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ES2894624T3 - Conjunto y procedimiento para la inyección de un agente de combustión gaseoso - Google Patents

Conjunto y procedimiento para la inyección de un agente de combustión gaseoso Download PDF

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ES2894624T3
ES2894624T3 ES18306820T ES18306820T ES2894624T3 ES 2894624 T3 ES2894624 T3 ES 2894624T3 ES 18306820 T ES18306820 T ES 18306820T ES 18306820 T ES18306820 T ES 18306820T ES 2894624 T3 ES2894624 T3 ES 2894624T3
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gaseous
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Sarah Juma
Xavier Paubel
Chloe Caumont-Prim
Benoit Grand
Jean-Baptiste Senechal
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Conjunto para la inyección, en una zona de combustión, de un agente gaseoso de combustión seleccionado entre los combustibles gaseosos y los comburentes gaseosos, comprendiendo el conjunto: - una cámara (11) que tiene una entrada por la cual se introduce el agente en el conjunto, - al menos un inyector primario (21) para el transporte de un caudal primario del agente de la cámara (11) hacia la zona de combustión (1) y para la inyección de dicho caudal primario en la zona de combustión (1), estando dicho al menos un inyector primario conectado fluídicamente a la cámara (11) mediante al menos un paso primario (23), - al menos un inyector secundario (22) para el transporte de un caudal secundario del agente de la cámara (11) hacia la zona de combustión (1) y para la inyección de dicho caudal secundario en la zona de combustión, estando dicho al menos un inyector secundario conectado fluídicamente a la cámara mediante al menos un paso secundario (24), y un sistema de regulación (31) para la regulación de una sección de flujo de al menos un paso secundario, caracterizado por que dicho conjunto comprende también: - un detector de presión (30) para la detección de una presión gaseosa o de una variación de presión gaseosa en la cámara, y - un sistema de control (32) conectado al detector de presión y al sistema de regulación, controlando el sistema de control el sistema de regulación de manera que la sección de flujo de al menos un paso secundario se regule en función de la presión o de la variación de presión detectada por el detector de presión.

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto y procedimiento para la inyección de un agente de combustión gaseoso
La presente invención se refiere a un conjunto para la inyección de un agente de combustión gaseoso en una zona de combustión, un quemador que comprende tal conjunto y el uso de tal conjunto/quemador en un procedimiento de combustión.
En los procedimientos industriales de combustión, por ejemplo, con el fin de transformar una carga (horno de fusión, de recalentamiento, de reciclado, etc.), se buscan determinadas características de llama, en particular una forma y una longitud de llama adaptadas al recinto de combustión y/o a la carga que se desea calentar, a fin de obtener un perfil de transferencia térmica determinado y optimizar la calidad de la producción y la vida útil de los equipos.
Las características de la llama se determinan, especialmente, por la naturaleza de los agentes de combustión (combustible y comburente) y la manera en la que se introducen en la zona de combustión (caudales, velocidades, distribución en el espacio, etc.).
Así, por el documento EP-A-0763692 se conoce un quemador que comprende un primer paso interior de entrada de comburente rico en oxígeno (al menos un 80% de O2), un paso intermedio de entrada de combustible que rodea externamente el primer paso de entrada de comburente y un segundo paso exterior de entrada de comburente que rodea externamente el paso de entrada de combustible. Según el documento EP-A-0763692, el quemador comprende un medio para hacer variar el caudal de comburente inyectado a través del primer paso interior, lo que permite controlar una característica de la llama, tal como la longitud de la llama y la luminosidad.
De manera análoga, se conoce por el documento EP-A-1016825 utilizar un quemador que comprende un primer paso interior de entrada de comburente, un paso intermedio de entrada de combustible que rodea externamente el primer paso de entrada de comburente y un segundo paso exterior de entrada de comburente que rodea externamente el paso de entrada de combustible para el calentamiento de un canal de transferencia de vidrio fundido durante la elaboración de vidrio y para ajustar la longitud de la llama generada mediante dicho quemador modificando la proporción del caudal total de comburente que pasa por el primer paso de entrada de comburente.
Los quemadores mencionados anteriormente son unos quemadores con inyección concéntrica y adyacente de combustible y comburente que generan una llama de sección esencialmente circular.
Otros quemadores generan llamas denominadas «llamas planas» y/o inyectan al menos una parte del comburente a una distancia de la inyección del combustible, incluso inyectan al menos una parte del combustible a una distancia de la inyección del comburente.
Así, el documento EP-A-2143999 describe un quemador que comprende:
• al menos dos pasos de combustible gaseoso;
• al menos un paso de oxidante, y
• al menos una superficie de salida en la que terminan el al menos un paso de combustible gaseoso, o el al menos un paso de oxidante.
Este quemador conocido comprende también:
• medios aptos para proporcionar un caudal de oxidante, así como medios para la inyección de dicho caudal en el al menos un paso de oxidante, y
• medios aptos para proporcionar al menos un caudal de combustible gaseoso, así como medios para la inyección de este caudal de combustible gaseoso en los al menos dos pasos de combustible gaseoso,
esto con el fin de generar al menos un chorro de oxidante y al menos dos chorros de combustible gaseoso que se encuentran en una zona de combustión aguas abajo del quemador.
Según el documento EP-A-2143999, los al menos dos pasos de combustible gaseoso comprenden cada uno un paso interior y un paso exterior coaxial.
Un medio de control de flujo de combustible gaseoso regula el caudal de combustible gaseoso a través, respectivamente, de los pasos interiores y de los pasos exteriores por medio de un distribuidor de combustible gaseoso. Esto permite controlar al mismo tiempo el perfil de transferencia térmica y la longitud de la llama.
Si bien se conoce que es posible modificar algunas características, y especialmente la longitud de la llama generada ajustando la distribución del caudal de combustible o de comburente sobre varios pasos/inyectores concéntricos, los quemadores conocidos no comprenden ningún medio de retroalimentación que permita ajustar el funcionamiento del quemador y, por lo tanto, la característica considerada de la llama en tiempo real.
Se ha descubierto ahora, de manera sorprendente, que es posible realizar tal sistema de retroalimentación en base a una presión detectada de agente de combustión gaseoso antes de su distribución.
La presente invención se refiere a un conjunto para la inyección, en una zona de combustión, de un agente gaseoso de combustión seleccionado entre los combustibles gaseosos y los comburentes gaseosos. El conjunto comprende una cámara y el agente se introduce en el conjunto por una entrada de esta cámara.
El conjunto comprende al menos un inyector primario para el transporte de un caudal primario del agente de la cámara hacia la zona de combustión y para la inyección de dicho caudal primario en la zona de combustión. Para este fin, el al menos un inyector primario está conectado fluídicamente a la cámara por medio de al menos un paso denominado paso primario.
El conjunto comprende también al menos un inyector secundario para el transporte de un caudal secundario del agente de la cámara hacia la zona de combustión y para la inyección de dicho caudal secundario en la zona de combustión. El al menos un inyector secundario está, a su vez, conectado fluídicamente a la cámara por medio de al menos un paso denominado paso secundario. El al menos un paso secundario presenta una sección de flujo regulable.
Un sistema de regulación, por ejemplo, en forma de una válvula, permite regular esta sección de flujo del al menos un paso secundario.
El conjunto comprende también un detector de presión para la detección de una presión o de una variación de presión gaseosa en la cámara, así como un sistema de control conectado al detector de presión.
El sistema de control está también conectado a un sistema de regulación y control de dicho sistema de regulación, de manera que la sección de flujo del al menos un paso secundario del conjunto se regule en función de la presión o de la variación de presión detectada por el detector de presión del conjunto.
Según una realización, el sistema de control, que puede ser un sistema de control analógico o digital, está adaptado para controlar el sistema de regulación de manera que la presión gaseosa en la cámara se sitúe en una zona de presión predeterminada por la regulación de la sección de flujo del al menos un paso secundario.
Según también una realización, el sistema de control está adaptado para controlar el sistema de regulación de manera que la presión gaseosa en la cámara corresponda a un valor predeterminado por la regulación de la sección de flujo del al menos un paso secundario.
Cabe señalar que la zona o intervalo de presión predeterminado puede ser constante en el tiempo, pero que puede también variar en el tiempo, por ejemplo:
• en función de las etapas del procedimiento, tal como, por ejemplo, un procedimiento de fusión o un procedimiento de recalentamiento, en el que se usa el conjunto, procedimiento que puede ser cíclico o no cíclico,
• en función de la potencia requerida en la zona de combustión, o
• en función de un parámetro de retroalimentación (feedback) diferente de la presión en la cámara del conjunto.
Las observaciones anteriores se aplican también al valor predeterminado de la presión gaseosa. Como se ha indicado anteriormente, el sistema de control del conjunto puede ser un sistema analógico o digital. Puede ser mecánico, por ejemplo, neumático o hidráulico. Preferentemente, el sistema de control es digital. Según una realización preferida, el sistema de control es programable. En este caso, para la implementación del conjunto de inyección según la invención, el sistema de control se programa para controlar el sistema de regulación para accionar el sistema de regulación en función de la presión o de la variación de presión detectada por el detector de presión. La presión gaseosa o la variación de presión gaseosa detectada por el detector de presión se transmite entonces hacia el sistema de control programable: por ejemplo, por medio de una conexión por cable o por una conexión inalámbrica.
El sistema de regulación puede comprender diferentes medios para la regulación de la sección de flujo del al menos un paso secundario, tales como una o varias válvulas ajustables posicionadas en el al menos un paso secundario entre la cámara y el al menos un inyector secundario, o el movimiento de un elemento mecánico que actúa como obturador del al menos un paso secundario, generándose este movimiento, por ejemplo, por translación, por rotación (atornillado) o por deformación de un elemento mecánico unido al obturador, o también por modificación del estado magnético de un elemento metálico.
Según una realización simple y fiable, el sistema de regulación está provisto de al menos un obturador apto para regular la sección de flujo del al menos un paso secundario obturándolo al menos parcialmente.
Un sistema de regulación de este tipo puede adoptar, especialmente, la forma siguiente. El al menos un paso secundario que une el al menos un inyector secundario fluídicamente a la cámara presenta una superficie interna en forma de embudo, y el sistema de regulación comprende un obturador que tiene una superficie externa correspondiente y que puede desplazarse a lo largo del eje longitudinal del paso secundario. Cuando el obturador se desplaza así a lo largo de dicho eje longitudinal, la superficie externa del obturador se acerca o se aleja de la superficie interna del paso secundario, y la sección de flujo de dicho paso se encuentra reducida, respectivamente aumentada.
Cabe señalar también que puede ser ventajoso diseñar el sistema de regulación de manera que la sección de flujo de al menos un paso secundario no esté nunca totalmente cerrada. En efecto, con el fin de asegurar un enfriamiento suficiente de al menos un inyector secundario y/o evitar el taponado de al menos un inyector secundario (por ejemplo, debido a depósitos de sustancias condensables presentes en la atmósfera de la zona de combustión o la formación de hollín procedente del sobrecalentamiento del combustible gaseoso en contacto con al menos un inyector secundario) puede ser necesario un flujo gaseoso mínimo a través del al menos un inyector secundario. Sin embargo, es también concebible asegurar tal flujo gaseoso mínimo mediante otros medios diferentes del sistema de regulación definido anteriormente, como, por ejemplo, unos pasos de fluidos que cortocircuitan el obturador y de tamaño reducido a fin, simplemente, de asegurar este caudal mínimo.
Los conjuntos están realizados típicamente de metal, los inyectores, o al menos los extremos aguas abajo (extremos de inyección) están realizados a menudo, de manera ventajosa, de metales de alta resistencia al calor y a la oxidación, tales como aleaciones de aceros austeníticos de níquel-cromo de tipo Inconel® o aleaciones sin níquel de tipo Kanthal®.
El conjunto según la invención puede comprender más particularmente al menos un par de inyector primario con un inyector secundario, par en el que uno del inyector primario y del inyector secundario rodea al otro inyector primario y el inyector secundario. El inyector primario puede así rodear al inyector secundario o el inyector secundario puede rodear al inyector primario del par.
Según una forma de realización ventajosa, el inyector primario del par está rodeado por el inyector secundario del par.
Según una realización particular, el inyector primario y el inyector secundario del par son concéntricos. Sin embargo, en algunos casos, puede resultar útil una disposición no concéntrica.
Cabe señalar que tal configuración en par no excluye la presencia de otros elementos y, en particular, la presencia de uno u otros varios otros inyectores en o alrededor de uno u otro de los inyectores del par.
Por ejemplo, según una realización particular, el fluido puede ser un comburente gaseoso, tal como un gas que contenga al menos un 80% en volumen y preferentemente al menos un 90% en volumen de oxígeno. El inyector primario del par se sitúa en el centro y está rodeado por el inyector secundario del par, preferentemente de manera concéntrica. Un inyector para la inyección de combustible en la zona de combustión se sitúa entre el inyector primario y el inyector secundario del par, de manera que el inyector de combustible rodea al inyector primario de comburente y está rodeado por el inyector secundario de comburente, siendo así el conjunto parte de un quemador para la combustión (al menos parcial) del combustible con el comburente, y en el que la sección de flujo del inyector secundario y, por lo tanto, también la distribución del comburente entre el caudal primario y el caudal secundario están reguladas por el sistema de control mediante el sistema de regulación en función de la presión gaseosa o la variación de presión gaseosa en la cámara del conjunto detectada por el detector por el detector de presión.
Según otra realización análoga, el fluido es un combustible gaseoso, tal como el gas natural. El inyector primario del par se sitúa en el centro y está rodeado por el inyector secundario, preferentemente de manera concéntrica. Un inyector para la inyección de comburente en la zona de combustión se sitúa entre el inyector primario y el inyector secundario del par, de manera que el inyector de comburente rodea al inyector primario de combustible y está rodeado por el inyector secundario de combustible. El comburente es preferentemente un gas que contiene al menos un 80% en volumen y aún más preferentemente al menos un 90% en volumen de oxígeno. El conjunto forma parte así a un quemador para la combustión (al menos parcial) del combustible con el comburente, y en el que la sección de flujo del inyector secundario y, por lo tanto, también la distribución del combustible entre el caudal primario y el caudal secundario de combustible están reguladas por el sistema de control mediante el sistema de regulación en función de la presión gaseosa o la variación de presión gaseosa en la cámara del conjunto detectada por el detector de presión.
El conjunto según la invención puede comprender un único inyector primario y un único inyector secundario, y en particular un único par de un inyector primario con un inyector secundario. Según una realización alternativa, el conjunto según la invención comprende varios inyectores primarios y/o varios inyectores secundarios, y en particular varios pares de un inyector primario con un inyector secundario.
Según una realización particular, el al menos un inyector secundario del conjunto está separado del al menos un inyector primario del conjunto sin que el al menos un inyector primario del conjunto rodee un inyector secundario del conjunto y sin que el al menos un inyector secundario del conjunto rodee un inyector primario del conjunto.
En este caso, el al menos un inyector primario puede extenderse especialmente en un primer plano, mientras que el al menos un inyector secundario se extiende en un segundo plano, siendo el segundo plano paralelo al primer plano. De esta manera, es posible inyectar el caudal primario y el caudal secundario del agente gaseoso de combustión en la zona de combustión según dos planos paralelos.
Según una realización alternativa, el al menos un inyector primario se extiende en un primer plano y el al menos un inyector secundario se extiende en un segundo plano, cortándose el primer plano y el segundo plano aguas abajo de dichos inyectores primarios y secundarios, es decir en el interior de la zona de combustión en la que se inyecta el agente gaseoso de combustión. El conjunto según la invención puede comprender al menos dos inyectores primarios y/o al menos dos inyectores secundarios, preferentemente al menos dos inyectores primarios y al menos dos inyectores secundarios. Esto es especialmente ventajoso en el caso en el que, como se ha descrito anteriormente, el al menos un inyector primario se extiende en un primer plano y el al menos un inyector secundario se extiende en un segundo plano diferente del primer plano.
Para la inyección del agente gaseoso en la zona de combustión, la entrada del conjunto, que es también la entrada de la cámara del conjunto, se conecta fluídicamente a una fuente de combustible gaseoso, preferentemente a una fuente de combustible gaseoso seleccionado entre el gas natural, el biogás, el propano, el butano, los gases residuales de procedimientos siderúrgicos o de reformado del metano, el hidrógeno, cualquier mezcla de dichos combustibles gaseosos, o a una fuente de un comburente gaseoso, que tenga preferentemente un contenido de oxígeno del 21 al 100% en volumen, preferentemente mayor que el 21% en volumen, y especialmente de al menos un 80% en volumen, aún más preferentemente al menos un 90% en volumen.
Tal fuente puede ser un depósito del agente gaseoso en forma gaseosa o en forma licuada, un conducto de alimentación que transporta dicho agente gaseoso o un generador de dicho agente gaseoso.
La invención se refiere también a una instalación que comprende varios conjuntos según una cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente. En este caso, puede ser preferible que esta instalación comprenda un sistema de control común apto para controlar, preferiblemente de manera independiente, el sistema de regulación de cada conjunto de la instalación en función de la presión gaseosa o la variación de presión gaseosa detectada por el detector de presión de dicho conjunto.
Como se ha indicado anteriormente, el conjunto se puede incorporar en un quemador.
Tal quemador según la invención comprende, por lo tanto, un conjunto según una cualquiera de las realizaciones anteriores para la inyección en una zona de combustión de un agente gaseoso de combustión seleccionado entre un combustible gaseoso y un comburente gaseoso.
Tal quemador comprende, típicamente, también al menos un inyector adicional para la inyección de un fluido adicional en la zona de combustión. Como regla general, cuando el agente gaseoso inyectado por el conjunto es un combustible gaseoso, el al menos un inyector adicional es adecuado para la inyección de un comburente gaseoso en la zona de combustión, y cuando el agente gaseoso inyectado por el conjunto es un comburente gaseoso, el al menos un inyector adicional es adecuado para la inyección de un combustible (gaseoso o no gaseoso) en la zona de combustión.
Según una realización, el quemador comprende un bloque con una cara de entrada y una cara de salida en el lado opuesto a la cara de entrada. La zona de combustión se encuentra aguas abajo de la cara de salida.
Contrariamente al conjunto, el bloque está realizado típicamente de material refractario, tal como un cemento, o un material de tipo electrofundido, o un material prensado, compuesto principalmente de alúmina y/o de circonia y/o de sílice y/o de magnesia o de una mezcla de estos componentes en proporciones variables en función del procedimiento de aplicación.
El conjunto se une entonces a la cara de entrada del bloque de manera que los inyectores del quemador, y por lo tanto también los inyectores del conjunto, se posicionan en una o varias perforaciones que atraviesan el bloque de la cara de entrada hasta la cara de salida.
Así, un quemador según la invención puede, por ejemplo, comprender tal bloque con una o varias primeras perforaciones que se terminan en un primer nivel en la cara de salida del bloque, así como una o varias perforaciones adicionales que terminan en la cara de salida en un segundo nivel situado por debajo o por encima del primer nivel. El conjunto comprende al menos dos, y preferentemente al menos tres, inyectores primarios e inyectores secundarios para el transporte y la inyección de combustible gaseoso en la zona de combustión. Cada uno de los inyectores primarios forma un par con uno de los inyectores secundarios. Según una realización, cada uno de los inyectores primarios rodea uno de los inyectores secundarios. Según una realización preferida, cada uno de los inyectores secundarios rodea uno de los inyectores primarios. Estos pares, por ejemplo, en triples ejemplares, se posicionan en la o las primeras perforaciones que terminan en el primer nivel. El quemador comprende también varios inyectores adicionales para el transporte y la inyección de comburente en la zona de combustión. Dichos inyectores adicionales se colocan en el o los pasos adicionales del bloque para permitir la inyección de comburente en la zona de combustión por encima o por debajo del combustible gaseoso. Los inyectores adicionales pueden extenderse en un plano paralelo al plano de los pares de un inyector primario con un inyector secundario. Según otra realización, los inyectores adicionales pueden definir un plano de inyección del comburente que corta el plano de los pares en la zona de combustión aguas abajo de la cara de salida en la que el comburente inyectado por los inyectores adicionales se mezcla y reacciona con el combustible inyectado por los pares.
Como ya se ha indicado anteriormente, otros, y en particular uno o varios inyectores diferentes del inyector primario y del inyector secundario del par pueden estar presentes en o alrededor el uno u del otro del inyector primario y del inyector secundario del par.
Según una primera realización, el o los pasos adicionales terminan en la cara de salida del bloque por encima del o de los primeros pasos. Según otra realización, el o los pasos adicionales terminan en la cara de salida del bloque por debajo del o de los primeros pasos.
Según una tercera realización, el bloque comprende uno o varios pasos adicionales que terminan en la cara de salida a un nivel situado por encima del primer nivel y en el que o en los que se encuentran al menos dos, y preferentemente al menos tres inyectores adicionales para el comburente, así como uno o varios pasos adicionales que terminan en la cara de salida del bloque por debajo del primer nivel y en el que o en los que se encuentran también al menos dos, y preferentemente al menos tres, inyectores adicionales para el comburente. Esta realización permite inyectar, según las necesidades del procedimiento, un comburente en la zona de combustión por encima, por debajo o por encima y por debajo del combustible gaseoso. La invención se refiere también a un horno que comprende una zona de combustión interna y equipado de al menos un conjunto según la invención para la inyección de un agente gaseoso de combustión seleccionado entre los combustibles gaseosos y los comburentes gaseosos en dicha zona de combustión. Como se ha indicado anteriormente, el al menos un conjunto puede formar parte de un quemador según la invención, en cuyo caso el horno está equipado de al menos un quemador según la invención.
Especialmente, la presente invención puede utilizarse ventajosamente en un horno seleccionado entre los hornos de fabricación o recalentamiento de vidrio o de esmaltes, los hornos de fabricación o de reciclado o de recalentamiento de metales tales como los hornos rotativos o de reverbero de aluminio, de cobre o de plomo, de hierro fundido, de acero, etc.
Otro aspecto de la presente invención es un procedimiento de combustión en el que un agente gaseoso de combustión seleccionado entre los combustibles gaseosos y los comburentes se inyecta en una zona de combustión mediante un conjunto según la invención, pudiendo dicho conjunto formar parte de un quemador según la invención.
Según este procedimiento, el detector de presión de cada conjunto detecta la presión gaseosa o una variación de la presión gaseosa en la cámara de este conjunto, el sistema de regulación del conjunto regula la sección de flujo de su al menos un paso secundario, y el sistema de control controla el sistema de regulación de manera que la sección de flujo del al menos un paso secundario de cada conjunto se regule en función de la presión o de la variación de presión detectada por el detector de presión de este conjunto.
Como ya se ha descrito anteriormente en el contexto de la instalación y del horno según la invención, en el caso en el que se utilicen varios conjuntos en el procedimiento, cada conjunto puede tener su propio sistema de control conectado al detector de presión y al sistema de regulación, controlando el sistema de control el sistema de regulación de manera que la sección de flujo del al menos un paso secundario se regule en función de la presión o de la variación de presión detectada por el detector de presión de dicho conjunto. Sin embargo, de manera frecuentemente ventajosa, un sistema de control común puede controlar el sistema de regulación de cada conjunto en función de la presión o de la variación de presión detectada por el detector de presión del conjunto en cuestión. Como ya se ha indicado anteriormente, el sistema de regulación del conjunto se puede controlar de manera que la presión gaseosa en la cámara del conjunto se sitúe en una zona de presión predeterminada, o también de manera que la presión gaseosa en la cámara del conjunto corresponda a un valor predeterminado.
El agente gaseoso de combustión inyectado en la zona de combustión mediante el conjunto es un combustible gaseoso seleccionado entre el gas natural, el biogás, el propano, el butano, los gases residuales de procedimientos siderúrgicos o de reformado del metano, el hidrógeno, o cualquier mezcla de los gases mencionados anteriormente, o un comburente gaseoso, que tiene preferentemente un contenido de oxígeno del 21 al 100% en volumen, preferentemente mayor que un 21% en volumen, y especialmente de al menos un 80% en volumen, aún más preferentemente al menos un 90% en volumen.
El procedimiento según la invención es especialmente útil para realizar una combustión en el interior de una zona de combustión en el contexto de un procedimiento tal como la fabricación o el reciclado de vidrio o de esmaltes, la fabricación o reciclado o recalentamiento de metales, tales como aluminio, cobre, plomo, hierro fundido, acero, etc.
La invención y sus ventajas se entenderán mejor a la luz de los ejemplos siguientes: (haciéndose referencia a las figuras 1 a 5) en los que:
- la figura 1 representa esquemáticamente un conjunto que comprende un inyector primario (21) con un inyector secundario (22) concéntricos, rodeando el inyector secundario (22) al inyector primario (21);
- la figura 2 representa esquemáticamente un conjunto que comprende un inyector primario (21) con un inyector secundario (22) concéntricos, rodeando el inyector primario (21) al inyector secundario (22);
- la figura 3 representa esquemáticamente un conjunto que comprende un inyector primario (21) con un inyector secundario (22) no concéntricos, separados por una distancia,
- las figuras 4 y 5 representan esquemáticamente dos vistas del conjunto incorporado en un quemador para la inyección en una zona de combustión (1) de un agente gaseoso de combustión.
Las figuras 1, 2 y 3 muestran una cámara (11) de entrada del fluido. El inyector primario (21) está conectado fluídicamente a la cámara (11) mediante un paso primario (23). El inyector secundario está conectado fluídicamente a la cámara (11) mediante un paso secundario (24). El paso secundario (24) presenta una sección de flujo regulable. Un sistema de regulación (32) permite regular esta sección de flujo del paso secundario (24) gracias a un obturador (33). Las figuras 1,2 y 3 muestran también un detector de presión (30) para la detección de una presión gaseosa o de una variación de presión gaseosa en la cámara (11), así como un sistema de control (31) conectado al detector de presión (30). El sistema de control está también conectado al, y controla el, sistema de regulación (32).
La figura 4 representa esquemáticamente un conjunto que comprende tres inyectores primarios (21) rodeado cada uno por su inyector secundario (22) concéntrico, una cámara (11).
Los inyectores primarios (21) están conectados fluídicamente a la cámara (11) por los pasos primarios (23). Los inyectores secundarios (22) están conectados fluídicamente a la cámara (11) por los pasos secundarios (24). El paso secundario presenta una sección de flujo regulable. Un sistema de regulación (32) permite regular esta sección de flujo del paso secundario (24) gracias a un obturador (33). Un detector de presión (30) está presente para la detección de una presión o de una variación de presión gaseosa en la cámara (11). Un sistema de control (31) está conectado al detector de presión (30). Este sistema de control está también conectado al, y controla el, sistema de regulación (32).
En las figuras 4 y 5, el quemador comprende un bloque (40) con una cara de entrada (41) y una cara de salida (42) en el lado opuesto de la cara de entrada, así como inyectores adicionales (50) para la inyección de un fluido adicional en la zona de combustión (1).
La regulación automática por el sistema de retroalimentación según la presente invención se puede implementar ventajosamente en diferentes procedimientos de combustión, tal como la producción de vidrio.
Los hornos de producción de vidrio utilizan principalmente aire precalentado a más de 1000°C como comburente. Este aire caliente se obtiene a su paso a través de los regeneradores (apilamiento de ladrillos refractarios). El volumen de comburente inyectado en el horno a este nivel de temperatura constituye una cantidad de movimiento significativa.
Durante la campaña de un horno, puede resultar necesario aumentar la producción más allá de la capacidad de los regeneradores, que no pueden suministrar una mayor cantidad de aire caliente a causa de la limitación del tiro de los ventiladores. Un problema similar se presenta cuando el estado de los ladrillos no permite, o ya no permite, obtener las temperaturas de precalentamiento deseadas. La instalación de quemador que funciona con un comburente rico en oxígeno (oxi-quemador) aparece entonces como una solución particularmente adecuada. Estos quemadores se instalan generalmente en las aberturas disponibles cerca de los regeneradores. Al generar la oxi-combustión (es decir, la combustión con un comburente que contiene al menos un 80% en volumen y preferentemente al menos un 90% en volumen de oxígeno) un volumen de humos 4 veces menor que la combustión con aire y con una eficacia al menos equivalente, las llamas procedentes de los oxi-quemadores (en lo sucesivo «llamas oxi») están muy perturbadas por las llamas, denominadas «llamas aéreas», procedentes de los regeneradores que funcionan con aire caliente, debido a la menor cantidad de movimiento de las llamas oxi. Estas perturbaciones pueden crear interferencias de la llama oxi con la materia sólida fundida y sin quemar, y, por lo tanto, problemas de calidad del vidrio o de eficiencia energética. Estos problemas son tanto más importantes cuando la potencia (y por lo tanto los caudales de los agentes de combustión) de los oxi-quemadores se reduce para las fases más bajas de aumento de producción. Por lo tanto, es primordial maximizar el impulso o cantidad de movimiento de las llamas oxi en toda el rango de potencia de los oxiquemadores.
Unos sistemas como los descritos en el documento EP 2143999 permiten una regulación manual del caudal de combustible gaseoso entre dos inyecciones (primarias y secundarias) a fin de maximizar el impulso del combustible y así garantizar la estabilidad de la llama del oxi-quemador. Sin embargo, estos sistemas manuales requieren una regulación constante por parte de los operarios de la distribución de los fluidos, sin poder evaluar fácilmente en tiempo real el impacto de estas regulaciones sobre el procedimiento. Para evitar estas regulaciones y todos los problemas de calidad, los operarios regulan generalmente la potencia sobre os quemadores de aire (regenerador) lo que provoca un exceso de consumo de oxígeno y un aumento de los costes de producción.
La presente invención se puede utilizar ventajosamente en este caso definiendo un intervalo de presión predefinido o una presión predefinida que permita asegurar una distribución automática del caudal entre las inyecciones primarias y secundarias, a fin de maximizar el impulso de la llama oxi, sea cual sea el caudal total de combustible.
Por ejemplo, en el caso de un aumento de producción del 4%, la potencia de un oxi-quemador puede ser de 800 kW, mientras que para un aumento de producción del 8%, la potencia de un oxi-quemador puede ser de 1,8 MW. Se ha determinado que una presión de 300 mbarg a nivel de la cámara de distribución entre las dos inyecciones de combustibles permite asegurar una llama muy estable, tanto a 800 kW como a 1800 kW. La regulación automática según la invención de la distribución del combustible en función de la presión gaseosa en la cámara cuando varía la potencia permitirá así optimizar los costes de producción, limitar los defectos de calidad y optimizar el consumo energético.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Conjunto para la inyección, en una zona de combustión, de un agente gaseoso de combustión seleccionado entre los combustibles gaseosos y los comburentes gaseosos, comprendiendo el conjunto:
• una cámara (11) que tiene una entrada por la cual se introduce el agente en el conjunto,
• al menos un inyector primario (21) para el transporte de un caudal primario del agente de la cámara (11) hacia la zona de combustión (1) y para la inyección de dicho caudal primario en la zona de combustión (1), estando dicho al menos un inyector primario conectado fluídicamente a la cámara (11) mediante al menos un paso primario (23),
• al menos un inyector secundario (22) para el transporte de un caudal secundario del agente de la cámara (11) hacia la zona de combustión (1) y para la inyección de dicho caudal secundario en la zona de combustión, estando dicho al menos un inyector secundario conectado fluídicamente a la cámara mediante al menos un paso secundario (24),
y un sistema de regulación (31) para la regulación de una sección de flujo de al menos un paso secundario,
caracterizado por que dicho conjunto comprende también:
• un detector de presión (30) para la detección de una presión gaseosa o de una variación de presión gaseosa en la cámara,
y
• un sistema de control (32) conectado al detector de presión y al sistema de regulación, controlando el sistema de control el sistema de regulación de manera que la sección de flujo de al menos un paso secundario se regule en función de la presión o de la variación de presión detectada por el detector de presión.
2. Conjunto según la reivindicación 1, en el que el sistema de control controla el sistema de regulación de manera que la presión gaseosa en la cámara se sitúe en una zona de presión predeterminada o de manera que la presión gaseosa en la cámara corresponda a un valor predeterminado por la regulación de la sección de flujo de al menos un paso secundario.
3. Conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de regulación está provisto de al menos un obturador (33) apto para regular la sección de flujo de al menos un paso secundario.
4. Conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un par de un inyector primario con un inyector secundario, par en el que uno del inyector primario y del inyector secundario rodea al otro inyector primario y al inyector secundario.
5. Conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos dos inyectores primarios y/o al menos dos inyectores secundarios, preferentemente al menos dos inyectores primarios y al menos dos inyectores secundarios.
6. Instalación que comprende varios conjuntos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la instalación preferentemente un sistema de control común que está conectado a los detectores de presión de cada conjunto y que es apto para controlar el sistema de regulación de cada conjunto en función de la presión gaseosa o de la variación de presión gaseosa detectada por el detector de presión de dicho conjunto.
7. Quemador que comprende un conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, para la inyección en una zona de combustión de un agente gaseoso de combustión seleccionado entre un combustible gaseoso y un comburente gaseoso, y al menos un inyector adicional para la inyección de un fluido adicional en la zona de combustión.
8. Quemador según la reivindicación 7, que comprende un bloque (40) con una cara de entrada (41) y una cara de salida (42) en el lado opuesto de la cara de entrada (41), quemador en el que el conjunto está conectado a la cara de entrada (41) del bloque (40) de manera que los inyectores del quemador se coloquen en una o varias perforaciones que atraviesan el bloque desde la cara de entrada hasta la cara de salida.
9. Quemador según la reivindicación 8, en el que los inyectores primarios y secundarios del conjunto forman unos pares de un inyector primario con un inyector secundario, estando los pares colocados en al menos una primera perforación del bloque (40), y estando colocado el al menos un inyector adicional en al menos una perforación adicional del bloque (40).
10. Quemador según la reivindicación 9, que comprende al menos dos pares y al menos dos inyectores adicionales, en el que los pares definen un primer plano de inyección del fluido y en el que los inyectores definen un segundo plano de inyección del fluido adicional diferente del primer plano, siendo el segundo plano paralelo al primer plano u orientado para cortar el primer plano en la zona de combustión aguas abajo de la cara de salida (42).
11. Horno que comprende una zona de combustión interna y que comprende al menos un conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, para la inyección de un agente gaseoso de combustión seleccionado entre los combustibles gaseosos y los comburentes gaseosos en la zona de combustión interna del horno, formando parte opcionalmente el al menos un conjunto de un quemador según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10.
12. Horno según la reivindicación 11, que comprende varios conjuntos, comprendiendo el horno preferentemente un sistema de control común que está conectado a los detectores de presión de cada conjunto y que es apto para controlar el sistema de regulación de cada conjunto en función de la presión gaseosa o de la variación de presión gaseosa detectada por el detector de presión de dicho conjunto.
13. Procedimiento de combustión en el que un agente gaseoso de combustión seleccionado entre los combustibles gaseosos y los comburentes se inyecta en una zona de combustión mediante un conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, formando parte opcionalmente dicho conjunto de un quemador según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, procedimiento en el que:
• el detector de presión del conjunto detecta la presión gaseosa en la cámara del conjunto,
• el sistema de regulación del conjunto regula la sección de flujo del al menos un paso secundario, y
• el sistema de control del conjunto controla el sistema de regulación del conjunto de manera que la sección de flujo de al menos un paso secundario se regule en función de la presión o de la variación de presión detectada por el detector de presión del conjunto.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que el sistema de control controla el sistema de regulación de manera que la presión gaseosa en la cámara se encuentre en una zona de presión predeterminada o de manera que la presión gaseosa en la cámara del conjunto corresponda a un valor predeterminado por la regulación de la sección de flujo de al menos un paso secundario del conjunto.
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 y 14, en el que el agente gaseoso de combustión es un combustible gaseoso seleccionado entre el gas natural, el biogás, el propano, el butano, los gases residuales de procedimientos siderúrgicos o de reformado del metano, el hidrógeno o cualquier mezcla de al menos dos de estos combustibles gaseosos, o un comburente gaseoso que tiene un contenido de oxígeno del 21 al 100% en volumen, preferentemente mayor que un 21% en volumen, y especialmente de al menos un 80% en volumen, y aún más preferentemente al menos un 90% en volumen.
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