ES3033110T3 - Kiln and method for burning carbonate rock - Google Patents

Kiln and method for burning carbonate rock

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Patrick Bucher
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Abstract

La invención se refiere a un método para la combustión de materiales, como roca carbonatada, en un horno de uno o dos pozos. El material fluye a través de una entrada (3) hacia una zona de precalentamiento (21), una zona de combustión (20), una zona de enfriamiento (22) y una salida (40). En esta zona se introduce un gas refrigerante. Los gases de escape se descargan desde un pozo (2) del horno a través de una salida (6) situada dentro o por encima de la zona de precalentamiento (21). Estos gases, que salen del pozo (2) a través de la salida (6), se introducen, al menos parcialmente, en al menos un pozo (2) del horno. El gas de escape se enfría en un dispositivo de refrigeración (32) y posteriormente se calienta a una temperatura máxima de 200 °C, en particular de 50 °C a 160 °C, preferiblemente de 70 °C a 120 °C, en un dispositivo de calentamiento (47). La invención también se refiere a un horno (1) para la combustión y el enfriamiento de materiales, como roca carbonatada, que comprende uno o dos pozos (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Horno y procedimiento para quemar roca carbonatada
La invención se refiere a un horno y a un procedimiento para quemar y refrigerar material como, por ejemplo, rocas carbonatadas, con un horno de cuba FPR. El horno es, por ejemplo, un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (horno de cuba FPR) o un horno de cuba, en particular un horno de cuba anular.
La quema de roca carbonatada en un horno de cuba o 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. Por el documento DE 102010060866 B3 es conocido que es posible calentar los gases de escape recirculados en un intercambiador de calor hasta una temperatura de 500 °C en una sola etapa. Habitualmente, el material se carga a la cuba desde arriba junto con el gas de oxidación, inyectándose combustibles en la zona de quema.
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.
Además, se está buscando el uso de combustibles alternativos, como hidrógeno o metano, en el marco de una fabricación de cal viva respetuosa con el medio ambiente.
Partiendo de esto, es objetivo de la presente invención proporcionar un horno, por ejemplo, un horno de cuba y/o un horno de cuba FPR, y un procedimiento para la quema de roca carbonatada con dicho horno, con el que se haga posible una cal con una alta reactividad con separación simultánea de CO2 del gas de escape y el uso de combustibles alternativos.
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.
Según un primer aspecto, la invención comprende un procedimiento para quemar materiales como, por ejemplo, rocas carbonatadas, en un horno con una o dos cubas, en el que el material fluye a través de una entrada de material hacia 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 hacia una salida de material, introduciéndose un gas refrigerante en la zona de refrigeración, descargándose gas de escape desde una cuba del horno a través de una salida de gas de escape dispuesta dentro o por encima de la zona de precalentamiento introduciéndose el gas de escape descargado de la cuba a través de la salida de gas de escape al menos parcialmente en la al menos una cuba del horno. El gas de escape se refrigera, al menos parcialmente, en un equipo de refrigeración antes de introducirse en la cuba y, a continuación, se calienta en un dispositivo calefactor hasta una temperatura máxima de 200 °C, en particular de 50 °C a 160 °C, preferentemente de 70 °C a 120 °C. A continuación del dispositivo calefactor, el gas de escape se calienta en un intercambiador de calor a una temperatura comprendida entre 400 °C y 800 °C, en particular a 600 °C.
La refrigeración del gas de escape en el equipo de refrigeración y su posterior calentamiento en el dispositivo calefactor reduce la humedad relativa del gas de escape. En particular, se reduce considerablemente el riesgo de que el agua se condense y cause problemas de funcionamiento en los compresores. Esto también reduce el riesgo de corrosión en los componentes para el posterior tratamiento del gas de escape.
Preferentemente, la totalidad del gas de escape descargado de la cuba se enfría en el equipo de refrigeración y, a continuación, se calienta en el dispositivo calefactor. También es posible que solo una parte del gas de escape se alimente al equipo de refrigeración y, a continuación, al dispositivo calefactor.
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. Preferentemente, se alimenta metano o hidrógeno al horno como combustible. En la salida del gas de escape, este presenta preferentemente una proporción de agua aproximadamente del 15%vol al 40%vol, en particular del 25 % vol al 35 % vol, siendo la temperatura, por ejemplo, de aproximadamente 80 °C a 100 °C y, en particular, inferior a 80 °C cuando se pone en marcha la instalación.
El horno es, por ejemplo, un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo con dos cubas paralelas o un horno de cuba exactamente con una cuba. Un 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 evacuados 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.
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, metano, hidrógeno 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.
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.
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% parala fabricación de sosa o de 35% parala fabricación de azúcar o de 30 % para la fabricación de carbonato de calcio precipitado.
En particular, el gas de escape es introducido 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. Por ejemplo, el gas de escape se introduce en el canal de conexión y/o en la zona de quema de la cuba que funciona como cuba regenerativa. 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 una primera forma de realización, el gas de escape se refrigera a una temperatura de 10 °C a 50 °C, en particular de 15 °C a 40 °C, en el equipo de refrigeración. A este respecto, se produce una condensación, al menos parcial, del agua del gas de escape, lo que reduce la humedad absoluta del gas de escape.
El equipo de refrigeración y/o el dispositivo calefactor están configurados como intercambiadores de calor de acuerdo con otra forma de realización. Esto permite utilizar el calor residual, en particular la diferencia de temperatura de un fluido en una posición diferente del proceso del horno.
De acuerdo con otra forma de realización, el gas de escape se desempolva en un filtro antes de la refrigeración en el equipo de refrigeración. El filtro está dispuesto preferentemente entre la salida de gas de escape y el equipo de refrigeración. El filtro es preferentemente un filtro de polvo para filtrar partículas de polvo del gas de escape. De acuerdo con otra forma de realización, el filtro funciona a sobrepresión. Preferentemente, un compresor, en particular un ventilador, está dispuesto aguas arriba del filtro en la dirección del flujo del gas de escape.
De acuerdo con otra forma de realización, el gas de refrigeración calentado en la zona de refrigeración se descarga de la zona de refrigeración de la cuba a través de un equipo de extracción de gas refrigerante y se alimenta al dispositivo calefactor configurado como intercambiador de calor para calentar el gas de escape refrigerado en el equipo de refrigeración. El gas refrigerante calentado en la zona de refrigeración se descarga preferentemente 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.
El equipo de extracción de gas refrigerante presenta preferentemente de 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. El equipo de extracción de gas refrigerante está configurado preferentemente de tal manera que evacua 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.
En particular, un intercambiador de calor para calentar el gas de escape está conectado al dispositivo calefactor en la dirección del flujo del gas de escape. Preferentemente, el intercambiador de calor está conectado al equipo de extracción de gas refrigerante, de modo que al menos una parte del gas refrigerante extraído se alimenta al intercambiador de calor. El intercambiador de calor está dispuesto separadamente del dispositivo calefactor, por lo que el gas de escape se calienta en el dispositivo calefactor y, a continuación, en el intercambiador de calor. 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.
El intercambiador de calor para calentar el gas de escape a una temperatura de 400 °C a 800 °C, en particular a 600 °C, está dispuesto en la dirección de flujo del gas refrigerante extraído y, a continuación, por ejemplo, el dispositivo calefactor configurado como intercambiador de calor para calentar el gas de escape a una temperatura de 200 °C, en particular de 50 °C a 160 °C, preferentemente de 70 °C a 120 °C. El gas de escape se calienta preferentemente en dos etapas sucesivas en un respectivo intercambiador de calor en contracorriente con el gas refrigerante extraído.
Por ejemplo, el gas de escape se calienta a una temperatura de 900 °C a 1100 °C, preferentemente a 1000 °C, en un dispositivo calefactor situado después del intercambiador de calor y antes de que se introduzca en la cuba. 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.
Preferentemente, el gas de escape se trata térmicamente en cuatro etapas sucesivas, según las cuales, en una primera etapa, el gas de escape se refrigera a una temperatura comprendida entre 10 °C y 50 °C, en particular, entre 15 °C y 40 °C, en una segunda etapa, el gas de escape se calienta a una temperatura máxima de 200 °C, en particular entre 50 °C y 160 °C, preferentemente entre 70 °C y 120 °C, en una tercera etapa, el gas de escape se calienta a una temperatura comprendida entre 400 °C y 800 °C, en particular a 600 °C, y en una cuarta etapa opcional, el gas de escape se calienta a una temperatura comprendida entre 900 °C a 1100 °C, preferentemente a 1000 °C.
De acuerdo con otra forma de realización, el horno comprende un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo con dos cubas que funcionan alternativamente como cuba de combustión y como cuba regenerativa y estando conectadas entre sí mediante un canal de conexión, estando configurada una zona de quema de flujo paralelo en la cuba que funciona como cuba de combustión, introduciéndose el gas de escape descargado de la cuba en la zona de precalentamiento de la cuba que funciona como cuba de combustión y/o en el canal de conexión y/o en la zona de quema de la cuba que funciona como cuba regenerativa. De acuerdo con otra forma de realización, el gas de escape se calienta aguas abajo del dispositivo calefactor y antes de introducirse en el canal de conexión o en la zona de quema de la cuba que funciona como cuba regenerativa, en particular mediante el equipo calefactor, hasta una temperatura de 900 °C a 1100 °C, preferentemente a 1000 °C.
De acuerdo con otra forma de realización, el horno comprende un horno de cuba con exactamente una cuba, estando configurada una zona de quema de flujo paralelo dentro de la zona de quema. El horno de cuba funciona preferentemente a sobrepresión.
Preferentemente, se suministra un agente oxidante a la cuba, en particular a la cuba de un horno FPR que funciona 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 el 70 al 95 %, preferentemente del 90 %. El agente oxidante se introduce preferentemente en la cuba junto con el gas de escape. También es concebible que la cuba presente en la zona de precalentamiento y/o en la zona de quema una entrada de agente oxidante separada para la introducción del agente oxidante en la cuba por separado del gas de escape.
La invención también comprende un horno para quemar y refrigerar material como, por ejemplo, rocas carbonatadas, con una o dos cubas, presentando, en la dirección de flujo del material, una cuba del horno 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. Una cuba del horno presenta una salida de gas de escape dispuesta dentro o por encima de la zona de precalentamiento para descargar gas de escape de la cuba, y estando conectada al menos una salida de gas de escape a una entrada de gas para admitir gas en una cuba del horno. El horno presenta un equipo de refrigeración y un dispositivo calefactor aguas abajo de la salida de gas de escape en la dirección de flujo del gas de escape, estando dispuesto el dispositivo calefactor aguas abajo del equipo de refrigeración y estando configurado de tal manera que calienta el gas de escape a una temperatura de 200 °C como máximo, en particular de 50 °C a 160 °C, preferentemente de 70 °C a 120 °C, estando dispuesto aguas abajo del dispositivo calefactor un intercambiador de calor configurado de tal manera que calienta el gas de escape a una temperatura de 400 °C a 800 °C, en particular a 600 °C, estando conectada al menos una salida de gas de escape a una entrada de gas para admitir el gas de escape calentado en una cuba del horno.
Las formas de realización y ventajas descritas en relación con el procedimiento para quemar material, como rocas carbonatadas, en un horno también son válidas para el horno en lo que respecta al dispositivo.
De acuerdo con una forma de realización, el equipo de refrigeración está configurado de tal manera que refrigera el gas de escape a una temperatura de 10 °C a 50 °C, en particular de 15 °C a 40 °C. De acuerdo con otra forma de realización, el equipo de refrigeración y/o el dispositivo calefactor están configurados como intercambiadores de calor. De acuerdo con otra forma de realización, se dispone un filtro aguas arriba del equipo de refrigeración para eliminar el polvo del gas de escape.
De acuerdo con otra forma de realización, la zona de refrigeración presenta una entrada de gas refrigerante para admitir gas refrigerante en la zona de refrigeración y un equipo de extracción de gas refrigerante para descargar gas refrigerante de la cuba, estando conectado el equipo de extracción de gas refrigerante al dispositivo calefactor configurado como intercambiador de calor para calentar el gas de escape. De acuerdo con otra forma de realización, un compresor, en particular un soplador o ventilador, está dispuesto aguas arriba del filtro.
De acuerdo con otra forma de realización, el horno comprende un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo con dos cubas que pueden funcionar alternativamente como cuba de combustión y como cuba regenerativa y que están conectadas entre sí mediante un canal de conexión, estando configurada una zona de quema de flujo paralelo en la cuba que funciona como cuba de combustión, presentando cada cuba una salida de gas de escape dispuesta dentro o por encima de la zona de precalentamiento para descargar el gas de escape de la cuba, estando conectada al menos una salida de gas de escape con una entrada de gas para admitir gas en al menos una cuba, estando dispuesta la entrada de gas en la zona de precalentamiento de la cuba que funciona como cuba de combustión y/o en el canal de conexión y/o en la zona de quema de la cuba y/o en un espacio libre de material en la cuba.
De acuerdo con otra forma de realización, 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 está dispuesto entre la salida de gas de escape y la entrada de gas en el canal de conexión y/o la zona de quema.
De acuerdo con otra forma de realización, el horno es un horno de cuba exactamente con una cuba, estando configurada la zona de quema, al menos parcialmente, como zona de quema de flujo paralelo. Preferentemente, en un horno configurado como horno de cuba con una sola cuba, el gas de escape se introduce en la zona de quema de la cuba. En particular, en un horno configurado como horno de cuba FPR, el gas de escape se introduce en la zona de precalentamiento y/o en la zona de quema de la cuba que funciona como cuba de combustión y/o en el canal de conexión y/o en la zona de quema de la cuba que funciona como cuba regenerativa.
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 2 muestra una representación esquemática de un horno de cuba para quemar y/o calcinar material en trozos, en una sección longitudinal de acuerdo con un ejemplo de realización.
La figura 1 muestra un horno, en particular 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 6 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.
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.
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. 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.
Cada zona de refrigeración 22 presenta respectivamente un equipo de extracción de aire refrigerante 17 con una salida de gas refrigerante 29 respectivamente. 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 equipo de extracción de aire refrigerante 17.
Equipo de extracción de aire refrigerante 17 que comprende un cilindro interior 26, que se extiende desde la zona de refrigeración 22 al menos parcialmente hasta la zona de quema 20 y presenta una salida de gas refrigerante 29 que está conectada al conducto de extracción de gas refrigerante 11.
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 ejemplo, se configura un espacio anular libre de material a la altura del canal de conexión 19. Cada cuba 2 del horno de cuba FPR 1 presenta preferentemente un cilindro interior 26 que se extiende de forma céntrica a través de la zona de refrigeración 22 en dirección vertical. A modo de ejemplo, el cilindro interior 26 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. Por ejemplo, el aire refrigerante calentado se utiliza como fuente de energía para otros procesos como, por ejemplo, el secado de biomasa o piedra caliza. 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.
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. 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 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.
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 %.
En particular, un equipo de refrigeración 32 está dispuesto a continuación del filtro de gas de escape 31. 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. Un dispositivo calefactor 47 para calentar el gas de escape refrigerado se dispone preferentemente a continuación del equipo de refrigeración 32. El dispositivo calefactor 47 está configurado preferentemente de tal forma que caliente el gas de escape a una temperatura máxima de 200 °C, en particular de 50 °C a 160 °C, preferentemente de 70 °C a 120 °C. El dispositivo calefactor 47 está configurado preferentemente como intercambiador de calor, estando conectado con el conducto de extracción de gas refrigerante 11, de modo que el gas refrigerante extraído de la cuba 2 se alimenta al dispositivo calefactor 47. Preferentemente, el gas refrigerante filtrado en el filtro 16 se alimenta al intercambiador de calor 47.
A continuación del dispositivo calefactor 47 se ha dispuesto un ramal a través del cual se expulsa al menos una parte del gas de escape y una segunda parte se devuelve a una de las cubas 2 a través del conducto de gas de escape 39. El conducto de escape presenta, por ejemplo, respectivamente un compresor 34, 36, 37 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>.
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.
La cal producida con el horno de cuba FPR 1, 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.
La figura 2 muestra otra forma de realización de un horno 1, en particular un horno de cuba 1, como un horno de cuba anular. El horno de cuba 1 comprende una cuba 2 que se extiende preferentemente en dirección vertical y presenta, por ejemplo, una sección transversal esencialmente constante. La cuba 2 presenta, por ejemplo, una sección transversal redonda, en particular circular, o angular, en particular cuadrada. La cuba 2 está envuelta por una pared de cuba, que está configurada, por ejemplo, de acero con una pared interior dispuesta a continuación, de mampostería, resistente al fuego. La cuba 2 presenta en su extremo superior una entrada de material 3, que está configurada, por ejemplo, como abertura superior de la cuba 2, y en particular como esclusa 3, y que se extiende preferentemente a lo largo de toda o parte de la sección transversal de la cuba 2. La entrada de material 3 sirve para dejar entrar material que se ha de quemar en el horno de cuba 1. 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.
La cuba 2 presenta una salida de gas de escape 6 en una zona superior para descargar el gas de escape del horno desde la cuba 2. El gas de escape se conduce desde la salida de gas de escape 6 a un conducto de gas de escape 39. Por ejemplo, el gas de escape se extrae a través de un espacio anular sin material. Dentro de la cuba 2, el material que se ha de quemar se transporta por gravedad de arriba abajo a través de la cuba 2, presentando la cuba 2, en la dirección de transporte 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 enfriar el material quemado. La zona de precalentamiento 21 se extiende preferentemente desde la entrada de material 3 hasta la zona de quema 20 y sirve para precalentar el material antes de la quema. En la zona de quema 20, a diferencia de la zona de precalentamiento 21, el material se quema, en particular se calcina, preferentemente por desacidificación.
Preferentemente, en la zona de quema 20 de la cuba 2 se configuran niveles de cámara de combustión 13, disponiéndose en cada nivel de cámara de combustión 13 al menos una cámara de combustión con al menos un quemador 10. El horno de cuba 1 también presenta un conducto de combustible 9 para introducir combustible y un conducto de suministro de agente oxidante 14 para introducir un agente oxidante en la zona de quema 20 de la cuba 2. El oxidante es, por ejemplo aire, oxígeno puro o un gas con un porcentaje de oxígeno de al menos el 90 %. El conducto de suministro de oxidante 14 y el conducto de combustible 9 están conectados, por ejemplo, en cada caso a un ventilador, preferentemente un compresor, de modo que el oxidante y/o el combustible se solicitan en la dirección de los quemadores 10.
En el extremo inferior de la cuba 2 está dispuesta una salida de material 40 para descargar el material quemado. La salida de material es, por ejemplo, una esclusa como se describe con respecto a la entrada de material 3. Visto en la dirección de transporte del material, a continuación de la zona de refrigeración 22 está dispuesto un embudo de salida 25, en particular un embudo de material inferior, que desemboca en la salida de material 40 para dejar salir el material del horno de cuba 1. En el embudo de salida 25 está dispuesto, por ejemplo, un dispositivo de descarga 41, que sirve para dejar salir material de la zona de refrigeración 22 del horno de cuba 1 al embudo de salida 25. El dispositivo de descarga 41 es, por ejemplo, un plato giratorio o mesas de empuje. Por ejemplo, en el horno de cuba 1 se dispone una entrada de aire refrigerante que introduce aire refrigerante en el embudo de salida 25. Preferentemente, el aire refrigerante se insufla en el embudo de salida 25 a una presión de hasta 500 mbar mediante un compresor de aire refrigerante.
La cuba 12 presenta además un equipo de extracción de gas refrigerante 17 para evacuar al menos una parte del aire refrigerante de la cuba 2. El equipo de extracción de gas refrigerante 17 está configurado, por ejemplo, como un cilindro interior dispuesto concéntricamente la cuba 2 y dentro de ella. El aire refrigerante fluye a través del horno de cuba 1, en particular por la cuba 2, de abajo hacia arriba en dirección vertical y en contracorriente con respecto al material, y abandona la cuba 2 a través del conducto de salida de gas de escape 39 de la salida de gas de escape 6 y/o a través del equipo de extracción de gas refrigerante 17. El equipo de extracción de aire refrigerante 29 se extiende, a modo de ejemplo, de forma central por la zona de quema 20 de la cuba 2. La zona de combustión 20 de la cuba 2 está configurada preferentemente, al menos parcialmente o por completo, como espacio anular, que está dispuesto concéntricamente con respecto al equipo de evacuación de gas refrigerante 29. Opcionalmente, el equipo de evacuación de gas refrigerante 29 se extiende desde la zona de refrigeración 22 o el límite entre la zona de combustión 20 y la zona de refrigeración 22 por la zona de combustión 20, por ejemplo, hasta la zona de precalentamiento 21 y a través de la pared de la cuba al exterior de la cuba 2. El equipo de extracción de gas refrigerante 17 está equipado con una salida de gas 29 para descargar el aire refrigerante y, por ejemplo, gas de escape de la cuba 2. El gas que sale por la salida de gas 12 fluye preferentemente hacia un conducto de extracción de aire refrigerante 11. El equipo de extracción de gas refrigerante 17 se extiende a través de la cuba 2, por ejemplo, hasta la salida de gas o más allá de esta. La salida de gas 29 está dispuesta preferentemente a la altura de la zona de quema 22.
Para refrigerar el equipo de extracción de gas refrigerante 17, la cuba 2 presenta preferentemente una entrada de aire refrigerante a través de la cual se introduce aire refrigerante por encima del dispositivo de descarga 41 en un conducto de aire refrigerante 48 por medio de un compresor de aire refrigerante 33. El conducto de aire refrigerante 48 se extiende preferentemente a lo largo del equipo de extracción de gas refrigerante 17, en particular a lo largo de la pared exterior del equipo cilíndrico de extracción de gas refrigerante 17, y desemboca preferentemente en el conducto de extracción de aire refrigerante 11. Opcionalmente, el conducto de aire refrigerante 48 desemboca en otro conducto de aire refrigerante 7 dispuesto para refrigerar el cilindro interior superior. Los conductos de aire refrigerante 7, 48 están conectados preferentemente al conducto de extracción de aire refrigerante 11 a través de un equipo regulador como, por ejemplo, una compuerta o una válvula, para el suministro regulado de aire refrigerante al conducto de extracción de aire refrigerante 11.
Además, el horno de cuba 1 presenta opcionalmente un cilindro interior superior que se extiende al menos parcialmente a través de la zona de precalentamiento 21 y está dispuesto por encima del equipo de extracción de gas refrigerante 29. El cilindro interior superior presenta una salida para liberar gas de la cuba 2, estando cerrada preferentemente esta salida para que el gas que entra en el cilindro interior superior 6 no pueda escapar de la cuba 2. Durante el funcionamiento del horno de cuba 1, el cilindro interior superior sirve para igualar el flujo de material dentro de la zona de precalentamiento 21. Preferentemente, en la zona de precalentamiento 21 se dispone una entrada de aire refrigerante para enfriar el cilindro interior superior. El aire refrigerante, preferentemente acelerado por medio de un ventilador 34, fluye a través de la entrada de aire refrigerante hacia un conducto anular dispuesto alrededor de la zona de precalentamiento 21 y/o un conducto de aire refrigerante 7 instalado al menos parcialmente en el interior del cilindro interior superior.
El material fluye esencialmente durante el funcionamiento del horno de cuba 1 debido a la fuerza de gravedad por la cuba 2 y se somete a un tratamiento térmico en contracorriente o parcialmente en corriente paralela. Preferentemente, dentro de la zona de quema 20 se forma una zona de quema a contracorriente en la que el material fluye en contra del flujo de gas a través de la cuba 2. La zona de quema a contracorriente se forma a modo de ejemplo por encima del nivel inferior de la cámara de combustión 13. Preferentemente, adicionalmente se forma dentro de la zona de quema 20 una zona de quema de flujo paralelo en la que el flujo de gas discurre en la misma dirección que el flujo de material a través de la cuba 2. La zona de quema de flujo paralelo se forma a modo de ejemplo por debajo del nivel inferior de la cámara de combustión 13. La disposición de la zona de quema de flujo paralelo y de la zona de quema a contracorriente puede variar en función de la velocidad de flujo del material y del flujo de gas, estando configurada la zona de quema a contracorriente preferentemente siempre por encima de la zona de quema de flujo paralelo.
El material se precalienta preferentemente en la zona de precalentamiento 21 a una temperatura de hasta aproximadamente 800 °C, presentando la zona de combustión 22. por ejemplo. una temperatura de 800 °C a 1800 °C y volviendo a enfriarse en la zona de refrigeración 22 el material hasta aproximadamente 100 °C.
Durante el funcionamiento del horno de cuba 1 se forma una columna de material en la zona de combustión 20 de la cuba 2 con el material alimentado mediante la carga de material 3, desplazándose el material hacia abajo debido a la fuerza de gravedad y siendo descargado en la zona de la zona de refrigeración 22 a través de la salida de material 40 como producto calcinado, por ejemplo, cal viva. El material llena a este respecto la zona de combustión 20 preferentemente a lo largo de toda la sección transversal, preferentemente con forma anular, y la zona de refrigeración 22. El equipo de extracción de gas refrigerante 29 está preferentemente libre de material. El gas refrigerante fluye a través del lecho de material y llega al equipo de evacuación de gas refrigerante 29. Preferentemente, el gas de escape de la zona de quema 24 entra en el equipo de extracción de gas refrigerante 17, al menos parcialmente, adicionalmente al gas refrigerante. El equipo de extracción de gas refrigerante 17 está conectado a través del conducto de extracción de aire refrigerante 11 a un elemento de regulación en forma de compuerta, por ejemplo, para regular la cantidad de aire que fluye a través del equipo de extracción de gas refrigerante 17, en particular el conducto de extracción de aire refrigerante 11 conectado a él.
La salida de gas de escape 6 para evacuar el gas de escape de la zona de precalentamiento 21 está conectada preferentemente, a través del conducto de salida de gas de escape 39, a un filtro de gas de escape 31 para eliminar el polvo del gas de escape y, opcionalmente, a un equipo de refrigeración 32, en particular un intercambiador de calor, para refrigerar el gas de escape caliente. El gas de escape de la zona de combustión 20 se evacúa de la cuba 2 al menos parcialmente o por completo a través del conducto de salida de gas de escape 39. El gas de escape extraído de la cuba 2 a través de la salida de gas de escape 6 y el conducto de salida de gas de escape 39 se desempolvan, en particular en el filtro de gas de escape 31, y se descarga como gas de escape desempolvado mediante un ventilador 33, por ejemplo, para su posterior procesamiento. Opcionalmente, el gas de escape puede refrigerarse después del filtro de escape 31, en particular en un intercambiador de calor con refrigeración por agua, en un equipo de refrigeración 32. El gas de escape evacuado delante o detrás del equipo de refrigeración 32 presenta un alto porcentaje de CO2 y puede someterse, por ejemplo, a un secuestro y/o a su posterior aprovechamiento industrial como, por ejemplo, para la producción de sosa o carbonato de calcio precipitado.
Por ejemplo, parte del gas de escape descargado a través del conducto de salida de gas de escape 39 se introduce en la zona de quema 20, por ejemplo, para suministrar calor a la zona de quema 20 y ajustar la temperatura de combustión.
En particular, un equipo de refrigeración 32 está dispuesto a continuación del filtro de gas de escape 31. El equipo de refrigeración 32 es, por ejemplo, un intercambiador de calor que preferentemente se hace funcionar a contracorriente con un medio refrigerante como, por ejemplo, agua. Un dispositivo calefactor 47 para calentar el gas de escape refrigerado se dispone preferentemente a continuación del equipo de refrigeración 32. El dispositivo calefactor 47 está configurado preferentemente de tal forma que caliente el gas de escape a una temperatura máxima de 200 °C, en particular de 50 °C a 160 °C, preferentemente de 70 °C a 120 °C. El dispositivo calefactor 47 está configurado preferentemente como intercambiador de calor, estando conectado con el conducto de extracción de gas refrigerante 11, de modo que el gas refrigerante extraído de la cuba 2 se alimenta al dispositivo calefactor 47. Preferentemente, el gas refrigerante filtrado en el filtro 16 se alimenta al intercambiador de calor 47.
Por ejemplo, un intercambiador de calor 43 está dispuesto a continuación del dispositivo calefactor 47 en la dirección del flujo del gas de escape. La parte recirculada del gas de escape se precalienta preferentemente en particular a 500° en el intercambiador de calor 43 accionado, por ejemplo, por el aire refrigerante evacuado. Para que la transmisión de calor en el intercambiador de calor 43 no se vea reducida por incrustaciones, puede ser conveniente enfriar previamente el gas refrigerante evacuado a través del equipo de extracción de gas refrigerante 17, que tiene por ejemplo una temperatura de 900 °C, previamente a una temperatura por debajo de 700 °C, preferentemente por debajo de 600 °C, pudiendo tener lugar el enfriamiento por ejemplo mediante mezcla con aire o en el equipo de refrigeración 32. Preferentemente, un ventilador 34 o un compresor, en particular un compresor de alta presión, un compresor de émbolo rotativo o un compresor de tornillo, está previsto para acelerar el gas de escape recirculado en la dirección de los conductos anulares de agente oxidante 14. También es concebible que el gas de escape recirculado se alimente exclusivamente a un intercambiador de calor, en concreto, el intercambiador de calor 43, antes de que el gas de escape se alimente a la zona de quema 20. El equipo de refrigeración 32, configurado como intercambiador de calor, está dispuesto preferentemente en la dirección de flujo del gas de escape aguas abajo del ramal del gas de escape que debe evacuarse y, por ejemplo, aguas arriba del ventilador 33. El conducto de extracción de aire refrigerante 11 está conectado opcionalmente a un filtro 16, de modo que el aire refrigerante extraído a través del equipo de extracción de gas refrigerante se refrigera y se desempolva.
Lista de signos de referencia
1 Horno
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
13 Niveles de cámara de combustión
14 Conducto de agente oxidante
15 Entrada de gas
16 Filtro
17 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
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
31 Filtro de gas de escape
32 Equipo de refrigeración
33 - 38 Compresor
39 Conducto de gas de escape
40 Salida de material / esclusa
41 Equipo de descarga
43 Intercambiador de calor / recuperador
45, 46 Equipo de análisis de gas
47 Dispositivo calefactor
48 Conducto de aire refrigerante

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de quema de material, tal como rocas carbonatadas, en un horno con una o dos cubas, fluyendo el material a través de una entrada de material (3) hacia 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, hacia una salida de material (40),
en donde un gas refrigerante es introducido en la zona de refrigeración,
y en donde el gas de escape es evacuado de una de cuba (2) del horno a través de una salida de gas de escape (6) dispuesta dentro o por encima de la zona de precalentamiento (21) y
siendo introducido el gas de escape descargado de la cuba (2) a través de la salida de gas de escape (6) al menos parcialmente en al menos una cuba (2) del horno,caracterizado por que
el gas de escape es refrigerado, al menos parcialmente, en un equipo de refrigeración (32) antes de introducirse en la cuba (2) y, a continuación, se calienta en un dispositivo calefactor (47) a una temperatura de 200 °C como máximo, en particular de 50 °C a 160 °C, preferentemente de 70 °C a 120 °C, y calentándose el gas de escape a una temperatura de 400 °C a 800 °C, en particular de 600 °C, en un intercambiador de calor (43) situado a continuación del dispositivo calefactor (47).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, siendo refrigerado el gas de escape en el equipo de refrigeración (32) a una temperatura de 10 °C a 50 °C, en particular de 15 °C a 40 °C.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, siendo el equipo de refrigeración (32) y/o el dispositivo calefactor (47) un intercambiador de calor.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, descargándose el gas de refrigeración calentado en la zona de refrigeración (22) desde la zona de refrigeración (22) de la cuba (2) a través de un equipo de extracción de gas refrigerante (17) y alimentándose el gas de refrigeración descargado de la zona de refrigeración (22) al dispositivo calefactor (47), configurado como intercambiador de calor, para calentar el gas de escape refrigerado en el equipo de refrigeración (32).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, siendo desempolvado el gas de escape en un filtro (31) antes de la refrigeración en el equipo de refrigeración (32), funcionando el filtro (31) a sobrepresión.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el horno un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo (1) con dos cubas (2) que funcionan alternativamente como cuba de combustión y como cuba regenerativa y estando conectadas entre sí mediante un canal de conexión (19), estando configurada una zona de quema de flujo paralelo en la cuba (2) que funciona como cuba de combustión, introduciéndose el gas de escape descargado de la cuba (2) en la zona de precalentamiento (21) de la cuba (2) que funciona como cuba de combustión y/o en el canal de conexión (19) y/o en la zona de quema (20) de la cuba (2) que funciona como cuba regenerativa.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, calentándose el gas de escape aguas abajo del dispositivo calefactor (47) y antes de ser introducido en el canal de conexión (19) o en la zona de quema (20) de la cuba (2) que funciona como cuba de regeneración, en particular a una temperatura de 900 °C a 1100 °C, preferentemente de 1000 °C.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el horno presenta un horno de cuba con exactamente una cuba, estando configurada una zona de quema de flujo paralelo (24) dentro de la zona de quema (20).
9. Horno (1) para quemar y refrigerar material como, por ejemplo, rocas carbonatadas, con una o dos cubas (2), presentando, en la dirección de flujo del material, una cuba (2) del horno 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 donde una cuba (2) del horno (1) 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
el horno (1) presenta un equipo de refrigeración (32) y un dispositivo calefactor (47) aguas abajo de la salida de gas de escape en la dirección de flujo del gas de escape, estando dispuesto el dispositivo calefactor (47) aguas abajo del equipo de refrigeración (32) y estando configurado de tal manera que calienta el gas de escape a una temperatura de 200 °C como máximo, en particular de 50 °C a 160 °C, preferentemente de 70 °C a 120 °C, estando dispuesto aguas abajo del dispositivo calefactor (47) un intercambiador de calor (43) configurado de tal manera que calienta el gas de escape a una temperatura de 400 °C a 800 °C, en particular a 600 °C, estando conectada al menos una salida de gas de escape (6) a una entrada de gas (12, 15) para admitir el gas de escape calentado en una cuba (2) del horno (1).
10. Horno (1) según la reivindicación 9, siendo el equipo de refrigeración (32) y/o el dispositivo calefactor (47) un intercambiador de calor.
11. Horno (1) según una de las reivindicaciones 9 a 10, presentando la zona de refrigeración (22) una entrada de gas refrigerante (23) para admitir gas refrigerante en la zona de refrigeración (22) y un equipo de extracción de gas refrigerante (17) para descargar gas refrigerante de la cuba (2), y estando conectado el equipo de extracción de gas refrigerante (17) con el dispositivo calefactor (47) configurado como intercambiador de calor para calentar el gas de escape.
12. Horno (1) según la reivindicación 11, estando dispuesto un filtro (31) para desempolvar el gas de escape aguas arriba del equipo de refrigeración (32) y estando dispuesto un compresor (34), en particular un soplante o un ventilador, aguas arriba del filtro (31).
13. Horno (1) según una de las reivindicaciones 9 a 12, comprendiendo el horno (1) un horno de cuba de flujo paralelo regenerativo con dos cubas (2) que pueden funcionar alternativamente como cuba de combustión y como cuba regenerativa y que están conectadas entre sí mediante un canal de conexión (2), estando configurada una zona de quema de flujo paralelo en la cuba que funciona como cuba de combustión,
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), en el que al menos una salida de gas de escape (6) está conectada a una entrada de gas (12, 15) para admitir gas en al menos una cuba (2), estando dispuesta la entrada de gas (12, 15) en la zona de precalentamiento (21) de la cuba (2) que funciona como cuba de combustión y/o 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 de la cuba (2).
14. Horno (1) según la reivindicación 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 (1) según una de las reivindicaciones 9 a 12, en donde el horno (1) comprende un horno de cuba con exactamente una cuba, en el que la zona de quema está configurada al menos parcialmente como zona de quema de flujo paralelo.
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