entrada de gas (12) está dispuesta en la zona de precalentamiento (21) de la cuba (2) que se hace funcionar como cuba de combustión.
13. Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, en el que la entrada de gas (15) está dispuesta en el canal de conexión (19) y/o en la zona de quema (20) de la cuba (2) y/o en un espacio libre de material en la cuba (2).
14. Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 13, en el que entre la salida de gas de escape (6) y la entrada de gas (15) está situado un intercambiador de calor (43) en el canal de conexión (19) y/o la zona de quema (20) y/o para calentar los gases de escape está dispuesto un dispositivo calefactor (8), en particular un dispositivo calefactor eléctrico, un equipo solar o un reactor de combustión.
15. Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 14, en el que la zona de refrigeración (22) presenta una entrada de gas refrigerante (23) para introducir gas refrigerante en la zona de refrigeración (22) y un equipo de extracción de gas refrigerante (17) para descargar el gas refrigerante de la cuba (2).
16. Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el equipo de extracción de gas refrigerante (17) está conectado a un intercambiador de calor (43) para calentar el gas de escape.
17. Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) de acuerdo con la reivindicación 15 o 16, en el que el equipo de extracción de gas refrigerante (17) comprende un espacio libre de material dentro de la zona de refrigeración (22).
18. Horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 17, en el que cada cuba (2) presenta una entrada de gas de combustión (12) para introducir gas de combustión en la zona de precalentamiento (21) y/o en la zona de quema (20) y en el que la entrada de gas de combustión (12) está conectada a un conducto de agente oxidante (14) para conducir un agente oxidante a la cuba (2).
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