COMBUSTIÓN DE COMBUSTIBLE SÓLIDO PARA FUSIÓN INDUSTRIAL CON UN COMBUSTOR DE ESCORIAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general con el campo de la fusión de materiales y de hornos de fusión, y más particularmente con la fusión de materiales al hacer combustión de combustibles que contienen cenizas para suministrar calor para el proceso de fusión. Los combustibles gaseosos y líquidos se utilizan comúnmente para suministrar calor a hornos de fusión. Los combustibles gaseosos o líquidos se introducen dentro de un horno de fusión junto con un oxidante, el cual puede ser aire, aire enriquecido con oxígeno, y/u oxígeno industrial, para formar llamas de combustión que recubren la fusión y/o la carga. El uso de combustibles sólidos, que contienen cenizas en los hornos de fusión es inusual debido al potencial para que el componente de cenizas introduzca defectos dentro del producto fundido y al potencial para que el componente de cenizas promueva la degradación del refractario del horno. La técnica anterior para suministrar calor a los hornos de fusión utilizando combustibles sólidos ha enseñado a utilizar un combustible con bajo contenido de cenizas, utilizando un diferente refractario de horno, que modifica el combustible sólido para remover la ceniza antes de quemar el
combustible sólido, y operar el horno de manera que transporte neumáticamente las partículas de ceniza fuera del fundidor . La Solicitud de Patente Norteamericana 2006/0150677 por Kobayashi para reducir corrosión y emisión de partículas en hornos de fusión de vidrio establece que combustibles con bajos contenidos de ceniza se prefieren para reducir el riesgo de que la ceniza en el combustible pueda mezclarse en la fusión de vidrio e influenciar la calidad del vidrio así como reducir el riesgo de la corrosión del refractario por deposición de cenizas. El coque de carbón y petróleo típicamente tiene contenidos de ceniza de 5-20% y 0.1-1% por peso respectivamente. De este modo, el coque de petróleo es un combustible preferido del proceso de Kobayashi. La Patente Norteamericana No. 6,789,396 para Olin-Nunez et al., para un método y un sistema para alimentar y quemar un combustible pulverizado en un horno de fusión de vidrio, y un quemador para su uso en el mismo, establece como un objeto de la invención proporcionar un método y un sistema para alimentar y quemar un combustible pulverizado en un horno de fusión de vidrio, el cual utiliza refractarios especiales para la construcción de las cámaras del horno de fusión de vidrio con el objeto de disminuir los efectos erosivos y abrasivos por la quema del combustible pulverizado, especialmente por los efectos producidos por el
La Patente Norteamericana No. 4,055,400, para Stambaugh et al., la Patente Norteamericana No. 5,312,462 para Nowak, la Patente Norteamericana No. 4,741,741 para Salem et al., describen métodos para reducir el contenido de cenizas del carbón. La Patente Norteamericana No. 4,006,003 para Daiga para un proceso para estados de fusión del vidrio que al mantener una velocidad suficiente de la ceniza residual de flujo a partir de la quema del carbón, la ceniza residual puede mantenerse en suspensión en el flujo gaseoso y la ceniza por consiguiente es transportada neumáticamente desde el fundidor de vidrio hacia fuera de los conductos apropiados en la presente sin permitir que la ceniza entre en contacto con el vidrio fundido o cualesquiera ingredientes por lotes transportados por la superficie de los mismos. De esta manera, al ajustar la velocidad del flujo gaseoso sobre la superficie del vidrio sustancialmente toda la ceniza residual puede removerse sin permitirle entrar en contacto con el baño de fusión debajo de éste. Seria deseable utilizar un combustible que contiene cenizas sin introducir defectos inaceptables causados por la ceniza . Seria deseable utilizar un combustible que contiene cenizas sin causar degradación inaceptable refractaria del
horno . La presente descripción se relaciona a un método para suministrar calor a un horno de fusión para formar un producto fundido. El método comprende introducir un primer combustible que tiene un componente de cenizas y un componente de combustible dentro de una cámara de escorias de un combustor de escorias, introduciendo una primera mezcla oxidante dentro de la cámara de escorias del combustor de escorias, la primera mezcla oxidante tiene una concentración de oxigeno de 10% en volumen a 100% en volumen o 10% en volumen a 20% en volumen o 20% en volumen a 30% en volumen, introduciendo opcionalmente un segundo combustible dentro de la cámara de escorias del combustor de escorias, introduciendo una segunda mezcla oxidante dentro de la cámara de escorias del combustor de escorias, la segunda mezcla oxidante tiene una concentración de oxigeno de 22% en volumen a 100% en volumen o 60% en volumen a 75% en volumen u 85% en volumen a 100% en volumen, quemando al menos una porción de un componente de combustible del primer combustible y opcionalmente al menos una porción del segundo combustible en la cámara de escorias del combustor de escorias por lo que se forma un componente de cenizas separado y se forma un efluente del gas combustor de escorias, recolectando al menos una porción del componente de cenizas separado como una capa de una escoria fundida contigua con al menos una porción de
una superficie interna de la cámara de escorias, haciendo pasar al menos una porción del gas efluente combustor de escorias desde la cámara de escorias del combustor de escorias dentro de un espacio de combustión en el horno de fusión a una temperatura de 1000°C a 2500°C para suministrar calor para formar el producto fundido, y retirando la escoria fundida a partir de la cámara de escorias del combustor de escorias . El gas efluente combustor de escorias puede contener al menos un gas combustible no quemado. El método puede además comprender introducir una tercera mezcla oxidante dentro del espacio de combustión del horno de fusión, la tercera mezcla oxidante tiene una concentración de oxigeno de 20% en volumen a 100% en volumen o 60% en volumen a 75% en volumen u 85% en volumen a 100% en volumen, y quema al menos una porción de al menos un gas combustible no quemado a partir del gas efluente combustor de escorias con al menos una porción de la tercera mezcla oxidante en el espacio de combustión del horno de fusión. La tercera mezcla oxidante puede introducirse entre el gas efluente combustor de escorias y un espacio de materia prima/fundida. La primera mezcla oxidante puede tener una concentración de oxigeno de 10% en volumen a 20% en volumen y la primera mezcla oxidante puede contener un gas combustible a partir del horno de fusión.
El segundo combustible puede contener al menos una porción del gas efluente combustor de escorias. El método puede además comprender introducir la escoria fundida dentro del horno de fusión. El horno de fusión puede ser un horno de fusión de vidrio que tiene una zona de fusión y una zona de afinado. El método puede comprender además introducir la escoria fundida en la zona fundida y no introducir la escoria fundida en la zona de afinado. El método puede comprende además introducir un aditivo de escorias dentro de la cámara de escorias. El aditivo de escorias puede comprender al menos uno de desperdicios de vidrio, una materia prima para fabricación de vidrio y ceniza a partir de otros procesos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista esquemática de un horno de fusión con un combustor de escorias. La FIGURA 2 es una gráfica de emisiones de NOx contra la relación de equivalencia del segundo combustible y la segunda mezcla oxidante. La presente invención se relaciona a un método para suministrar calor a un horno de fusión para formar un producto fundido. El método puede comprender una o más de las siguientes características, tomadas solas, o en cualesquiera posibles combinaciones técnicas. Se muestra en la FIGURA 1
una representación esquemática de un aparato 1 ejemplar para llevar a cabo el método. El aparato comprende un horno 10 de fusión y un combustor 14 de escorias. Para los propósitos de simplicidad y de claridad, se omiten descripciones detalladas de dispositivos bien conocidos, y los métodos de manera que no obscurezca la descripción de la presente invención con detalles innecesarios . Un horno de fusión es cualquier estructura cerrada en la cual se genera calor para producir material licuado a partir de un material sólido. Cuando en operación, un horno de fusión tiene generalmente un espacio 16 de combustión ubicado sobre un espacio 18 de materia prima/fundida que contiene materiales fundidos y no fundidos. El espacio de combustión es una región predominantemente gaseosa sobre el espacio que contiene materiales fundidos y no fundidos y está unido por las paredes y el techo del horno. Las llamas de combustión visibles se presentan generalmente en el espacio de combustión, excepto por ejemplo en donde se introducen gases no combustibles calientes dentro del horno para fundir los materiales o en donde se utilizan técnicas de combustión sin llamas. Los hornos de fusión de vidrio, los hornos de fusión de cobre, y los hornos de fusión de aluminio son ejemplos de hornos de fusión. Se conocen bien los hornos de fusión. Se conocen materiales de construcción y métodos de
construcción . Un producto fundido es cualquier producto fusionado o licuado por calor. El vidrio fundido, el cobre fundido y el aluminio fundido son ejemplos de productos fundidos. Un método para formar un producto fundido incluye introducir materiales para fabricar productos fundidos dentro del horno de fusión además de suministrar calor. El método para suministrar calor comprende introducir un primer combustible 20 dentro de una cámara 12 de escorias de un combustor 14 de escorias. El primer combustible tiene un componente de cenizas y un componente de combustible. El primer combustible puede introducirse directamente dentro de la cámara de escorias o indirectamente a modo de un segundo conducto quemador. El primer combustible puede introducirse junto con un gas portador, típicamente aire. El primer combustible se introduce en un primer caudal de flujo de combustible, Fi, que tiene unidades de kg/s, por ejemplo, u otras unidades adecuadas de medición. El primer combustible tiene un primer valor de calentamiento de combustible total, Hi, teniendo unidades de J/kg, por ejemplo, u otras unidades adecuadas de medición. Un combustible es un material que contiene carbono utilizado para producir calor o energía por quemadura o por combustión. El carbón, el coque de petróleo (petcoke) , el biocombustible, el gasóleo, el diesel, la gasolina, el
queroseno, el propano, el metano y el gas natural son ejemplos de combustibles. El primer combustible puede ser cualquier combustible que tiene un componente de cenizas y un componente de combustible. Por ejemplo, el primer combustible puede ser carbón, coque de petróleo, un biocombustible o mezclas de los mismos. Un componente de cenizas se define como cualquier materia mineral no combustible dejada como un residuo cuando el material combustible se quema completamente o se oxida por medios químicos. La ceniza comprende una materia incombustible inorgánica presente en el combustible principal, a menudo comprende óxidos de silicio, aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio y vanadio. Un componente de combustible es cualquier sustancia capaz de reaccionar químicamente de forma exotérmica con oxígeno . Un combustor de escorias es un dispositivo para quemar al menos una porción de un combustible que tiene un componente de cenizas con un oxidante, el dispositivo tiene al menos un conducto para introducir el combustible y/o el oxidante, al menos una cámara de escorias, y al menos una lumbrera de escape para descargar el gas efluente combustor de escorias. La escoria fundida puede descargarse a partir de al menos una lumbrera de escape o a través de uno o más
conductos o válvulas de descarga de escoria fundida. Una cámara de escorias se define como cualquier cámara o conducto construido de un material compatible con la escoria fundida para recibir al menos un combustible que tiene un componente de cenizas y para recibir al menos una mezcla oxidante, y recolectar al menos una porción del componente de cenizas como una capa de escoria fundida. Un combustible que tiene un componente de cenizas y un oxidante puede introducirse dentro de una cámara de escorias y quemarse al menos parcialmente. La ceniza contenida en el combustible puede calentarse a una temperatura sobre el punto de fusión de la ceniza por lo que se convierte la ceniza de un sólido a un liquido o una fase fundida. La ceniza fundida (escoria) puede separarse físicamente de los productos gaseosos de combustión del combustible y recolectarse como una capa fundida de escoria. La separación de la ceniza fundida a partir de los productos gaseosos dentro de la cámara de escorias puede ocurrir debido a la fuerza centrífuga, de inercia, gravitacional , electrostática, magnética otras fuerzas adecúas o combinaciones de las mismas . Una cámara de escorias que se basa en fuerzas centrífugas puede ser un "barril" cilindrico dentro del cual el combustible que tiene un componente de cenizas se introduce con un momento tangencial apreciable causando una
aceleración de partículas de ceniza a las paredes de la cámara en donde se forma la capa de escoria. La escoria fundida puede fluir mediante gravedad a un desescoriado para descarga y para desecho. Una cámara de escorias que se basa en fuerzas de inercia y/o gravitacionales puede comprender un conducto en forma de "U". Un combustible que tiene un componente de cenizas y una mezcla oxidante puede introducirse descendentemente dentro del conducto en forma de "U", quemarse para formar productos de combustión y un componente de cenizas separado. El componente de cenizas separado puede formar una capa de escorias en el fondo del conducto en forma de "U". La escoria fundida puede explotar desde el fondo del conducto en forma de "U". Varias geometrías pueden concebirse fácilmente para llevar a cabo la separación del componente de cenizas separado a partir de los productos de combustión por fuerzas de inercia y/o gravitacionales. El o los combustibles y el o los oxidantes pueden introducirse horizontalmente en una cámara de escorias basada en gravedad que tiene una sección horizontal y una sección vertical. Los gases pueden fluir hacia arriba en la sección vertical mientras el componente de cenizas separado choca con la pared de la sección vertical y subsecuentemente se descarga y se coloca en el fondo de la sección vertical. Un experto en la técnica puede seleccionar
fácilmente un combustor de escorias adecuado con una cámara de escorias. La forma particular de la cámara de escorias no es critica al método. Se conocen los combustores o calderas de escorias. Por ejemplo, véase la Patente Norteamericana No. 6,910,432 y la 6,968,791 para D'Agostini et al., Patente Norteamericana No. 6,085,674 para Ahsworth, Patente Norteamericana No. 5,878,700 para Farzan et al., y la Patente Norteamericana No. 5,209,187 para Khinkis. El método comprende introducir una primera mezcla 22 oxidante dentro de la cámara de escorias del combustor de escorias. La primera mezcla oxidante es generalmente un gas y puede tener una concentración de oxigeno, ??, de 10% en volumen a 100% en volumen. El resto de la primera mezcla oxidante puede contener tales especies como nitrógeno y argón, puede además contener especies tales como dióxido de carbono, dióxido de azufre y vapor de agua por ejemplo, si se utiliza la recirculación de gasóleo. La primera mezcla oxidante puede tener una concentración de oxigeno de 20% en volumen a 30% en volumen. La primera mezcla oxidante puede ser aire. Mediante el uso de recirculación de gasóleo, la primera mezcla oxidante puede contener un gasóleo del horno de fusión y tener una concentración de oxigeno de 10% en volumen a 20% en volumen. La primera mezcla oxidante puede
introducirse directamente en la cámara de escorias como se muestra en la FIGURA 1, o directamente a modo de un conducto quemador secundario. La primera mezcla oxidante se introduce en un primer caudal de flujo volumétrico Vi de la mezcla oxidante, Vi. La primera mezcla oxidante puede introducirse en una manera tangencial para crear una fuerza centrifuga que mueve el componente de cenizas separado desde el primer combustible hacia la pared interna de la cámara de escorias. Opcionalmente, el método comprende introducir un segundo combustible 30 dentro de la cámara de escorias del combustor de escorias. El segundo combustible puede ser un combustible que no tiene un componente de cenizas notable, es decir menos de 0.1% en peso. El segundo combustible puede ser un gasóleo, diesel, gasolina, queroseno, propano, metano, gas natural o mezclas de los mismos. El segundo combustible puede contener una porción de un efluente de gas combustor de escorias. El segundo combustible puede proporcionarse para aumentar la combustión y la temperatura dentro de la cámara de escorias por lo que afecta la viscosidad de la capa de la escoria fundida la cual se ha recolectado en la cámara de escorias. Si se utiliza el segundo combustible, el segundo combustible se introduce en un segundo caudal de flujo del combustible, F2, que tiene unidades de kg/s, por ejemplo, u otras unidades adecuadas de medición. El segundo combustible
tiene un segundo valor de calentamiento de combustible total H2, que tiene unidades de J/kg, por ejemplo, u otras unidade adecuadas de medición. Si el segundo combustible se utiliza el segundo combustible puede proporcionar hasta e incluye 25 de la energía total introducida al combustor de escorias,
F1 H2 de manera que -= ¿ r;-=0.25
El método comprende introducir una segunda mezcla 32 oxidante dentro de la cámara de escorias del combustor de escorias. La segunda mezcla oxidante es generalmente un gas y puede tener una concentración de oxígeno, Y2, de 22% en volumen a 100% en volumen. El resto de la segunda mezcla oxidante puede comprender nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua, argón y cantidades trazas de otras especies. La segunda mezcla oxidante puede tener una concentración de oxígeno de 60% en volumen a 75% en volumen. Las plantas de separación de aire para la producción de nitrógeno pueden tener una corriente de descarga de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno de 60% en volumen a 75% en volumen. La segunda mezcla oxidante puede tener una concentración de oxígeno de 85% en volumen a 100% en volumen. La segunda mezcla oxidante puede ser oxígeno de grado industrial producido a partir de una planta de separación de
aire . Como se describe además en la Patente Norteamericana No. 6,968,791, la segunda mezcla oxidante puede utilizarse para aumentar la combustión y la temperatura en la cámara de escorias por lo que se afecta la viscosidad de la capa de la escoria fundida la cual se había recolectado en la cámara de escorias. La segunda mezcla oxidante se introduce en un segundo caudal de flujo volumétrico V2 de la mezcla oxidante. El método comprende quemar al menos una porción del componente de combustible del primer combustible y, si se presenta, al menos una porción del segundo combustible en la cámara de escorias del combustor de escorias por lo que se forma un componente de cenizas separado y se forma un efluente 40 de gas combustor de escorias. Un componente de cenizas separado es cualquier componente sin gas que comprende el componente de cenizas a partir del primer combustible que se ha separado desde el componente de combustible durante el evento de combustión. El fluente de gas combustor de escorias es cualquier efluente gaseoso a partir del combustor de escorias. El gas efluente del combustor de escorias puede contener productos de combustión y/o al menos un gas combustible no quemado. Esencialmente todo, por ejemplo, al menos 95% del
primer combustible y todo del segundo combustible puede quemarse dentro del combustor de escorias. Alternativamente, una porción del primer combustible puede quemarse dentro del combustor de escorias que deja al menos un gas combustible no quemado, también llamado productos incompletos de combustión, disponible por combustión dentro del horno 10 de fusión. En el caso en que únicamente una porción del primer combustible se quema dentro del combustor de escorias, el gas efluente del combustor de escorias contendrá típicamente monóxido de carbono como uno de los gases combustibles no quemados. El método comprende recolectar al menos una porción del componente de ceniza separado como una capa de una escoria 44 fundida. La capa de escoria fundida puede formarse contigua con al menos una porción de una superficie interna de la cámara de escorias. La capa de escoria fundida ayuda a proteger la pared de la cámara de escorias de cualquier llama de alta temperatura que pueda presentarse dentro de la cámara de escorias. El combustor de escorias puede diseñarse y operarse de manera que esencialmente todo, es decir, más del 90% del componente de cenizas separado se recolecte como una capa de escoria fundida en la cámara de escorias. El porcentaje del componente de cenizas recolectado puede calcularse a partir de un equilibrio de masa que sabe el contenido promedio de cenizas en el primer combustible y la cantidad de retiro de cenizas a partir de la cámara de
escorias. Ya que la mayoría de la ceniza se recolecta en la cámara de escorias, la ceniza tiene menos oportunidad de causar defectos en el producto fundido. El componente de cenizas separado liberado dentro del horno de fusión puede promover también el deterioro del refractario del horno de fusión. Reducir la cantidad del componente de cenizas separado que entra al espacio de combustión del horno puede reducir la corrosión del refractario del horno de fusión. El componente de cenizas separado liberado en el horno de fusión puede también incrementar el causal de flujo de masa del particulado sólido extraído del horno de fusión. Reducir la cantidad del componente de cenizas separado que entra al espacio de combustión puede por lo tanto reducir el tamaño de un dispositivo de control particulado requerido para limpiar la corriente de gas de escape desde el horno de fusión . El uso de la segunda mezcla oxidante y opcionalmente el segundo combustible, puede proporcionar varios beneficios. El control mejorado de temperatura de la escoria es uno de los beneficios del método, ya que permite el aumento de la captura de partículas y mejora la regulación del proceso. La' correlación entre la temperatura de la escoria y la recolección del particulado se hace mediante la viscosidad de escorias. La viscosidad adecuada de escorias es
necesaria para la captura eficiente de particulados por la escoria fundida unida a las paredes de la cámara de escorias. Las temperaturas bajas de escorias producen viscosidad que es muy elevada, conduciendo a solidificación localizada y, subsecuentemente, a la recuperación de la superficie de escorias de vuelta en la fase gaseosa. Inversamente, temperaturas elevadas de escoria producen una condición de baja viscosidad conduciendo a escorias demasiado aguadas que también tiene propiedades adhesivas relativamente pobres. El uso selectivo de enriquecimiento de oxigeno y/o del combustible secundario proporciona un medio efectivo para controlar la temperatura de escorias independiente de otros parámetros de operación del proceso. El método comprende hacer pasar el fluente de gas combustor de escorias a partir de la cámara de escorias del combustor de escorias dentro de un espacio 16 de combustión en el horno 10 de fusión a una temperatura de 1000°C a 2500°C para suministrar calor para formar el producto fundido. Los gases de combustión calientes pueden utilizarse para suministrar calor para la fusión de materias primas para formar el producto fundido. La temperatura puede medirse utilizando un pirómetro de succión, por ejemplo, una sonda del pirómetro de succión enfriada con agua disponible de METLAB, Enkoping, Sweden. Las sondas del pirómetro de succión enfriadas en agua
pueden también estar disponibles de the International Fíame Research Foundation (IFRF), Netherlands. Se conoce en la técnica la medición de la temperatura de los gases del horno. Cualquier dispositivo adecuado conocido en la técnica puede utilizarse para determinar la temperatura del gas efluente del combustor de escorias. El gas efluente del combustor de escorias es generalmente un medio gaseoso no luminoso para suministrar calor al horno de fusión. La luminosidad puede describirse en términos de una relación de luminosidad. La relación de luminosidad se define en la presente como la relación de radiación térmica que emana de la fuente de calor en el ancho de banda de 600-1500 nm a la radiación térmica que emana desde la fuente de calor en el ancho de banda de 600-4800 nm (véase por ejemplo, la Patente Norteamericana No. 5,575,637). Las fuentes de calor no luminosas tienen un valor de relación de luminosidad de menos de o igual a 0.14, mientras las fuentes de calor luminosas tienen un valor de relación de luminosidad de más de 0.14. La relación de luminosidad puede calcularse a partir de la identificación de emisión espectral del medio de calentamiento gaseoso. Los datos de emisión espectrales pueden medirse utilizando un radiómetro espectral tal como el sistema de Espectro-radiómetro Macana. La luminosidad en un gas caliente se produce por radiación de cuerpo negro que emana desde las partículas
contenidas dentro del gas. Estas partículas comprenden dos componentes: partículas de hollín formadas mediante nucleación de hidrocarburos gaseosos durante el proceso de combustión del combustible, y las partículas residuales contenidas dentro de la fuente de combustible. La concentración de hidrocarburos gaseosos producidos por el presente método, sin embargo, es pequeña, debido a la cantidad relativamente grande de combustión que tiene lugar dentro de la cámara de escorias para mantener la temperatura en exceso de la temperatura de fusión de cenizas. Además, la cantidad de partículas residuales de combustible es pequeña debido al proceso de remoción de cenizas proporcionado por el método. Por lo tanto, los modos primarios de calentamiento dentro de la cámara de fusión son de convección a partir del gas efluente del combustor de escorias a la materia prima/fundida, y de radiación a partir de las paredes y del techo del horno de fusión a la materia prima/fundida. El calentamiento no luminoso es contrario a las enseñanzas en la técnica utilizando carbón u otros combustibles sólidos pulverizados. Por ejemplo, la Patente Norteamericana No. 4,006,003 para Daiga, establece que se observó también que las llamas producidas a partir de una lechada de carbón y de aceite respectivamente que tienen 27% en peso de carbón (73% de aceite) y 40% en peso de carbón (60% en peso de aceite)
fueron más luminosas que con aceite solo. Daiga también establece que el quemador se dispuso aproximadamente 2 pies sobre el nivel del vidrio fundido y se ajustó de manera que la llama se inclinó descendentemente hacia la superficie del baño fundido de vidrio con el extremo de la llama que flamea la superficie superior de aquellos ingredientes por lotes los cuales estuvieron flotando sobre el baño fundido de vidrio. La Patente Norteamericana No. 3,969,068 para Miller et al., es un método y un aparato el caldeo directo del carbón de los hornos de tanque de vidrio en donde el carbón pulverizado arrastrado en una corriente de aire se empuja a través de una boquilla dentro del horno y se quema en la atmósfera directamente sobre la fusión en un horno de vidrio, para formar una llama luminosa, el caldeo directo del carbón de preferencia siendo utilizado junto con fuentes térmicas convencionales suplementarias. Es un objeto de la ?068 proporcionar un método nuevo y mejorado y un aparato para caldeo directo de los hornos de tanque de vidrio con carbón con el fin de proporcionar una llama luminosa para calentamiento más efectivo de la fusión de vidrio. La Patente Norteamericana No. 6,789,396 para Olin-Nunez et al., establece que durante la operación del horno, los regeneradores se alternan alternativamente entre el aire de combustión y los ciclos de escape. Cada 20 minutos o 30 minutos, dependiendo de los hornos específicos, se invierte
la trayectoria de la llama de una serie de quemadores. Entonces, la llama y los productos resultantes de combustión producidos en cada quemador pasan a través de la superficie del vidrio fundido, y transfieren calor a aquel vidrio en la cámara de fusión y la cámara de afinado. La Solicitud de Patente Norteamericana 2006/0150677 por Kobayashi establece que los quemadores de oxigeno-combustible se disponen de manera que las llamas que soportan están en el interior del horno sobre la superficie del vidrio fundido . La luminosidad del gas efluente del combustor de escorias puede opcionalmente aumentarse inyectando un tercer combustible dentro del espacio de combustión del horno de fusión, mezclando al menos una porción del tercer combustible con al menos una porción del gas efluente del combustor de escorias, y quemando al menos una porción del tercer combustible en el espacio de combustión del horno de fusión para formar una llama luminosa. El tercer combustible puede ser un combustible que no tiene un componente significativo de cenizas, es decir, menos de 0.1% en peso. El tercer combustible puede ser un gasóleo, diesel, gasolina, queroseno, propano, metano, gas natural o mezclas de los mismos. El tercer combustible puede ser la misma composición como el segundo combustible. El método comprende retirar la escoria 42 fundida a
partir de la cámara 12 de escorias del combustor 14 de escorias. En los casos en donde la escoria fundida no es compatible con el producto fundido, la escoria fundida puede desecharse. En los casos en donde la escoria fundida es compatible con el producto fundido, la escoria fundida puede introducirse de forma controlable dentro del espacio 18 de materia prima/fundida. Para el caso de un horno de fusión de vidrio, la escoria fundida puede introducirse selectivamente dentro del extremo de fusión o de la zona de fusión del horno de fusión de vidrio y puede no introducirse dentro de la zona de afinado. La introducción de la escoria fundida en la zona de fusión del horno de fusión de vidrio, da al horno de fusión de vidrio mayor oportunidad para homogenizar la escoria fundida en el producto vitreo antes de la operación de formación de vidrio. Un horno de fusión de vidrio puede dividirse en dos zonas: una zona de fusión y una zona de afinado. La zona de fusión es aquella longitud del horno de fusión de vidrio que tiene un lote visible (materias primas no fundidas) en la superficie de la fusión. El lote visible en la superficie de la fusión puede estar en la forma de una manta en lotes, montones en lotes, islas de lotes, registros de lotes, etc. La longitud de la zona de fusión se extiende desde la pared posterior al lote visible corriente abajo más lejano y puede
contener regiones de fusión sin el lote visible en la superficie de vidrio. La zona de afinado es la longitud restante del horno de fusión de vidrio. Como se describe en la presente, la pared posterior corresponde al horno corriente abajo y la pared posterior corresponde a la pared del horno corriente arriba. La dimensión longitudinal es la dimensión que corresponde al flujo real de la fusión del vidrio desde la pared posterior hasta la pared frontal. La porción de extremo de carga corresponde a la porción de extremo de horno en donde se introducen las materias primas para fabricación de vidrio. Las materias primas para fabricación de vidrio pueden introducirse en el horno en la pared posterior o desde una o ambas paredes laterales cerca de la pared posterior. En un horno de vidrio, el horno puede utilizarse en varias configuraciones híbridas. El método puede tener más del 50% de combustión de oxígeno-combustible en la zona de fusión y más del 50% de combustión de aire-combustible en la zona de afinado. El método puede utilizar combustores de escorias en la zona de fusión y quemadores de oxígeno-combustible convencionales y/o quemadores de aire-combustible en la zona de afinado. La combustión de oxígeno-combustible se define en la presente como una combustión en donde la concentración de oxígeno promedio de la mezcla oxidante para el evento de
combustión es 30% en volumen a 100% en volumen. La combustión de aire-combustible se define en la presente como una combustión en donde la concentración de oxigeno promedio de la mezcla oxidante para el evento de combustión es 15% en volumen a 22% en volumen. La combustión de aire-combustible enriquecida con oxigeno se define en la presente como una combustión en donde la concentración de oxigeno promedio de la mezcla oxidante para el evento de combustión está entre 22% en volumen y 30% en volumen. En el caso en que múltiples corrientes oxidantes se introducen para quemar un combustible, la determinación del tipo de combustión se basa en el promedio pesado del flujo volumétrico de las múltiples corrientes oxidantes. Como se describe anteriormente, sólo una porción del primer combustible puede quemarse dentro del combustor de escorias dejando gases combustibles no quemados disponibles para combustión dentro del horno 10 de fusión. El método puede comprender hacer reaccionar sólo una porción del primer combustible dejando una cantidad notable de al menos un gas combustible no quemado. El método puede además comprender introducir una tercera mezcla oxidante dentro del espacio 16 de combustión del horno 10 de fusión. La tercera mezcla oxidante puede introducirse a un tercer caudal de flujo volumétrico, V3 de la tercera mezcla oxidante. La tercera mezcla oxidante puede tener una
concentración de oxigeno, Y3, de 20% en volumen a 100% en volumen. El resto de la tercera mezcla oxidante puede comprender nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua, argón y cantidades traza de otras especies. La tercera mezcla oxidante puede tener una concentración de oxigeno de 60% en volumen a 75% en volumen u 85% en volumen a 100% en volumen. La tercera mezcla oxidante puede ser de una corriente de ventilación a partir de una planta de nitrógeno. La tercera mezcla oxidante puede ser oxigeno de grado industrial producido a partir de una planta de separación de aire. La tercera mezcla oxidante puede provenir de la misma fuente y puede ser la misma composición como la segunda mezcla oxidante. El método puede comprender quemar al menos una porción de al menos un gas combustible no quemado a partir del gas efluente del combustor de escorias con al menos una porción de la tercera mezcla oxidante en el espacio de combustión del horno de fusión. La tercera mezcla oxidante puede introducirse entre el gas efluente del combustor de escorias y el espacio de la materia prima/fundida. El combustor de escorias tiene al menos una lumbrera de escape para descargar el efluente combustor de escorias y el espacio de la materia prima/fundida . El método puede además comprender introducir un
aditivo de escorias dentro de la cámara de escorias. El aditivo de escorias puede comprender desperdicios de vidrio, una o más materias primas para fabricar el vidrio, y/o ceniza a partir de otros procesos. En el caso en que el primer combustible tenga un contenido de ceniza muy bajo, tal como en el caso con el coque de petróleo o carbón de antracita, puede ser difícil formar una capa adecuada de escoria fundida. La capa de la escoria fundida sirve como una barrera para proteger el sustrato subyacente de la cámara de escorias a partir del daño por la alta temperatura. Otro papel del aditivo es remover contaminantes de la mezcla de combustible/cenizas. Los sorbentes basados en calcio o magnesio convencionales son ejemplos de sorbentes que pueden utilizarse para este propósito. El aditivo de escorias puede introducirse en la cámara de escorias en cualquier manera adecuada. El aditivo de escorias puede introducirse con el primer combustible, el segundo combustible, la primera mezcla oxidante, la segunda mezcla oxidante o como una corriente separada. Aquellos expertos en la técnica reconocerán que las emisiones de NOx pueden reducirse por el uso selectivo de oxígeno. Por ejemplo, la inyección de oxígeno cerca de la primera boquilla de combustible en donde se introduce dentro de la cámara de escorias mejorará la volatilización del primer combustible antes de completar el mezclado del primer
combustible y la primera mezcla oxidante. Alternativamente, una mezcla oxidante puede introducirse en una sección corriente abajo de la cámara de escorias, por lo que pasa la combustión interna a la cámara de escorias. Como se describe anteriormente para la tercera mezcla oxidante, una mezcla oxidante puede introducirse en el horno, por lo que separa la combustión en el horno y la saca a la cámara de escorias. Cuando se utiliza el segundo combustible opcional, se observó que las emisiones de NOX fueron afectadas por la relación en equivalencia del segundo combustible y la segunda mezcla oxidante. El segundo combustible y la segunda mezcla oxidante pueden introducirse teniendo una relación en equivalencia de 1.4 a 3. En los términos generales, la relación en equivalencia se define como la relación del combustible : oxidante dividida por la relación del combustible : oxidante que corresponde a la combustión completa . La última relación (relación de combustible : oxidante que corresponde a la combustión completa) a menudo se refiere como la relación de combustible : oxidante estequiométrica. Una relación en equivalencia de 1 significa que se proporcionan el combustible y el oxidante en la cantidad teóricamente correcta o estequiométrica . Una relación en equivalencia mayor de 1 es rica en combustible y una relación en equivalencia menor de 1 es pobre en combustible.
La FIGURA 2 muestra una gráfica de emisiones normalizadas de NOx como una función de la relación en equivalencia del segundo combustible y la segunda mezcla oxidante. Para estos experimentos, la primera mezcla oxidante es aire, el primer combustible es carbón bituminoso, el segundo combustible es gasóleo No. 2, y la segunda mezcla oxidante es casi 100% de oxigeno (de una fuente de LOX) . La entrada de energía del combustible a partir del segundo combustible fue 18% de la energía total. La relación en equivalencia total del proceso de combustión, incluyendo todos los combustibles y las mezclas oxidantes fue aproximadamente 0.79. Como puede observarse de la FIGURA 2, el NOx se reduce por más de la mitad del valor cerca de la operación estequiométrica del segundo combustible y la segunda mezcla oxidante (es decir, la relación en equivalencia es igual a aproximadamente 1) . Cuando la relación en equivalencia se incrementa, la efectividad del segundo combustible y la segunda mezcla oxidante que ayuda a mantener una capa de escoria líquida se disminuye, sugiriendo un límite de relación en equivalencia superior de aproximadamente 3. Otro beneficio potencial de utilizar oxígeno es la ampliación del alcance de combustibles dispuestos para suministrar calor a un horno de fusión. Esto de nuevo se deriva de la capacidad de controlar independientemente la
temperatura de escorias a través de modulaciones de cualquiera de la segunda mezcla de oxidante/la segunda combustión de combustible o el enriquecimiento selectivo de oxigeno como se describe previamente. Por ejemplo, la combustión de carbones con altas temperaturas de fusión de ceniza tradicionalmente ha sido problemática en los combustores de escorias caldeados por aire-combustible debido a la incapacidad de generar temperaturas suficientemente elevadas para mantener el flujo estable de las escorias. Los resultados de prueba llevados a cabo en un combustor de escorias de 2.5 MBtu/h (0.73 MW térmica) que quema un carbón a alta temperatura de fusión de ceniza, demostró una operación de escoria y de rendimiento total estable con el presente método operando con 20% de co-caldeo de gasóleo No. 2. Inversamente, una escoria fundida estable no podría mantenerse utilizando combustión de aire-combustible sola. Beneficios similares pueden lograrse con otros combustibles sólidos que estén poniendo a prueba a la escoria, incluyendo muchos carbones y biocombustibles con alto contenido de humedad . Aunque las modalidades específicas del método se han descrito en detalle, personas expertas en la técnica apreciarán que varias modificaciones y alteraciones pueden desarrollarse a la luz de las enseñanzas totales de la descripción. Por consiguiente, aunque ilustrada y descrita en
la presente con referencia a ciertas modalidades y variaciones especificas de la misma, la presente invención no obstante no pretende limitarse a los detalles mostrados y descritos. Más bien, pueden hacerse varias modificaciones en los detalles dentro del alcance y margen de equivalentes de las reivindicaciones y sin apartarse del espíritu de la invención .