MXPA01012596A - Horno industrial con quemador tubular. - Google Patents

Abstract

La invencion esta relacionada con un quemador tubular para hornos industriales; este quemador comprende una seccion final que penetra en una camara de combustion alimentada con aire de combustion secundario y varios canales de alimentacion anulares para el gas de combustion y el combustible limitados por varias paredes tubulares dispuestas coaxialmente las unas dentro de las otras, distribuyendose de forma aproximadamente anular unas boquillas individuales en la pared frontal del canal de alimentacion de gas de combustion orientada hacia la camara de combustion. Para conseguir una buena mezcla entre el gas de combustion/aires de combustion y el combustible, al menos uno de los canales de alimentacion anulares exteriores se realiza fundamentalmente como canal de alimentacion de combustible, mientras que el canal de alimentacion del gas de combustion dotado de las boquillas individuales se dispone radialmente dentro de dicho canal de alimentacion de combustible.

Description

HORNO INDUSTRIAL CON QUEMADOR TUBULAR MEMORIA DESCRIPTIVA La invención está relacionada con un horno industrial con un quemador tubular según el preámbulo de la reivindicación 1. Un campo de aplicación especialmente preferido de un horno industrial de este tipo lo constituyen las instalaciones de tratamiento término para materiales minerales, por ejemplo los hornos o las instalaciones de horno para el tratamiento térmico o la cocción de clínquer de cemento, cal, minerales, etc., resultando especialmente interesantes como hornos industriales o instalaciones de hornos industriales, los hornos rotativos tubulares, hornos de calcinado o instalaciones de calcinado. Precisamente en los hornos industriales del tipo antes señalado es importante que se pueda influir en el proceso de combustión mediante el diseño y funcionamiento de quemador, con objeto de poder cumplir las funciones técnicas de procedimiento en tales hornos industriales o instalaciones de horno, por ejemplo en adaptación a las respectivas propiedades del material tubular, las características de calidad deseadas para el producto a fabricar, la distintas clases de combustible, etc. Por otra parte, también hay que cumplir los valores de emisión exigidos en relación con el dióxido de carbono, a la vez que se pretende un funcionamiento energética y económicamente ventajoso del quemador correspondiente y, por consiguiente, del horno en cuestión. A estos efectos se procura crear en la cámara de combustión del horno, con ayuda del quemador, una llama óptima, para lo cual se provoca una mezcla favorable del aire de combustión aportado o de gas de combustión aportado con el combustible aportado. Por lo tanto, ya se han dado a conocer diferentes modelos de quemadores (por ejemplo: DE-A-43 19 363 y DE-A-196 48 981 ), en los que varias paredes tubulares dispuestas coaxialmente limitan varios canales de alimentación de sección más o menos anular para la aportación del gas de combustión o aire de combustión y del combustible. En el extremo frontal del quemador que desemboca en la cámara de combustión de canal de alimentación anular exterior, previsto para la aportación del gas de combustión, se han distribuido de forma aproximadamente anular unas boquillas individuales que rodean a un canal de alimentación de combustible situado dentro de dicho canal de alimentación de gas de combustión y que sirven para conseguir una mezcla del combustible aportado y del gas de combustión mediante la regulación de su dirección de salida radial y/o tangencial. Sin embargo, en la práctica se ha comprobado que la buena mezcla deseada entre el gas de combustión o aire de combustión y el combustible sólo se puede lograr de forma muy insuficiente. Ocurre sobre todo que el aire de combustión secundario (aire secundario) aportado por separado a la cámara de combustión, que entre por la zona periférica exterior del quemador, se incorpora en la mayoría de los casos de forma insuficiente a esta mezcla de gas de combustión/aire de combustión y combustible.

La solicitud de patente más antigua EP-A-0974 525 está relacionada con un quemador para la oxidación parcial de sulfuro de hidrógeno para la generación de vapor de azufre. El quemador presenta varias paredes tubulares dispuestas a distancia radial y coaxialmente las unas dentro de las otras limitan varios canales de alimentación de sección aproximadamente anular para el gas de combustión y el combustible con sulfuro de hidrógeno. El canal de alimentación anular situado por fuera está previsto para el combustible que contiene sulfuro de hidrógeno. La zona de desembocadura del quemador se dispone en un orificio de la cámara de combustión, formando la zona de desembocadura del quemador y el orificio de la cámara de combustión otro canal anular para la aportación de aire de combustión. Por consiguiente, la invención está basada en la tarea de perfeccionar un horno industrial con un quemador anular según el preámbulo de la reivindicación 1 de manera que se pueda influir óptimamente en la incorporación del combustible a todo el gas de combustión o a todo el aire de combustión completa (encendido, combustión de los combustibles, formación de NOx, forma y longitud de las llamas). De acuerdo con la invención, esta tarea se resuelve gracias a la característica de la reivindicación 1. Otras realizaciones ventajosas de la invención se describen en las subreivindicaciones.

En el caso del horno industrial con quemador anular según la invención se realiza, visto en sección transversal de la boquilla interior del quemador, el canal de alimentación anular exterior, fundamentalmente como canal de alimentación de combustible, disponiéndose el canal de alimentación del gas de combustión radialmente dentro de este canal de alimentación de combustible. Si en el caso de esta realización según la invención se hace referencia, por ejemplo, a una utilización especialmente práctica del quemador, que podría ser un horno rotativo tubular a cuya cámara de combustión se aporta directamente aire de combustión secundario rico en oxígeno y precalentado, el así llamado "aire secundario", por ejemplo desde un refrigerador conectado detrás del horno rotativo tubular, que fluye al menos en parte a lo largo del lado periférico exterior de la sección final interior del quemador mientras que se aportan más gas de combustión, en particular el llamado "aire primario" a través del anillo interior de las boquillas individuales, y más combustible a través del canal anular exterior de alimentación de combustible, resulta fácil imaginarse que por las boquillas individuales situadas radialmente en el interior, el combustible que entra en la cámara de combustión se insufla por medio del aire primario de forma acertada en el aire de combustión secundario que afluye desde el exterior. Esto significa por lo tanto que a través del aire primario que entra por las boquillas individuales (como gas de combustión), el combustible que entra por al menos un canal de alimentación de combustible exterior se conduce por lo menos de forma aproximadamente radial hacia fuera en dirección del perímetro del quemador y se insufla, por consiguiente, en el aire secundario que entra, con lo que se consigue una incorporación muy tensa y rápida del aire primario y del combustible al aire secundario que entra desde fuera. Debido a la posición de las boquillas individuales (posición radial dentro del canal de alimentación de combustible), el combustible se mezcla con el aire secundario calentado o caliente con un gran impulso, lo que da lugar a un rápido encendido del combustible. El grado de incorporación y mezcla de aire primario y aire secundario con combustible (o con los combustibles) se controla mediante la alineación correspondiente de las boquillas individuales situadas radialmente en el interior, en dependencia de los respectivos combustibles, de la carga de polvo y productos químicos combustibles, de la carga de polvo y productos químicos de aire secundario y de la geometría del horno. De este modo, el grado de incorporación influye de manera esencial en todo el proceso de combustión (es decir, encendido, combustión completa de los combustibles, formación de NOx, forma y longitud de las llamas). Precisamente al utilizar este quemador según la invención en un horno rotativo tubular para la fabricación de clínquer de cemento, el proceso de tratamiento térmico o de cocción se puede controlar óptimamente en lo que se refiere a la obtención de una buena calidad de clínquer y a una elevada disponibilidad del horno rotativo tubular correspondiente. A este respecto se recuerda de nuevo que el quemador realizado conforme a la invención no sólo se puede emplear en un horno rotativo tubular, sino también en otros hornos industriales o instalaciones de horno industriales en los que se realizan procesos de tratamiento térmico y de cocción comparables, tales como hornos de calcinado o instalaciones de calcinado, hornos de combustión para la cocción de cal, para el tratamiento térmico de minerales, etc. Las boquillas individuales no sólo se pueden orientar de forma paralela, sino también con un ángulo determinado con respecto a la dirección de salida del canal de alimentación de combustible que rodea a las mismas por fuera. Igualmente cabría la posibilidad de que el ángulo de orientación de las boquillas individuales fuese regulable. Con una orientación oblicua de las boquillas individuales con respecto a la dirección de salida del canal de alimentación de combustible que las rodea es posible insuflar el aire primario (que entra a través de las boquillas individuales en la cámara de combustión) de manera más o menos divergente hacia fuera. En caso de una disposición combada de las boquillas individuales frente al canal de alimentación de combustible que las rodea, se puede generar además un retorcimiento correspondiente para incrementar el efecto de mezcla del aire primario y combustible con el aire secundario y, por consiguiente, todo el proceso de combustión. Por lo tanto, esta alineación de las boquillas individuales de una de las variantes de realización se puede llevar a cabo de manera firme, como regulación básica, conforme a unos conocimientos óptimos. De acuerdo con la otra variante de realización, las boquillas individuales se pueden regular de nuevo una y otra vez según las condiciones reinantes (ya sea durante el servicio, ya sea durante una parada).

En este punto se vuelve a insistir en que el canal exterior de alimentación de combustible se destina fundamentalmente a la aportación de los combustibles correspondientes (líquidos, gaseosos, finamente granulados o en forma de polvo), pudiéndose aportar sin embargo sin ningún problema cierta parte al aire de combustión (en mezcla con los combustibles). De manera similar, al gas de combustión o al aire primario que entra en ese punto también se puede aportar a través de las boquillas individuales, y en caso de necesidad, cierta parte de combustible. A continuación, la invención se explica de un modo algo más detallado a la vista de un dibujo mayoritariamente esquemático. Estos dibujos muestran en la figura 1 una vista esquemática en sección longitudinal de un horno industrial configurado, por ejemplo, como horno rotativo tubular que está dotado de un quemador realizado según la invención; figura 2 una vista longitudinal parcialmente seccionada de la sección final interior de quemador (aproximadamente según la sección II de la figura 1); figura 3 una vista frontal sobre el extremo interior del quemador (según la flecha lll de la figura 2). El quemador tubular 1 realizado de acuerdo con la invención se describe a continuación a la vista de un ejemplo de utilización o aplicación especialmente típico, concretamente en el caso de su utilización en un horno rotativo tubular 2 para la fabricación de clínquer de cemento. De este horno rotativo tubular 2 se representa en la figura 1 únicamente y de forma generalizada y esquemática, el extremo del horno 2a situado por el lado del quemador o por el lado de salida. Este extremo del horno 2a situado por el lado de salida penetra en una cabeza de salida de horno habitual 3 a través de la cual el extremo del horno 2a está unido a la entrada 4a de cualquier refrigerador 4 apropiado que sólo se apunta brevemente en la figura 1. Como es generalmente sabido y se indica en la figura 1 mediante flechas rayadas 5, el clínquer de cemento caliente y completamente cocido cae del extremo del horno 2a al refrigerador 4 donde es refrigerado con ayuda de un gas refrigerante, en especial con ayuda de zona de su boquilla 1a. De acuerdo con estas figuras, el quemador 1 o su boquilla la comprende varias paredes tubulares dispuestas a distancia radial y coaxialmente entre sí, concretamente una pared tubular exterior 10, una primera pared tubular interior 11 situada coaxialmente dentro de dicha pared tubular exterior 10, así como al menos una segunda pared tubular 12 o pared tubular central 12 situada coaxialmente dentro de esta primera pared tubular interior 11. Estas paredes tubulares 10, 11 , 12 limitan varios canales de alimentación de sección aproximadamente anular, a saber, un canal de alimentación anular exterior 13, un canal de alimentación anular interior 14 situado coaxialmente dentro del canal de alimentación exterior 13, así como al menos otro canal de alimentación interior 15 que en este caso se puede configurar como canal de alimentación 15 de sección aproximadamente circular dentro de la pared tubular central 12, por ejemplo, para quemadores de encendido, etc., en sí conocidos por lo que no se representan detalladamente en estos dibujos. En el extremo frontal 14c del canal de alimentación interior 14 realizado fundamentalmente para la aportación del gas de combustión, en este caso para la aportación del aire primero (flechas 9) y orientado hacia la cámara de combustión 7, se ha distribuido una serie de boquillas individuales 16 situadas, como se indica en la figura 3, de forma anular que se retiene de manera firma o regulable en una pared frontal anular 17, como se volverá a indicar más adelante, que se ha fijado en o dentro del extremo frontal 14c del canal de alimentación de aire primario 14. Visto en sección de la boquilla 1a, el canal de alimentación anular exterior (o el extremo) de este quemador 1 según la invención, se ha realizado fundamentalmente como canal de alimentación de combustibles 13, mientras que el canal de alimentación de gas de combustión o de aire primario 14 dotado de las boquillas individuales que se sitúa radialmente dentro de dicho canal de alimentación de combustible 13 como ya se ha dicho antes (y como se puede ver en las figuras 2 y 3). En este punto también se hace constar que, con diferencia al ejemplo de realización descrito a la vista de las figuras 2 y 3, también es posible instalar varios canales anulares de alimentación de combustible y varios canales de alimentación de gas de combustión o aire primario sin abandonar por ello el principio básico de esta construcción según la invención, cabiendo además la posibilidad de que las boquillas individuales se dispongan en varios grupos de boquillas individuales situados coaxialmente los unos con respecto a los otros y agrupados de forma anular. También conviene resaltar que las boquillas individuales 16 se pueden disponer en cualquier número apropiado, en adaptación a las respectivas condiciones de servicio, combustibles, etc. Las representaciones de las figuras 2 y 3 muestran además que el canal de alimentación de combustible exterior 13 se puede realizar por su extremo frontal orientado hacia la cámara del horno 7 de forma conveniente a modo de una boquilla anular (13a) que desemboca libremente (es decir, de manera abierta y fundamentalmente sin ningún obstáculo). Tal como se representa con líneas continuas en las figuras 2 y 3, las boquillas individuales 16 se pueden orientar, en lo que se refiere a su dirección de salida, paralelamente al eje longitudinal del quemador 1d para garantizar el efecto de mezcla mejorado antes descrito ente el combustible y el aire de combustión, en especial del aire secundario. Por otra parte puede resultar especialmente ventajoso que las boquillas individuales 16 se orienten, en cuanto a su dirección de salida (compárense las flechas rayadas 9a de la figura 2) de forma oblicua, es decir, con un ángulo determinado con respecto a la dirección de salida (flechas de puntos y rayas 8) del canal de alimentación de combustible 13 que las rodea por fuera, como se indica sólo en parte en las figuras 2 y 3 y de forma completamente esquemática con puntos y rayas. Esto se puede conseguir de manera sencilla fijando las boquillas individuales 16 en una posición básica apropiada durante la fabricación del quemador 1 (eventualmente con posibilidad de intercambio) en la pared frontal correspondiente 17. Por otra parte, existe también la posibilidad de sujetar estas boquillas individuales 16 de forma regulable en la pared frontal 17 correspondiente, por ejemplo, por pared frontal 17 correspondiente, por ejemplo, por medio de una calota esférica, de manera que la dirección de salida de las mismas se puede regular oblicuamente o de forma combada con respecto a la dirección de salida del canal de alimentación de combustible que las rodea. En caso de orientación oblicua se desplaza, por ejemplo, únicamente el extremo de entrada de las boquillas individuales 16, fundamentalmente de forma radial frente al eje del quemador 1d. En caso de orientación combada de las boquillas individuales 16, el extremo de entrada de las boquillas individuales 16 se mueve en un círculo concéntrico alrededor del eje del quemador 1d. Estas posibilidades de regulación de las boquillas individuales 16 no se representan en detalle en el dibujo, ya que forman parte del estado general de la técnica, es decir, estas boquillas individuales 16 se pueden fijar de forma regulable como se explica, por ejemplo, en el documento DE-A-19648 981.

Claims (6)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Horno industrial con quemador tubular, comprendiendo el quemador a) una sección final externa (1a) que penetra en una cámara de combustión (7) del horno (2) alimentada con aire de combustión secundario (6) y b) varias paredes tubulares dispuestas a distancia radial entre sí y coaxialmente (10, 11 , 12) que limitan varios canales de alimentación (13, 14) de sección más o menos anular para el gas de combustión (9) y el combustible, disponiéndose c) en distribución aproximadamente anular, una serie de boquillas individuales (16) a la cara frontal (14c) orientada hacia la cámara de combustión (7) de un canal de alimentación (14) configurado fundamentalmente para la aportación del gas de combustión (9), caracterizado porque, d) visto en sección transversal de la sección final interior del quemador (1a), al menos el canal de alimentación anular exterior se realiza fundamentalmente como canal de alimentación de combustible (13), disponiéndose el canal de alimentación de gas de combustión (14) dotado de las boquillas individuales (16) radicalmente dentro de dicho canal de alimentación de combustible (13).

2.- Un horno industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el canal de la alimentación de combustible (13) se realiza por su extremo frontal orientado hacia la cámara de combustión del horno (7) aproximadamente en forma de boquilla anular (13a) que desemboca libremente.

3.- Un horno industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el canal de la alimentación de gas de combustión (14) se prevé fundamentalmente para la aportación de aire de combustión primario (aire primario 9) y/o, opcionalmente, para la aportación de gas de combustión o de una mezcla de aire primario y gas de combustión.

4.- Un horno industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las boquillas individuarles (16) distribuidas en forma anular se fijan en una pared frontal anular (17) dispuesta por el extremo frontal (14c) del canal de alimentación de gas de combustión (14).

5.- Un horno industrial de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque las boquillas individuales (16) se orientan, en lo que se refiere a su dirección de salida (9a), paralelamente con respecto a la dirección de la salida (8) del canal de alimentación del combustible (13) que las rodea por fuera.

6.- Un horno industrial de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque las boquillas individuales (16) se orientan, en lo que se refiere a su dirección de salida en un ángulo determinado con respecto a la dirección de salida del canal de alimentación del combustible (13) que las rodea. 1.- Un horno industrial de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque las boquillas individuales (16) se pueden regular en un ángulo determinado en lo que se refiere a su dirección de salida del canal de alimentación del combustible (13) que las rodea.