MX2014001905A - Aparato y metodo para el tratamiento termico de trozos o material aglomerado. - Google Patents

Aparato y metodo para el tratamiento termico de trozos o material aglomerado.

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Abstract

La presente invención se relaciona con el tratamiento térmico de trozos o material aglomerado en una máquina de cocimiento (1) con un parrilla móvil (2) sobre la cual el material es transportado a través de la máquina de cocimiento (1), una cámara de cocido (4) para la generación de las temperaturas requeridas para el tratamiento térmico, una zona de enfriamiento (5) en la cual los gases de enfriamiento son hechos pasar a través del material térmicamente tratado, y un tubo de recuperación (7) a través del cual los gases de enfriamiento calentados son hechos recircular hacia la cámara de cocido (4). En el techo (8) de la cámara de cocido (4), se provee una pluralidad de aberturas (9), a través de las cuales los gases de enfriamiento calentados desde el tubo de recuperación (7) pueden entrar en la cámara de cocido (4).

Description

APARATO Y METODO PARA EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE TROZOS O MATERIAL AGLOMERADO Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un aparato para el tratamiento térmico de trozos o material aglomerado en una máquina de cocimiento, en particular para pellets de hierro, con una parrilla móvil sobre la cual son transportados los materiales a través de la máquina de cocimiento, una cámara de cocido para la generación de las temperaturas requeridas para el tratamiento térmico, una zona de enfriamiento en la cual son hechos pasar los gases de enfriamiento a través del material térmicamente tratado, y un tubo de recuperación a través del cual son recirculados los gases de enfriamiento calentados hacia la máquina de cocimiento. El tema materia de la presente invención también consiste en un método para el tratamiento térmico en dicho máquina de cocimiento.
Antecedentes de la Invención El tratamiento térmico de los pellets, en particular el endurecimiento al fuego de los pellets de mineral de hierro, en la mayoría de las veces se lleva a cabo sobre parrillas móviles con campanas de extracción de gases, que son referidas como máquinas de endurecimiento. Tal como puede observarse en la dirección del recorrido, las máquinas de cocimiento de pellets tienen varias zonas de tratamiento posiblemente adicionalmente subdivididas, en particular una zona de secado, zonas de tratamiento térmico para el precalentamiento y cocido así como una zona de enfriamiento. El calor del proceso requerido es generado por medio de la combustión de combustible líquido, gaseoso o sólido. A fin de optimizar el uso de la energía, se proveen sistemas de recirculación de los gases.
A partir de la EP 0 030 396 Bl, por ejemplo, se conoce un método para el tratamiento térmico de pellets, en el cual los pellets no cocidos son transportados sobre una parrilla móvil y secados en una zona de secado a presión y una zona de secado por succión por medio de gases del proceso recirculados. En una zona de calentamiento y una zona de cocido, los gases de enfriamiento calentados son succionados a través de la capa de pellets.
Dichos gases son suministrados desde la zona de enfriamiento mediante un conducto de recuperación y conductos de suministro laterales a 38 cámaras de cocido que están distribuidas a lo largo de la extensión de la zona de cocido, son calentados allí con 38 quemadores de petróleo y mediante salidas de la cámara de cocido se suministran a la zona de calentamiento y cocido, en la que además el combustible sólido provisto es quemado sobre la superficie del lecho de pellets. Dependiendo del combustible que se utilice así como de la capacidad del quemador, se pueden producir temperaturas de llama muy elevadas, lo que conduce a un esfuerzo del material refractario e incrementa las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx). Puesto que el aire suministrado a la cámara de cocido mediante los conductos de suministro tiene impacto sobre la llama de cocido desde arriba a un ángulo de 90°, dicha llama es desviada y contacta la pared revestida con material refractario de la cámara de cocido, lo que puede ocasionar daño. El impulso del aire primario enfriado aquí es muy bajo para generar un giro estabilizador de la llama. Por otro lado, la cantidad de aire primario no se puede incrementar sin un aumento indeseado en el consumo de combustible. Además, se producen considerables pérdidas de calor en las paredes de los conductos de suministro laterales para las cámaras de cocido, debido a la gran área de superficie.
Objetivos y Compendio de la Invención Por lo tanto, es un objeto de la presente invención disminuir los daños refractarios en las cámaras de cocido así como reducir las emisiones. Además, se debe ahorrar energía por medio de una reducción en las pérdidas de calor.
En un aparato de acuerdo con la presente invención con las características de la reivindicación 1, este objetivo sustancialmente es solventado puesto que en el techo de la cámara de cocido se provee una pluralidad de aberturas, a través de las cuales los gases de enfriamiento calentados pueden ingresar hacia la cámara de cocido desde el tubo de recuperación. Mediante la omisión de los conductos de suministro externos que se utilizan en la técnica anterior y mediante la introducción de los gases de enfriamiento calentados como aire secundario de forma directa en la cámara de cocido dispuesta por encima de la parrilla móvil, se minimizan las pérdidas de calor a través de las paredes. Al mismo tiempo, se puede ahorrar espacio en la planta. De acuerdo con la presente invención, la campana extractora de la zona de tratamiento térmico se utiliza como una gran cámara de cocido común, en lugar de suministrar numerosas cámaras de cocido individuales como en la técnica anterior. Como resultado, de igual modo se reducen las inversiones en la planta de manera considerable.
De acuerdo con un desarrollo de la presente invención, las aberturas son redondas o formadas como recortes de ladrillos tetragonales. Igualmente es posible que en el techo de la cámara de cocido se formen una o más ranuras alargadas, a través de las cuales los gases de enfriamiento recirculados ingresan a la cámara de cocido.
De acuerdo con un desarrollo de la presente invención, el techo de la cámara de cocido es arqueado y por lo tanto sirve como una pared divisoria auto-portante entre el tubo de recuperación y la cámara de cocido.
De acuerdo con un aspecto particularmente preferido de la presente invención, se provee una pluralidad de quemadores sin sus propias cámaras de cocido en las paredes laterales de la cámara de cocido, las que de acuerdo con la presente invención están dirigidas en dirección ascendente de forma oblicua en un ángulo de 20 a 60° y en particular en un ángulo de 30 a 50°, en la dirección del techo a través del cual se suministran los gases de enfriamiento calientes. De acuerdo con un desarrollo de la presente idea inventiva, el ángulo de inclinación de los quemadores se puede ajustar. Debido al flujo transversal y al contraflujo de los gases residuales de cocido calientes y los gases de enfriamiento calentados recirculados se alcanza una mezcla intensiva de los gases, lo que conduce a una combustión rápida y completa en una corta distancia. Debido a la división del chorro en muchas llamas individuales, se reducen los picos de temperatura en la llama y por consiguiente la formación de óxidos de nitrógeno.
En lugar de las grandes cámaras de cocido provistas en la técnica anterior, simplemente se deben suministrar pequeñas aberturas de entrada (puertos de quemador) en la pared para la inserción en los quemadores. Como resultado, los quemadores pueden ser dispuestos de forma mucho más fácil, en una mayor densidad y respectivamente con una menor potencia calorífica individual. Debido a la estructura fina de los quemadores en la pared de la boquilla, se puede alcanzar una distribución homogénea de la temperatura en la cámara de cocido. Se evitan los picos de temperatura en la cámara de cocido, de manera tal que el revestimiento refractario está protegido y se pueden reducir las emisiones de óxido de nitrógeno.
De acuerdo con la presente invención, cada uno de los quemadores está rodeado por un tubo de aire a través del cual se suministra aire primario. En lugar de aire ambiental, también se puede proporcionar aire enriquecido con oxígeno u oxígeno puro. De acuerdo con un desarrollo de la presente idea inventiva, los quemadores incluyen deflectores para la generación de un giro, con el fin de obtener una mezcla intensiva del combustible con el aire primario.
De acuerdo con un desarrollo de la presente invención, los quemadores se combinan en grupos cada uno de los cuales tiene válvulas de seguridad asociadas con los mismos. Como resultado, se puede reducir el número de estos grupos de seguridad y los costos de inversión pueden disminuir.
De manera preferible, por lo menos algunos de los quemadores son formados como lanzas para combustible a través de las cuales el combustible es ingresado de forma directa en la cámara de cocido y el combustible se enciende allí espontáneamente debido a las altas temperaturas. Las lanzas para combustible no requieren de sistemas de encendido y detectores de flama ópticos adicionales, en su lugar, se utilizan termopares a prueba de fallos de acuerdo con la presente invención. Debido a una menor potencia calorífica de los quemadores individuales, se pueden reducir las temperaturas de la flama, de manera que se reduce la formación de NOx térmico y las emisiones de óxido de nitrógeno y las extensiones de la llama pueden ser disminuidas por consiguiente hasta cierto punto. De acuerdo con la presente invención, se puede obtener una disminución adicional de las temperaturas de la llama inyectando de manera adicional agua, de forma preferible agua desmineralizada. La potencia calorífica total requerida se puede lograr por medio de un número de quemadores proporcionalmente elevado.
En principio, de igual modo es posible alcanzar una oxidación sin llama del combustible en la cámara de cocido con un diseño correspondiente, mediante la introducción del combustible en la corriente de gas conteniendo gas residual y oxígeno a las elevadas temperaturas de la cámara de cocido. Tal como se describe en la DE 102 17 913 Al , la oxidación sin llama no es dependiente de la formación de una llama estable. Por lo tanto, se pueden utilizar velocidades de gas relativamente elevadas, con la oxidación del combustible extendiéndose sobre una mayor distancia entre la entrada y la salida.
La presente invención asimismo se extiende a un método para el tratamiento térmico de trozos o material aglomerado en una máquina de cocimiento, en particular para pellets de hierro, en donde de acuerdo con la reivindicación 10 el material es transportado a través de la máquina de cocimiento sobre una parrilla móvil, en dicha máquina de cocimiento el material es térmicamente tratado en por lo menos una cámara de cocido, en donde el material es posteriormente enfriado por medio de los gases de enfriamiento que son guiados a través de la misma y los gases de enfriamiento de este modo calentados son por lo menos parcialmente recirculados a través de un tubo de recuperación y son ingresados en la cámara de cocido en la cual las temperaturas requeridas para el tratamiento térmico son generadas por medio de la combustión del combustible. De acuerdo con la presente invención, los gases de enfriamiento calentados son succionados de forma directa desde el tubo de recuperación a través de las aberturas en el techo de la cámara de cocido hacia la cámara de cocido.
Características, ventajas y posibles aplicaciones adicionales de la presente invención se pueden igualmente tomar a partir de la siguiente descripción de una configuración ejemplar y de los dibujos. Todas las características que se describen y/o ilustran forman el tema materia de la presente invención per se o en cualquier combinación, independiente de su inclusión en las reivindicaciones o de sus referencias anteriores.
Breve Descripción de los Dibujos En los dibujos: La Figura 1 muestra de manera esquemática una sección a través de un aparato de acuerdo con la presente invención, La Figura 2 muestra de manera esquemática una sección a través del aparato de la Figura 1 a lo largo de la línea II-II en una vista ligeramente en perspectiva, La Figura 3 muestra una vista en perspectiva desde abajo de la cámara de cocido con el tubo de recuperación dispuesto encima de la misma; y La Figura 4 muestra una vista en perspectiva esquemática de una boquilla de quemador.
Descripción Detallada de Modalidades Preferidas de la Invención En la máquina quemadora 1 para el tratamiento térmico de pellets de hierro, que se muestra de forma esquemática en la Figura 1, los pellets no cocidos son transportados sobre una parrilla móvil 2 y secados en una zona de secado 3, por ejemplo, por medio de los gases del proceso recirculados. En la dirección indicada por medio de la flecha, la parrilla móvil 2 con los pellets secados posteriormente pasa a través de una cámara de cocido 4 en la cual los pellets son cocidos a una temperatura de aproximadamente 1350 °C. Después de pasar a través de la cámara de cocido 4, los pellets se suministran a una zona de enfriamiento 5 en la cual los mismos son enfriados por medio de aire. En la zona de enfriamiento 5, el aire es succionado desde una caja de viento 6 provista debajo de la parrilla móvil 2 en dirección ascendente a través de la capa de pellets y es calentado por medio de los pellets cocidos, calientes. Los gases de enfriamiento calentados de este modo son luego recirculados hacia la cámara de cocido a través de un tubo de recuperación en forma de campana 7 el cual está dispuesto encima de la cámara de cocido 4.
En otros procesos, la temperatura de cocido puede ser diferente. Sin embargo, los efectos positivos del NOx en efecto aumentan, con temperaturas de proceso más elevadas. Con otros productos, sin embargo, una capa de producto distinta de los pellets es concebible en la parrilla móvil.
Tal como puede observarse en particular a partir de la Figura 2, se provee una estructura densa de las aberturas de aire 9 en el techo arqueado 8 de la cámara de cocido 4, que al mismo tiempo forma la parte inferior del tubo de recuperación 7, a través de cuyas aberturas se ingresa el aire del proceso caliente hacia la cámara de cocido 4 con una temperatura de 800 a 1 100 °C. Debido a la presión negativa que se genera por medio de las cajas de viento 10 y 11 dispuestas debajo de la cámara de cocido 4, el aire es succionado hacia la cámara de cocido 4 y luego a través de la capa de pellets y la parrilla móvil 2 y por consiguiente sirve como aire secundario para el proceso de combustión en la cámara de cocido 4 y al mismo tiempo para el precalentamiento de los pellets que son transportados sobre la parrilla móvil 2. La cámara de cocido 4 está separada de la zona de enfriamiento 5 por medio de una compuerta divisoria 12.
La construcción de la cámara de cocido se explicará con mayor detalle a continuación con referencia a las Figuras 2 y 3. En el techo arqueado 8 de la cámara de cocido 4, se proporcionan las aberturas 9, las cuales en la configuración que se muestra en la Figura 2 están diseñadas como las aberturas redondas 9a y en la configuración que se muestra en la Figura 3 como las ranuras oblongas 9b. Por supuesto, de igual modo es posible proveer otras formas para las aberturas 9, por ejemplo, como recortes de ladrillos tetragonales en el techo hecho con manipostería 8, o combinando diferentes formas. Con respecto a la cantidad y tamaño de las aberturas, la estructura de las aberturas 9 está diseñada de acuerdo con la velocidad de la parrilla móvil 2 que pasa a través de la máquina de cocimiento 1, de manera tal que se puede suministrar una cantidad suficiente de aire secundario.
La pared de la cámara de cocido 4 está revestida con ladrillos de material refractario, en donde en la región inferior de las paredes laterales 13 se proporcionan los ladrillos de quemador 14, que incluyen los puertos de quemador 15 (posiblemente con bridas de quemador) para conducirlos a través de los quemadores 16 que se describen más adelante. En su lado inferior, la cámara de cocido 4 está terminada por la parrilla móvil 2 que pasa a través de la misma, sobre la cual están dispuestos los pellets y en la cual las paredes laterales de soporte de parrilla 17 están selladas contra las paredes laterales 13 en una manera convencional, no ilustrada. La parrilla móvil 2 está rodando con sus ruedas 19 sobre rieles no ilustrados de la máquina de cocimiento 1.
Tal como se muestra en la Figura 2, los quemadores 16 están dispuestos de tal manera que los mismos expulsan las llamas 20 dirigidas de forma oblicua hacia la parte superior con un ángulo de 20 a 60°, de manera preferible de aproximadamente 35° (con una parrilla móvil que tiene un ancho de aproximadamente 4 m). El ángulo de inclinación de los quemadores 16 depende del ancho de transporte de la parrilla móvil 2. El ángulo del quemador igualmente puede ser ajustado. El combustible líquido, gaseoso o sólido pulverizado, en particular petróleo o gas, es suministrado a los quemadores 16 a través de un conducto para combustible central 21, del cual se ramifican las líneas de conexión del quemador flexibles 22, El polvo, por ejemplo, se puede utilizar como carbón combustible sólido el cual debido al problema del transporte de la ceniza o el depósito de cenizas sobre los pellets solamente se agrega en una cantidad limitada. A través de un conducto de aire central 23, que está conectado con los quemadores individuales 16 mediante las líneas de conexión de quemador flexibles 24, el aire primario frió, aire enriquecido con oxígeno u oxígeno puro es suministrado a dichos quemadores. El efecto de endurecimiento puede por consiguiente ser mejorado.
Además, se puede suministrar agua a las lanzas para quemador 16 a través de un tercer conducto 27 y ser inyectada en la cámara de cocido 16 para el enfriamiento de las llamas, a fin de reducir además los valores de NOx. Para este propósito, se utiliza de manera preferible agua desmineralizada.
Tal como puede observarse a partir de la Figura 4, los quemadores 16 incluyen un tubo de aire 25 alrededor de los conductos de suministro de combustible dispuestos de manera central 22. A través de los medios de mezcla de combustible- aire (turbulador) 26 insertados en los quemadores 16 se crea un giro, con el fin de estabilizar la llama. En los medios de mezcla 26, se puede proveer una boquilla central 28 para inyectar el agua suministrada a través del conducto de agua 27.
La temperatura en la cámara de cocido 4 es determinada en consideración de la velocidad de la parrilla móvil 2 por medio de un correspondiente diseño de los quemadores 16, de tal manera que se alcanza una temperatura de aproximadamente 1350°. Una parte de los quemadores 16 puede ser reemplazada por lanzas para quemadores con su propio mecanismo de ignición. La mezcla de combustible/ aire que emerge de las lanzas para quemadores se inflama de manera espontánea debido a la alta temperatura existente en la cámara de cocido, lo que es aceptable desde una temperatura de aproximadamente 750 °C (cf. por ejemplo EN 746-2).
En funcionamiento, la presión en el tubo de recuperación 7 por lo general es aproximadamente de 1 a 2 mbar g, en tanto que la presión por debajo de la parrilla móvil 2 es de aproximadamente -20 a -30 mbar g, es decir, una presión negativa distintiva. Como resultado, los gases de enfriamiento recirculados desde la zona de enfriamiento 5 son succionados a través de las aberturas 9 en el techo 8 de la cámara de cocido 4 hacia la cámara de cocido y posteriormente a través de la capa de pellets que está presente en la parrilla móvil 2 hacia las cajas de viento 10 y 11. Debido al aire secundario que fluye desde arriba y a la llama dirigida en dirección ascendente de forma oblicua desde los quemadores 16 se obtiene un flujo transversal y contraflujo, que conducen a una mezcla intensiva y por consiguiente a un calentamiento uniforme de la cámara de cocido. Se obtiene una mejor distribución de la energía y una menor dispersión de la temperatura de llama. De este modo, se puede controlar de una mejor manera la introducción de calor. Puesto que los gases de enfriamiento son succionados de forma directa en la cámara de cocido 4 desde el tubo de recuperación 7 colocado por encima de la cámara de cocido 4, la región de la pared externa es reducida en tamaño, de tal manera que las pérdidas de calor disminuyen de forma evidente.
En principio la presente invención se puede utilizar en todos los métodos y materiales en los cuales el aire es hecho recircular en el proceso con una elevada temperatura (por lo menos de 750 °C) y succionado a través de la parrilla móvil, por ejemplo, igualmente en la producción de cemento o cerámicos.
Lista de Numerales de Referencia: 1 máquina de cocimiento 2 parrilla móvil 3 zona de secado 4 cámara de cocido 5 zona de enfriamiento 6 caja de viento 7 tubo de recuperación 8 techo 9 aberturas de aire 9a abertura de aire redonda 9b ranura 10, 11 cajas de viento 12 compuerta divisoria 13 paredes laterales 14 ladrillos de quemador 15 puertos de quemador 16 quemador/ lanza para quemador 17 pared lateral de soporte de parrilla 19 ruedas 20 llamas 21 conducto de combustible 22 líneas de conexión de quemador (combustible) 23 conducto de aire 24 líneas de conexión de quemador flexibles (aire) 25 tubo de aire 26 medios para mezcla de combustible- aire 27 conducto de agua 28 boquilla

Claims (10)

Reivindicaciones
1. Un aparato para el tratamiento térmico de trozos o material aglomerado en una máquina de cocimiento con una parrilla móvil sobre la cual el material es transportado a través de la máquina de cocimiento, una cámara de cocido para la generación de las temperaturas requeridas para el tratamiento térmico, una zona de enfriamiento en la cual se hacen pasar los gases de enfriamiento a través del material térmicamente tratado, y un tubo de recuperación a través del cual los gases de enfriamiento calentados son hechos recircular hacia la cámara de cocido, en donde en el techo de la cámara de cocido se provee una pluralidad de aberturas, a través de las cuales los gases de enfriamiento calentados desde el tubo de recuperación pueden entrar en la cámara de cocido, en donde en las paredes laterales de la cámara de cocido se provee una pluralidad de quemadores, y en donde dichos quemadores están dirigidos de manera ascendente y oblicua.
2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las aberturas son redondas, tetragonales y/o en forma de ranura.
3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el techo de la cámara de cocido es arqueado.
4. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque es ajustable el ángulo de inclinación de los quemadores.
5. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los quemadores están dirigidos en dirección ascendente de forma oblicua, en un ángulo de 20 a 60°.
6. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada uno de los quemadores está rodeado por un tubo de aire.
7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque en los quemadores se proveen los medios para la generación de un giro.
8. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los quemadores están combinados en grupos, cada uno tiene válvulas de seguridad asociadas con los mismos.
9. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque por lo menos una parte de los quemadores son formados como lanzas para quemador.
10. Un método para el tratamiento térmico de grumos o material aglomerado en una máquina de cocimiento, en donde el material es transportado a través de la máquina de cocimiento sobre una parrilla móvil, en dicha máquina de cocimiento el material es térmicamente tratado en por lo menos una cámara de cocido, en donde el material es posteriormente enfriado por medio de gases de enfriamiento pasados a través de la misma y los gases de enfriamiento calentados de este modo son por lo menos recirculados de forma parcial a través de un tubo de recuperación e introducidos en la cámara de cocido en la cual las temperaturas requeridas para el tratamiento térmico son generadas por medio de la combustión del combustible, en donde los gases de enfriamiento calentados son succionados desde el tubo de recuperación hacia la cámara de cocido a través de aberturas en el techo de la cámara de cocido, en donde en las paredes laterales de la cámara de cocido se provee una pluralidad de quemadores, y en donde dichos quemadores están dirigidos de manera ascendente y oblicua.
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