ES2590303T3

ES2590303T3 - Quemador

Info

Publication number: ES2590303T3
Application number: ES07100966.6T
Authority: ES
Inventors: Martin Adendorff
Original assignee: Messer Group GmbH
Current assignee: Messer Group GmbH
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2016-11-21
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: SI1821036T1; EP1821036A2; PL1821036T3; EP1821036B1; EP1821036A3; DE102006007979A1

Abstract

Dispositivo para inyectar medios de combustión, como combustible o un medio de oxidación, en un espacio de tratamiento metalúrgico (6), con uno o varios canales de alimentación (5) para un primer medio de combustión y al menos dos canales de alimentación (12, 13, 26, 37, 38) para un segundo medio de combustión, que desembocan en una zona de boca (21) del dispositivo, estando unidos los canales de alimentación (12, 13, 26, 37, 38) para el segundo medio de combustión en cada caso con conductos de abastecimiento (14, 15, 39, 40, 41) separados uno de otro con respecto al fluido, en los que están previstas unidades (17, 45, 46, 47) para la regulación por separado del paso de flujo, caracterizado por un canal de alimentación axial (5) para el primer medio de combustión, que de manera coaxial está rodeado por una alimentación para el segundo medio de combustión, que al menos en su sección posterior visto desde la zona de boca (21) se subdivide en canales de alimentación (12, 13, 26, 37, 38) separados uno de otro con respecto al fluido.

Description

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DESCRIPCION

Quemador

La invencion se refiere a un dispositivo para inyectar medios de combustion, como combustible o un medio de oxidacion, en un espacio de tratamiento metalurgico, con uno o varios canales de alimentacion para un primer medio de combustion y varios canales de alimentacion para un segundo medio de combustion, que desembocan en una zona de boca del dispositivo.

Se conocen quemadores o lanzas para inyectar combustible y/o un medio de oxidacion en un espacio de tratamiento metalurgico.

Por el documento EP 1 204 769 B1 se conoce por ejemplo una lanza para inyectar combustible y/u oxfgeno en un horno de fusion, que presenta un tubo de suministro central para combustible asf como un tubo de suministro dispuesto coaxialmente al mismo para oxfgeno. En la zona de la abertura de boca de la lanza una pluralidad de canales de alimentacion que discurren de manera oblicua conducen del tubo de suministro de oxfgeno al tubo de suministro de combustible. A traves de estos canales de alimentacion al menos una parte del oxfgeno se introduce en la seccion de boca del tubo de suministro de combustible y se mezcla con el combustible. La mezcla se carga en el horno de fusion y aqu forma una llama.

Este tipo de quemadores o lanzas han dado buen resultado en la practica. Sin embargo, resulta desventajoso que el espacio de tratamiento metalurgico se someta al efecto de la llama solo de una manera muy poco uniforme y que por ello se produzca una distribucion del calor muy poco uniforme. En particular en el caso de espacios de tratamiento con una geometna poco habitual, esto lleva a un resultado poco favorable del tratamiento termico.

Para influir en la geometna de la llama, por ejemplo se propuso en el documento DE 101 56 376 dotar a la entrada de los medios de oxidacion de un quemador de un inyector de vortice. Sin embargo, las posibilidades de que de este modo el espacio de tratamiento se someta al efecto de la llama de manera uniforme son limitadas.

El documento WO 9627761 A1 muestra un dispositivo segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Por tanto, el objetivo de la invencion es proporcionar un dispositivo para inyectar combustible y un medio de oxidacion en un espacio de tratamiento metalurgico, en el que el espacio de tratamiento se someta al efecto de la llama de manera mas uniforme.

Este objetivo se alcanza mediante un dispositivo segun la reivindicacion 1.

Los canales de alimentacion para el segundo medio de combustion se cargan a traves de los conductos de abastecimiento separados uno de otro con respecto al fluido con el medio de combustion. Mediante las unidades para la regulacion del paso de flujo puede ajustarse individualmente el flujo de masas guiado a traves de cada uno de los conductos de abastecimiento tambien durante el funcionamiento del dispositivo. En particular, de este modo, mediante un ajuste adecuado de los pasos de flujo a traves de los tubos de suministro individuales se consigue influir en la geometna y la direccion de la llama que se forma en el espacio de tratamiento de casi cualquier manera. A este respecto, el ajuste adecuado en cada caso de los pasos de flujo puede determinarse por ejemplo de manera empmca.

A este respecto, preferiblemente los conductos de abastecimiento estan en comunicacion de fluido con una unidad de abastecimiento para el segundo medio de combustion. En el caso de la unidad de abastecimiento puede tratarse por ejemplo de un deposito o una tubena, desde el/la que se abastece a los canales de suministro de manera central con el segundo medio de combustion.

Para permitir influir de manera especialmente eficaz en la geometna de la llama, los conductos de abastecimiento estan dotados preferiblemente de accesorios para limitar el paso de flujo, que presentan una conexion de datos con una unidad de control, por medio de la cual pueden controlarse los pasos de flujo a traves de los conductos de abastecimiento individuales. A este respecto son accesorios preferidos empujadores o valvulas accionados por motor, en particular llaves esfericas, o valvulas magneticas.

Convenientemente, los accesorios estan dotados en cada caso de una derivacion para garantizar un paso de flujo mmimo a traves del conducto de abastecimiento.

La invencion preve una geometna del dispositivo segun la invencion en forma de canal de alimentacion axial para el primer medio de combustion, que esta rodeado coaxialmente por una alimentacion para el segundo medio de combustion, que al menos en su seccion posterior visto desde la zona de boca se subdivide en canales de alimentacion separados uno de otro con respecto al fluido.

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Preferiblemente la alimentacion para el segundo medio de combustion esta subdivida en dos canales de alimentacion separados uno de otro mediante separadores de flujo dispuestos de manera opuesta. Esto posibilita un cambio de posicion bidimensional de la llama a lo largo de un plano en el espacio de tratamiento. Mediante una activacion alternante de los accesorios de los conductos de abastecimiento asociados a los respectivos canales de alimentacion, esta configuracion posibilita en particular un pivotado de una llama producida con la combustion de los medios de combustion en el espacio de tratamiento.

Alternativamente a la forma de realizacion mencionada anteriormente, que posibilita un pivotado de la llama, una configuracion adicional de la invencion preve que la alimentacion para el segundo medio de combustion este subdividida en al menos tres canales de alimentacion, que en cada caso estan separados uno de otro mediante separadores de flujo dispuestos preferiblemente a distancias angulares iguales. Mediante una activacion dclica de los accesorios de los conductos de abastecimiento asociados a los respectivos canales de alimentacion esta configuracion posibilita un cambio de posicion tridimensional, en particular una rotacion de una llama producida con la combustion del medio de combustion en el espacio de tratamiento. En caso de prever mas de tres canales de alimentacion, puede influirse en la geometna de la llama mediante una variacion de los diferentes pasos de flujo de manera aun mas controlada.

El objetivo de la invencion tambien se alcanza mediante un procedimiento segun la reivindicacion 8.

A este respecto la llama se hace pivotar mediante una secuencia periodica de volumenes de paso de flujo alternantes a los tubos de suministro o se hace rotar. De este modo se consigue someter el espacio de tratamiento al efecto de la llama de manera uniforme y con ello se establece una distribucion del calor uniforme en el espacio de tratamiento.

A continuacion se explicara la invencion en mas detalle mediante ejemplos de realizacion representados en el dibujo.

En vistas esquematicas muestran:

la figura 1a, la vista frontal de un dispositivo segun la invencion en una primera forma de realizacion, la figura 1b, el dispositivo de la figura 1a en una seccion longitudinal,

la figura 2a, la vista frontal de un dispositivo segun la invencion en una segunda forma de realizacion,

la figura 2b, el dispositivo segun la figura 2a en una seccion longitudinal y

la figura 2c, el abastecimiento con oxfgeno de la forma de realizacion segun las figuras 2a, 2b.

En el caso del dispositivo 1 mostrado en las figuras 1a, 1b se trata de un quemador de oxifuel. El dispositivo 1 comprende un paso central 3 para un gas de encendido, que tambien sirve como canal de observacion para una unidad de monitorizacion de UV 4 conectada al paso 3. De manera coaxial al paso 3 esta dispuesta una alimentacion de combustible 5 que sirve para introducir un combustible en un espacio de tratamiento metalurgico 6. De manera coaxial alrededor de la alimentacion de combustible 5 esta dispuesta una alimentacion de oxfgeno 8. La alimentacion de oxfgeno 8 esta subdividida por medio de paredes de separacion 9,10 dispuestas por casi toda la extension longitudinal de la alimentacion de oxfgeno 8 en dos canales de suministro de oxfgeno 12, 13 separados uno de otro con respecto al fluido, en los que en cada caso desembocan conductos de abastecimiento 14, 15 separados. Los conductos de abastecimiento 14, 15 estan unidos a traves de una valvula de tres vfas 17 con un conducto principal de oxfgeno 18, a traves del que se proporciona oxfgeno procedente de un deposito de reserva no mostrado en este caso, por ejemplo un deposito de oxfgeno. El dispositivo 1 puede estar dotado por lo demas de manera conocida y por tanto no mostrada en este caso de una refrigeracion.

Durante el funcionamiento del dispositivo 1 se introduce combustible lfquido o gaseoso, en el ejemplo de realizacion gas natural, a traves de una conexion de combustible 20 en la alimentacion de combustible 5 y desde aqu en una cantidad de desde 20 hasta 80 m3/h y con una velocidad en el intervalo de 15 - 50 m/s en el espacio de tratamiento 6. A traves de al menos uno de los canales de suministro de oxfgeno 12, 13 tambien se introduce oxfgeno en el espacio de tratamiento 6, pudiendo ajustar con precision en cada caso a traves de un ajuste correspondiente en la valvula de tres vfas 17 el paso de flujo a traves de los conductos de abastecimiento 14, 15 y con ello a traves de las alimentaciones de oxfgeno 12, 13. El oxfgeno y el combustible se mezclan dentro del espacio de tratamiento 6 antes de llegar a la boca de quemador 21. A traves de una conexion de gas de encendido 22 se introduce un gas de encendido a traves del paso 3 en el espacio de tratamiento 6 que se encarga de encender la mezcla de combustible- oxfgeno y de formar a continuacion una llama delante de la boca de quemador 21.

La llama que se forma delante de la boca 21 del quemador puede hacerse pivotar dentro del espacio de tratamiento 6 a lo largo de un plano vertical. Para ello se modifica la relacion de flujo para las cantidades de oxfgeno guiadas a traves de los conductos 14, 15 o los canales de oxfgeno 12, 13. Cuanto mas oxfgeno se grne de manera

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proporcional a traves del canal de oxfgeno 13 dispuesto en el dibujo en la parte de arriba, mas se hara pivotar la llama hacia arriba, cuanto mas ox^geno se gme de manera proporcional a traves del canal de oxfgeno inferior 12, mas descendera la llama en el espacio de tratamiento 6. Mediante el abastecimiento alternante de los canales de oxfgeno 12, 13 con una cantidad grande o pequena de oxfgeno, la llama tambien puede desplazarse periodicamente hacia arriba y hacia abajo. El dispositivo 1 ofrece asf una posibilidad economica de modificar la posicion de la llama dentro del espacio de tratamiento 6 de manera continua mediante un pivotado, sin que para ello sea necesaria una modificacion constructiva compleja en la pared del espacio de tratamiento 6 o una suspension pivotante del quemador.

En el caso del dispositivo 30 mostrado en las figuras 2a-2c, las caractensticas que son iguales que las del dispositivo 1 estan designadas con los mismos numeros de referencia. El dispositivo 30 se diferencia del dispositivo 1 solo en cuanto a la construccion de la alimentacion de oxfgeno 32. Mientras que la alimentacion de oxfgeno 8 en el caso del dispositivo 1 esta subdividida en dos canales de flujo 13, 14, la alimentacion de oxfgeno 32 esta subdividida en tres canales de suministro de oxfgeno 36, 37, 38 con ayuda de dos separadores de flujo en forma de paredes intermedias 33, 34, 35 al menos en su mayor parte estancas al gas. Los canales de suministro de oxfgeno 36, 37, 38 estan en cada caso en comunicacion de fluido con los conductos de abastecimiento 39, 40, 41. Los conductos de abastecimiento 39, 40, 41 estan conectados a traves de un distribuidor 42 con un conducto principal de oxfgeno 43. Para controlar los pasos de flujo a los conductos de abastecimiento 39, 40, 41, en estos estan previstos en cada caso accesorios para el control de flujo, por ejemplo valvulas magneticas 45, 46, 47, que pueden activarse por una unidad de control central 49 segun un programa predeterminado. Las valvulas magneticas 45, 46, 47 estan dotadas en cada caso de una derivacion 51, 52, 53 para tambien en caso de una valvula magnetica cerrada, garantizar un paso de flujo mmimo en cada uno de los conductos de abastecimiento 39, 40, 41.

Durante el funcionamiento del dispositivo 30 se introduce combustible, por ejemplo gas natural, a traves de la alimentacion de combustible 5 en el espacio de tratamiento 6. Al mismo tiempo, a traves de al menos uno de los canales de suministro de oxfgeno 36, 37, 38 se introduce oxfgeno procedente del conducto principal de oxfgeno 43 a traves de los conductos de abastecimiento 39, 40, 41 en el espacio de tratamiento 6. Tras el encendido se forma una llama en el espacio de tratamiento 6 delante de la boca de quemador 21.

Para modificar la posicion de la llama en el espacio de tratamiento 6, se ajustan los flujos de oxfgeno guiados a traves de los canales de oxfgeno 36, 37, 38 por medio de la activacion de las valvulas magneticas 45, 46, 47 a traves de la unidad de control 49. Una asimetna en los flujos de oxfgeno guiados a traves de los canales de suministro de oxfgeno 36, 37, 38 lleva a una asimetna correspondiente de la llama en el espacio de tratamiento 6. Mediante una activacion dclica de las valvulas magneticas 45, 46, 47 y del desarrollo dclico relacionado con la misma de los flujos de oxfgeno en los canales de suministro de oxfgeno 36, 37, 38 se consigue una rotacion de la llama en el espacio de tratamiento 6. Mediante una eleccion adecuada de los respectivos volumenes de paso y de la secuencia temporal de la activacion pueden ajustarse libremente la propagacion de la llama y la velocidad de rotacion en un amplio espectro y adaptarse individualmente al respectivo espacio de tratamiento.

En el caso del dispositivo 30 mediante una eleccion adecuada de los pasos de flujo correspondientes tambien es posible hacer pivotar la llama a lo largo de un plano, que no tiene que ser vertical, en el espacio de tratamiento 6. Los pasos de flujo necesarios para ello se determinan de manera emprnca por ejemplo antes de iniciarse el tratamiento.

Los dispositivos 1, 30 pueden incorporarse tambien en espacios de tratamiento existentes sin tener que adoptar amplias medidas constructivas. Son de construccion economica y de manejo sencillo.

Lista de numeros de referencia

1.: dispositivo 30. dispositivo

2.: - 31. -

3.: paso 32. alimentacion de oxfgeno

4.: unidad de monitorizacion de UV 33. pared intermedia

5.: alimentacion de combustible 34. pared intermedia

6.: espacio de tratamiento 35. pared intermedia

7.: - 36. canal de suministro de oxfgeno

8.: alimentacion de oxfgeno 37. canal de suministro de oxfgeno

9.: pared de separacion 38. canal de suministro de oxfgeno

10.: pared de separacion 39. conducto de abastecimiento

11.: - 40. conducto de abastecimiento

12.: canal de suministro de oxfgeno 41. conducto de abastecimiento

13.: canal de suministro de oxfgeno 42. distribuidor

14.: conducto de abastecimiento 43. conducto principal de oxfgeno

15.: conducto de abastecimiento 44.

16.: - 45. valvula magnetica

17.: valvula de tres vfas 46. valvula magnetica

18.: conducto principal de ox^geno 47. valvula magnetica

19.: - 48. -

20.: conexion de combustible 49. unidad de control central

21.: boca de quemador 50.

22.: conexion de gas de encendido 51. derivacion


: 52. derivacion


: 53. derivacion

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para inyectar medios de combustion, como combustible o un medio de oxidacion, en un espacio de tratamiento metalurgico (6), con uno o varios canales de alimentacion (5) para un primer medio de combustion y al menos dos canales de alimentacion (12, 13, 26, 37, 38) para un segundo medio de combustion, que desembocan en una zona de boca (21) del dispositivo, estando unidos los canales de alimentacion (12, 13, 26, 37, 38) para el segundo medio de combustion en cada caso con conductos de abastecimiento (14, 15, 39, 40, 41) separados uno de otro con respecto al fluido, en los que estan previstas unidades (17, 45, 46, 47) para la regulacion por separado del paso de flujo, caracterizado por un canal de alimentacion axial (5) para el primer medio de combustion, que de manera coaxial esta rodeado por una alimentacion para el segundo medio de combustion, que al menos en su seccion posterior visto desde la zona de boca (21) se subdivide en canales de alimentacion (12, 13, 26, 37, 38) separados uno de otro con respecto al fluido.
2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque los conductos de abastecimiento (14, 15, 39, 40, 41) estan en comunicacion de fluido con una unidad de abastecimiento para el segundo medio de combustion, como un deposito o una tubena.
3. Dispositivo segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque los conductos de abastecimiento (14, 15, 39, 40, 41) estan dotados en cada caso de accesorios (17, 45, 46, 47) para limitar el paso de flujo, que presentan una conexion de datos con una unidad de control (49), por medio de la cual pueden controlarse los pasos de flujo a traves de los conductos de abastecimiento (14, 15, 39, 40, 41) segun un programa predeterminado.
4. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como accesorios (17, 45, 46, 47) se emplean valvulas accionadas por motor o valvulas magneticas.
5. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los accesorios (17, 45, 46, 47) estan dotados en cada caso de una derivacion (51, 52, 53) para garantizar un paso de flujo mmimo a traves del conducto de abastecimiento (39, 40, 41).
6. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, para posibilitar un cambio de posicion bidimensional de una llama producida con la combustion de los medios de combustion en el espacio de tratamiento (6), la alimentacion (8) para el segundo medio de combustion esta subdividida en dos canales de alimentacion (12, 13) separados uno de otro mediante separadores de flujo (9,10) dispuestos de manera opuesta.
7. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, para posibilitar un cambio de posicion tridimensional de una con la combustion de los medios de combustion en el espacio de tratamiento, la alimentacion (32) para el segundo medio de combustion esta subdividida en al menos tres canales de alimentacion (36, 37, 38), que estan separados uno de otro mediante separadores de flujo (33, 34, 35) dispuestos preferiblemente a distancias angulares iguales.
8. Procedimiento para hacer funcionar un dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se introduce un primer medio de combustion a traves de un canal de alimentacion (5) para el primer medio de combustion y un segundo medio de combustion a traves de canales de alimentacion (12, 13, 36, 37, 38) para el segundo medio de combustion en el espacio de tratamiento (6), en el que el primer medio de combustion reacciona con el segundo medio de combustion formando una llama, modificandose la geometna de la llama durante el proceso de combustion mediante una variacion de los pasos de flujo a traves de los canales de alimentacion (12, 13, 36, 37, 38) y haciendose pivotar la llama mediante una secuencia periodica de pasos de flujo alternantes a los canales de alimentacion (12, 13, 36, 37, 38) o haciendose rotar.
9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado porque como primer medio de combustion se emplea un combustible, como gas natural, y como segundo medio de combustion se emplea un medio de oxidacion.