ES2925354T3

ES2925354T3 - Alto horno

Info

Publication number: ES2925354T3
Application number: ES16802034T
Authority: ES
Inventors: Stefan Thaler; Stefan Kessler; Eric Schaub; Hossein Sa'doddin; Jurij Luft
Original assignee: Paul Wurth Deutschland GmbH; Paul Wurth SA
Current assignee: Paul Wurth Deutschland GmbH; Paul Wurth SA
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2022-10-17
Anticipated expiration: 2036-11-28
Also published as: US11142804B2; CN108368999B; BR112018010597B1; UA128303C2; EP3384206A1; JP2018535327A; EP3173696A1; EA201891249A1; PL3384206T3; BR112018010597A2; JP7186090B2; WO2017093152A1; KR102616621B1; KR20180088834A; TW201720933A; EA034574B1; TWI710645B; CN108368999A; US20180340237A1; EP3384206B1

Abstract

Un conjunto de quemador para estufa de aire caliente de combustión superior que comprende un quemador rodeado por una carcasa de quemador, en el que dicho quemador tiene una sección transversal circular; varias boquillas de aire dispuestas para alimentar tangencialmente aire al quemador, estando conectadas las boquillas de aire a una o más cámaras de distribución de aire; varias boquillas de gas dispuestas para suministrar tangencialmente gas al quemador, estando conectadas las boquillas de gas a una o más cámaras de distribución de gas; en las que las boquillas de aire están dispuestas en una o más series de boquillas de aire apiladas inclinadas o verticales, estando cada serie apilada inclinada o vertical en conexión con una cámara de distribución de aire inclinada o vertical; las boquillas de gas están dispuestas en uno o más conjuntos inclinados o verticales apilados de boquillas de gas, estando cada conjunto inclinado o vertical apilado en conexión con una cámara de distribución de gas inclinada o vertical; y la(s) cámara(s) de distribución de aire inclinada o vertical y la(s) cámara(s) de distribución de gas inclinada o vertical están dispuestas a lo largo de la circunferencia de la carcasa del quemador. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Alto horno

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a conjuntos de quemador para hornos con intercambiador de calor regenerativo (dispositivos de calentamiento de aire regenerativo) para precalentar el chorro de aire en una operación de alto horno. Más particularmente, la invención se refiere a los denominados altos hornos de combustión o de cúpula en los que el quemador está dispuesto en la parte superior del horno.

Antecedentes de la técnica

Es bien conocido en la técnica el calentamiento regenerativo, especialmente en la técnica de hornos con intercambiador de calor regenerativo, calentar el aire haciéndolo pasar a través de materiales refractarios calentados previamente, denominados en general ladrillos jaquelados. El calentamiento de los ladrillos de celosía se realiza quemando gas superior procedente de un alto horno enriquecido habitualmente con gas natural o gas de horno de coquización en presencia de aire, haciéndose pasar los gases de combustión resultantes a través de los ladrillos de celosía.

El quemado de los medios de combustión (gas y aire) se realiza convencionalmente en una cuba independiente (cuba de quemador) dentro del horno con intercambiador de calor regenerativo o, más recientemente, en la cúpula superior de los denominados hornos con intercambiador de calor regenerativo o de cúpula.

Los altos hornos con intercambiador de calor regenerativo conocidos en general comprenden un quemador dispuesto en la parte superior del horno con intercambiador de calor regenerativo alimentado con gas y aire o bien por separado o bien premezclados a través de boquillas a la cámara de combustión. Estas configuraciones conocidas presentan una cámara de combustión cilíndrica con una distribución anular de los medios de combustión. En dichas configuraciones, cada medio (aire y gas) presenta su propio sistema de conducción circular con boquillas asociadas integradas generalmente dentro de la carcasa del quemador. Ejemplos típicos de este tipo se describen en los documentos WO 00/58526, US 4.054.409, CN 201 288 198 Y, US 2010/323314A1 o WO 2015/094011. Un gran inconveniente de estos sistemas es que la estructura de la carcasa se vuelve frágil por la existencia de los conductos circunferenciales. Además, estas configuraciones requieren una enorme cantidad de ladrillos de diferentes formas y, por lo tanto, un trabajo de montaje significativo.

Problema técnico

Un objetivo de la presente invención es proporcionar una configuración de quemador para altos hornos con intercambiador de calor regenerativo que permita superar al menos algunas de dichas desventajas conocidas, preferentemente proporcionando un rendimiento de combustión bueno o incluso mejor.

Descripción general de la invención

Con el fin de superar al menos algunos de los problemas mencionados anteriormente, la presente invención propone, en un primer aspecto, un conjunto de quemador para alto horno con intercambiador de color regenerativo que comprende un quemador rodeado por una carcasa de quemador, en el que dicho quemador presenta una sección transversal circular; varias boquillas de aire dispuestas (dentro de la carcasa de quemador) para alimentar aire tangencialmente al quemador, estando las boquillas de aire conectadas a dos o más cámaras de distribución de aire (independientes); varias boquillas de gas dispuestas (dentro de la carcasa de quemador) para alimentar gas tangencialmente al quemador, estando las boquillas de gas conectadas a dos o más cámaras de distribución de gas (independientes). A diferencia de las soluciones conocidas, las dos o más cámaras de distribución de aire están inclinadas o son verticales y las boquillas de aire están dispuestas en dos o más series apiladas inclinadas o verticales de boquillas de aire, estando cada serie apilada inclinada o vertical de boquillas de aire en conexión con una de las dos o más cámaras de distribución de aire inclinadas o verticales; las dos o más cámaras de distribución de gas están inclinadas o son verticales y las boquillas de gas están dispuestas en dos o más series apiladas inclinadas o verticales de boquillas de gas, estando cada serie apilada inclinada o vertical de boquillas de gas en conexión con una de las dos o más cámaras de distribución de gas inclinadas o verticales; las cámaras de distribución de aire inclinadas o verticales y las cámaras de distribución de gas inclinadas o verticales están dispuestas (es decir distribuidas) a lo largo de la circunferencia de la carcasa de quemador, de manera que la carcasa de quemador comprende secciones de pared continuas inclinadas o verticales de abajo arriba entre cámaras de distribución inclinadas o verticales adyacentes; y tuberías de alimentación de aire y tuberías de alimentación de gas de tipo colector integradas dentro de o dispuestas fuera de la carcasa de quemador y que conectan de manera fluídica las cámaras de distribución de aire y gas con el suministro de aire y gas, respectivamente.

En un segundo aspecto, la invención se refiere a un alto horno con intercambiador de color regenerativo que comprende una carcasa de horno; un volumen de ladrillos de celosía dispuestos dentro de dicha carcasa de horno; un quemador rodeado por una carcasa de quemador, en el que dicho quemador presenta una sección transversal circular y está dispuesto axialmente en una sección superior de la carcasa de horno; varias boquillas de aire dispuestas para alimentar aire tangencialmente al quemador, estando conectadas las boquillas de aire a dos o más cámaras de distribución de aire (independientes); y varias boquillas de gas dispuestas para alimentar gas tangencialmente al quemador, estando conectadas las boquillas de gas a dos o más cámaras de distribución de gas (independientes). De nuevo, a diferencia de las soluciones conocidas, las dos o más cámaras de distribución de aire están inclinadas o son verticales y las boquillas de aire están dispuestas en dos o más series apiladas inclinadas o verticales de boquillas de aire, estando cada serie apilada inclinada o vertical de boquillas de aire en conexión con una de las dos o más cámaras de distribución de aire inclinadas o verticales; las dos o más cámaras de distribución de gas están inclinadas o son verticales y las boquillas de gas están dispuestas en dos o más series apiladas inclinadas o verticales de boquillas de gas, estando cada serie apilada inclinada o vertical de boquillas de gas en conexión con una de las dos o más cámaras de distribución de gas inclinadas o verticales; las cámaras de distribución de aire inclinadas o verticales y las cámaras de distribución de gas inclinadas o verticales están dispuestas (es decir distribuidas) a lo largo de la circunferencia de la carcasa de quemador, de manera que la carcasa de quemador comprende secciones de pared continuas inclinadas o verticales de abajo arriba entre cámaras de distribución inclinadas o verticales adyacentes; y tuberías de alimentación de aire y tuberías de alimentación de gas de tipo colector integradas dentro de o dispuestas fuera de la carcasa de quemador y que conectan de manera fluídica las cámaras de distribución de aire y gas con el suministro de aire y gas, respectivamente.

El quemador rodeado por la carcasa de quemador define por tanto un volumen interior (y generalmente también exterior) esencialmente cilíndrico cerrado en la parte superior por una cubierta en forma de cúpula y abierto en su lado inferior, estando configurado dicho lado inferior para unirse a un horno con intercambiador de calor regenerativo tal como se describe adicionalmente en la presente memoria.

Las cámaras de distribución de aire y gas pueden estar dispuestas dentro de la carcasa de quemador o pueden estar unidas al exterior de dicha carcasa. En una variante preferida, las cámaras de distribución de aire y gas están dispuestas dentro de las paredes de la carcasa de quemador, preferente, pero no necesariamente en una posición centrada con respecto al grosor de la carcasa de quemador. Dado que más de una de cada cámara de distribución de aire y gas están dispuestas a lo largo de la circunferencia de la carcasa de quemador, generalmente estarán dispuestas de manera alterna (aire-gas-aire-gas...), aunque otras disposiciones, tal como dos por dos (aire-airegas-gas...) etc. también se consideran dentro del alcance de la invención. Si bien parece claro que dos cámaras de distribución independientes cualquiera alimentadas con un medio diferente (aire o gas) nunca se interconectan (el aire y el gas sólo se juntan dentro de la cámara de combustión primaria del quemador), dos cámaras de distribución inclinadas o verticales cualquiera que transportan el mismo medio tampoco se interconectan nunca dentro de la carcasa de quemador. Dicho de otro modo, si hay dos o más cámaras de distribución inclinadas o verticales que transportan el mismo medio, estas son independientes y no presentan ninguna conexión de fluido entre ellas dentro de la carcasa de quemador. Por tanto, en caso de que el conjunto de quemador de la invención comprenda dos o más cámaras de distribución de aire inclinadas o verticales y dos o más cámaras de distribución de gas inclinadas o verticales, ninguna de dichas dos o más cámaras de distribución de aire inclinadas o verticales presenta una interconexión de fluido dentro de la carcasa de quemador y ninguna de dichas dos o más cámaras de distribución de gas inclinadas o verticales presenta una interconexión de fluido dentro de la carcasa de quemador.

La combinación particular de las boquillas inclinadas o incluso esencialmente apiladas en vertical y la entrada tangencial de gas y aire a lo largo de la circunferencia del quemador permite un flujo de remolino con estratificación y quemado de los medios de combustión mejorados. Más importante aún, estas condiciones de combustión ventajosas se logran mientras que la estabilidad estructural del quemador aumenta drásticamente, aunque las cámaras de distribución estén dispuestas dentro de la carcasa de quemador en comparación con las soluciones conocidas con cámaras de distribución horizontal circunferencial. De hecho, siendo las cámaras de distribución inclinadas o verticales y estando dispuestas o distribuidas a lo largo de la circunferencia del quemador, la carcasa de quemador comprende secciones de pared continuas inclinadas o verticales de abajo arriba entre el número discreto de cámaras de distribución. Además, la estructura de pared de la carcasa de quemador se simplifica significativamente en lo que se refiere a las formas de ladrillo y el trabajo de montaje necesario para su construcción. Dado que el conjunto de quemador según la presente invención no comprende cámaras de distribución anulares o coaxiales, ni ningún otro tipo de interconexión entre las cámaras de distribución dentro de la carcasa de quemador, la presente configuración evita los débiles ladrillos anulares interiores de tales soluciones conocidas. Por lo tanto, un quemador tal como el descrito en la presente memoria no requiere medidas de construcción adicionales para garantizar su estabilidad estructural. La altura de dichas cámaras de distribución de aire y gas representa generalmente de aproximadamente 0.3 a aproximadamente 1, de manera preferible de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 0.9, de manera más preferible de aproximadamente 0.6 a aproximadamente 0.8 veces la altura del volumen interior cilíndrico del quemador, también denominado cámara de combustión o más particularmente cámara de combustión primaria. En función del tamaño y de la capacidad deseada del quemador, el número de cámaras de distribución por medio de combustión estará generalmente entre 1 y 10, preferentemente entre 2 y 4, aunque este número puede ser superior a 10 si es necesario o se desea.

En general, las cámaras de distribución serán de sección de cuba inclinada o vertical, preferentemente con una sección transversal redonda o poligonal, presentando varias aberturas separadas verticalmente (y lateralmente si están inclinadas) hacia el quemador, siendo dichas aberturas las boquillas para alimentar los medios de combustión al quemador. En los casos de cámaras de distribución esencialmente verticales, serán en general cubas esencialmente rectas. En los casos en los que las cámaras de distribución estén inclinadas, pueden presentar una forma curva, en la que la curva sigue esencialmente (o corresponde a) la forma circular de la carcasa de quemador. Dependiendo del ángulo de inclinación y de la longitud de la cuba (es decir, la altura del quemador), las cámaras de distribución tendrán cada una la forma de una (sección de una) espiral o hélice. En función de la configuración (número de cámaras de distribución de aire y gas, ángulo de inclinación y altura del quemador), las cámaras de distribución pueden representar varias hélices entrelazadas. El ángulo circunferencial de una cámara de distribución inclinada (en forma de hélice) de este tipo dentro de la carcasa de quemador puede representar hasta 90° o incluso más si se desea. Sin embargo, en cualquier caso, la estabilidad de la carcasa de quemador se protegerá mediante secciones de pared continuas (inclinadas o verticales) desde la parte superior hasta la parte inferior de la carcasa de quemador.

Las boquillas asociadas a una cámara de distribución representan, por tanto, en cualquier caso una serie apilada (superpuesta), en la que las salidas de las boquillas pueden estar alineadas exactamente en vertical o desviadas entre sí (inclinadas) formando un ángulo de hasta 60°, preferentemente hasta 50° con respecto a dicha vertical, en particular, por ejemplo, entre aproximadamente 0° y aproximadamente 45°. En el caso de una serie de boquillas no verticales (salidas de boquilla alineadas formando un ángulo con la vertical), la cámara de distribución asociada puede estar orientada de manera similar o ser vertical, en cuyo último caso los conductos de boquilla están adaptados para presentar las salidas de boquilla en las ubicaciones mutuamente desviadas elegidas. También son posibles otras variantes no alineadas de boquillas apiladas, tal como una configuración en zigzag. La ventaja de presentar cámaras de distribución inclinadas o verticales según la invención garantiza una máxima estabilidad a la carcasa de quemador. Además, dado que las cámaras de distribución están inclinadas o son verticales y generalmente a lo largo de toda la altura de la serie de boquillas, los conductos de boquilla desde la cámara de distribución hasta la salida de la boquilla pueden ejecutarse horizontalmente, lo que nuevamente simplifica el diseño y el montaje de la carcasa de quemador. Si se desea, el conducto de boquillas naturalmente puede no ser horizontal o incluso no ser recto, especialmente si la altura vertical de las cámaras de distribución inclinadas o verticales es menor que la altura vertical de la serie de boquillas apiladas asociadas. La sección transversal de las boquillas y/o de los conductos de boquilla puede presentar cualquier forma adecuada. El número de boquillas puede seleccionarse según sea apropiado dependiendo del tamaño y la capacidad deseada del quemador. En general, el número de boquillas por serie apilada será de entre 2 y 20, lo más a menudo entre 3 y 10, aunque el número puede ser superior a 20 si es necesario o se desea.

En formas de realización particularmente preferidas, el conjunto de quemador u horno con intercambiador de calor regenerativo comprende además una cámara de combustión secundaria troncocónica rodeada por una carcasa cónica dispuesta por debajo del quemador, es decir en el horno con intercambiador de calor regenerativo entre el quemador y el volumen de ladrillos de celosía. De hecho, está cámara de combustión secundaria presenta la forma de un tronco de cono de un cono circular recto orientado con su lado de vértice hacia arriba y que presenta preferiblemente un ángulo de apertura de cono comprendido entre 50° y 70° (es decir, el ángulo medido entre lados diametralmente opuestos del cono).

El quemado de los medios de combustión normalmente tendrá lugar dentro del quemador (también denominado cámara de combustión o cámara de combustión primaria). Debido a la configuración del quemador cilindrico y especialmente de las series de boquillas según la invención, el quemado de los medios se logra en el flujo de remolino en capas de los medios de combustión. Al proporcionar una cámara de combustión secundaria troncocónica, el flujo de remolino de los medios ahora normalmente quemados continúa girando a lo largo del lado interior de la carcasa cónica, ampliando así su diámetro, lo que a su vez crea un contraflujo parcial vertical (axial) hacia el quemador (cámara de combustión primaria). Este contraflujo de gases de combustión calientes promueve una mezcla intensiva de los medios de combustión dentro del quemador al tiempo que permite mantener la temperatura en el quemador a valores por encima del punto de inflamación, aunque y especialmente cuando los medios de combustión entrantes están demasiado fríos.

Las dimensiones del quemador (cámara de combustión primaria) y la cámara de combustión secundaria (sección troncocónica) se eligen, por tanto, preferentemente de modo que la zona de contraflujo pueda formarse de manera estable en los intervalos de carga requeridos. En general, la altura de la sección troncocónica se seleccionará para que sea de 0.3 a 5 veces, preferentemente de 0.5 a 2 veces la altura de la cámara de combustión primaria.

La carcasa de quemador y la carcasa cónica pueden estar realizadas de una sola pieza o preferentemente la carcasa de quemador está fijada de manera separable a la carcasa de horno o la carcasa cónica de la cámara de combustión secundaria troncocónica mediante bridas o medios similares. Unir el quemador mediante un conjunto de brida o similar presenta las ventajas particulares de que el quemador puede llevarse al suelo para su reparación y mantenimiento o simplemente puede reemplazarse por un quemador de la misma especificación, o todavía más ventajosamente por un quemador con diferentes especificaciones (por ejemplo, de capacidad superior/más boquillas, etc.). Dicho reemplazo o actualización es además rápido, reduciendo de ese modo la inactividad del horno o incluso de la planta.

Según la invención, los conjuntos de quemador tal como se describen en la presente memoria comprenden dos o más cámaras de distribución de aire y dos o más cámaras de distribución de gas. Según la invención, dichos conjuntos de quemador comprenden además tuberías de alimentación de aire y tuberías de alimentación de gas de tipo colector integradas dentro de o dispuestas fuera de la carcasa de quemador y que conectan de manera fluídica las cámaras de distribución de aire y gas con el suministro de aire y gas, respectivamente. En aquellas configuraciones en las que dos cámaras de distribución vecinas transportan el mismo medio, tal como en la disposición dos por dos aire-aire-gas-gas... mencionada anteriormente, las dos cámaras respectivas pueden estar conectadas por una tubería de alimentación integrada.

Preferentemente, está prevista una zona de circulación (normalmente un espacio cilíndrico o altura libre) por encima de los ladrillos de celosía para mejorar la distribución de los gases de combustión por toda la sección transversal de la carcasa de horno. Esta zona de circulación se ubica, por tanto, por debajo del conjunto de quemador tal como se describe en la presente memoria.

El horno con intercambiador de calor regenerativo puede ser un horno con intercambiador de calor regenerativo sin cuba, es decir en la que el volumen principal de ladrillos de celosía ocupa esencialmente toda la sección transversal del horno y en la que el tubo de bajada de aire caliente está dispuesto fuera de la carcasa de horno. El horno con intercambiador de calor regenerativo también puede ser un horno con intercambiador de calor regenerativo que presenta una cuba interior o tubo de bajada de aire caliente.

En un tercer aspecto, la invención también se refiere a la utilización de un conjunto de quemador tal como se describe en la presente memoria para restaurar, renovar o mejorar un horno con intercambiador de calor regenerativo de cualquier tipo existente, ya sean hornos con intercambiador de calor regenerativo de alto horno o de tipo cuba de quemador. La invención también se refiere a un método de restauración, renovación o mejora de un horno con intercambiador de calor regenerativo existente que comprende las etapas de retirar un conjunto de quemador existente de dicho horno con intercambiador de calor regenerativo y montar un conjunto de quemador tal como se describe en la presente memoria en dicho horno con intercambiador de calor regenerativo, preferentemente por medio de un conjunto de brida.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se describirá una forma de realización preferida de la invención, a título de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es una vista en sección transversal de una parte superior de un horno con intercambiador de calor regenerativo equipado con una forma de realización preferida de un conjunto de quemador según la invención; y

la figura 2 es una vista en sección transversal parcial desde arriba de una forma de realización preferida de un conjunto de quemador según la invención.

Los detalles y las ventajas adicionales de la presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada de varias formas de realización no limitativas con referencia a los dibujos adjuntos.

Descripción de formas de realización preferidas

La figura 1 muestra una sección transversal de la parte superior de una forma de realización preferida de un aparato para calentar aire para el funcionamiento de regeneradores (hornos con intercambiador de calor regenerativo) para altos hornos.

El quemador 10 presenta una carcasa de quemador 11 de sección transversal circular y está montado axialmente mediante un conjunto de brida 111 en la sección superior del horno con intercambiador de calor regenerativo 1 que comprende una carcasa de horno 2 con un volumen principal de ladrillos de celosía 40 regenerativos para almacenar e intercambiar calor y una zona de circulación o altura 30 libre sin ladrillos de celosía.

El quemador (o cámara de combustión) 10 está cerrado en la parte superior por la cúpula 140 y presenta unas disposiciones de alimentación independientes para los medios de combustión aire 12 y gas 13. Las disposiciones de alimentación incluyen unas tuberías de alimentación de aire y gas 125, 135 y unas tuberías de conexión de aire y gas 123, 124, 133, 134 que conectan las tuberías de alimentación a las cámaras de distribución de aire y gas verticales 121, 122, 131, 132, respectivamente. El aire y el gas son alimentados al quemador 10 a través de varias series verticales alternas de boquillas de aire 120 y boquillas de gas 130. El número de series verticales de boquillas puede ser de dos o más (en las figuras 1 y 2 se muestran cuatro series) y depende principalmente del tamaño (el diámetro) del quemador. El número de boquillas dentro de una serie generalmente está comprendido entre 2 y 10 o más (se muestran cinco boquillas en cada serie en la figura 1).

Tal como puede observarse en particular en la figura 2, las cámaras de distribución de aire y gas verticales 121, 122, 131, 132 no sólo permiten alimentar series que presenten un alto número de boquillas apiladas (y por tanto un quemador con una altura significativa) sino, lo que es más importante, dejan suficiente espacio para la estructura de pared de soporte de la carcasa de quemador 11. No existe una conexión fluídica horizontal entre cámaras de distribución dentro de la carcasa de quemador, lo que debilitaría la estructura de la carcasa de quemador, estando separada cada cámara de distribución vertical de las cámaras de distribución adyacentes aunque dos cámaras de distribución adyacentes transporten el mismo medio de combustión. De hecho, la solución anterior se basa en la distribución anular de los medios de combustión, lo que no sólo requiere una enorme cantidad de ladrillos de diferentes formas para montarse como una carcasa de quemador, sino que también da como resultado una estabilidad de construcción total deficiente.

Alternativamente, las cámaras de distribución de aire y gas 121, 122, 131, 132 también pueden estar inclinadas con respecto al eje vertical del quemador, formando de ese modo cada cámara de distribución una sección de una hélice. La sección transversal mostrada en la figura 2 también puede ser una sección a través de una configuración de cámara de distribución inclinada de este tipo con cámaras alternas de gas-aire. En la figura 1, una configuración inclinada presentaría generalmente (pero no necesariamente) las boquillas 120, 130 apiladas con el mismo ángulo de inclinación que el de las cámaras de distribución.

Las boquillas 120, 130 están dispuestas de modo que tenga lugar una entrada sustancialmente tangencial de los medios de combustión en el quemador 10. Esta entrada tangencial en el quemador puede efectuarse orientando toda la boquilla formando un ángulo dentro de la carcasa de quemador 11 (tal como se muestra en la figura 2) o dotando sólo a la parte de entrada de la boquilla del diseño adecuado. La distribución de las series alternas de boquillas de aire y gas sobre la circunferencia y el número de boquillas 120, 130 en cada serie a lo largo de la altura del quemador son ajustables al tamaño de la planta. Y lo que es más importante, la alternancia de inyección tangencial de gas y aire en el quemador crea un flujo de remolino de capas alternas de medios de combustión que es ventajoso para el mezclado y la combustión dentro de la cámara de combustión del quemador.

La geometría del quemador y la disposición de las boquillas de la presente invención se diseñan por tanto de modo que se produzca un flujo de remolino de alta velocidad dentro de la cámara de combustión en las direcciones tanto axial como tangencial.

En una forma de realización particularmente preferida, este quemador 10 se combina con un quemador secundario cónico (de hecho, troncocónico) 20 que sirve como cámara de combustión extendida al quemador 10 así como dispositivo de distribución para los gases de combustión generados sobre los ladrillos 40 de celosía. De hecho, debido a la forma troncocónica de la cámara de combustión secundaria, el flujo de remolino generado dentro del quemador 10 se ensancha a medida que fluye hacia abajo a lo largo de la carcasa cónica 21, generando de ese modo un contraflujo interior axial (parcial) hacia el quemador 10. El contraflujo intensivo de gases de combustión calientes desde la cámara de combustión secundaria cónica 20 hasta el quemador 10 no sólo tiene el efecto de mezclar adicionalmente los medios de combustión, sino que también calienta los medios de combustión entrantes, aumentando de ese modo su potencial de ignición.

Aunque los medios de combustión generalmente se queman antes de salir del quemador 10, el flujo de remolino dentro de la cámara de combustión secundaria 20 contribuye a completar el quemado si es necesario, especialmente durante el inicio de la etapa de combustión.

Leyendas:

1 Horno con intercambiador de calor regenerativo

2 Carcasa de horno

10 Quemador o cámara de combustión o cámara de combustión primaria

11 Carcasa de quemador

111 Conjunto de brida

12 Aire

120 Boquillas de aire

121, 122 Cámara de distribución de aire

123, 124 Tubería de conexión de aire

125 Tubería de alimentación de aire

13 Gas

130 Boquillas de gas

131, 132 Cámara de distribución de gas

133, 134 Tubería de conexión de gas

135 Tubería de alimentación de gas

140 Cúpula

20 Quemador secundario cónico o cámara de combustión secundaria

21 Carcasa cónica

30 Zona de circulación o altura libre

40 Ladrillos de celosía

SF Flujo de remolino

BF Contraflujo

Claims

REIVINDICACIONES

1. Conjunto de quemador para alto horno con intercambiador de calor regenerativo (1) que comprende un quemador (10) rodeado por una carcasa de quemador (11), en el que dicho quemador presenta una sección transversal circular;

varias boquillas de aire (120) dispuestas para alimentar tangencialmente aire al quemador (10), estando las boquillas de aire (120) conectadas a dos o más cámaras de distribución de aire (121, 122);

varias boquillas de gas (130) dispuestas para alimentar tangencialmente gas al quemador (10), estando las boquillas de gas (130) conectadas a dos o más cámaras de distribución de gas (131, 132);

en el que dichas dos o más cámaras de distribución de aire (121 o 122) están inclinadas o son verticales y las boquillas de aire están dispuestas en dos o más series apiladas inclinadas o verticales de boquillas de aire (120), estando cada serie apilada inclinada o vertical de boquillas de aire (120) en conexión con una de las dos o más cámaras de distribución de aire (121 o 122) inclinadas o verticales;

dichas dos o más cámaras de distribución de gas (131 o 132) están inclinadas o son verticales y las boquillas de gas están dispuestas en dos o más series apiladas inclinadas o verticales de boquillas de gas (130), estando cada serie apilada inclinada o vertical de boquillas de gas (130) en conexión con una de las dos o más cámaras de distribución de gas inclinadas o verticales (131 o 132);

las cámaras de distribución de aire (121, 122) inclinadas o verticales y las cámaras de distribución de gas inclinadas o verticales (131, 132) están distribuidas a lo largo de la circunferencia de la carcasa de quemador, de manera que la carcasa de quemador (11) comprende unas secciones de pared continuas inclinadas o verticales de abajo arriba entre las cámaras de distribución (121, 122, 131, 132) inclinadas o verticales adyacentes; y

unas tuberías de alimentación de aire (125) y unas tuberías de alimentación de gas (135) de tipo colector integradas dentro o dispuestas fuera de la carcasa de quemador y que conectan de manera fluídica las cámaras de distribución de aire y gas (121, 122, 131, 132) con el suministro de aire y gas, respectivamente.

2. Conjunto de quemador según la reivindicación 1, en el que las cámaras de distribución de aire y gas inclinadas o verticales (121, 122, 131, 132) están dispuestas dentro de la carcasa de quemador (11).

3. Conjunto de quemador según la reivindicación 1 o 2, en el que el número de boquillas (120, 130) por serie apilada está comprendido entre 2 y 20, preferentemente entre 3 y 10.

4. Conjunto de quemador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que las series apiladas inclinadas están inclinadas formando un ángulo de hasta 60°, preferentemente hasta 50°, todavía más preferentemente hasta 45° con respecto a un eje vertical del quemador (10).

5. Conjunto de quemador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además una cámara de combustión secundaria troncocónica (20) rodeada por una carcasa cónica (21) y dispuesta por debajo del quemador (10).

6. Conjunto de quemador según la reivindicación 5, en el que el quemador (10) está fijado de manera separable a la carcasa cónica (21) de la cámara de combustión secundaria troncocónica (20) por medio de un conjunto de brida (111).

7. Conjunto de quemador según la reivindicación 5 o 6, en el que el ángulo de apertura de la cámara de combustión secundaria troncocónica (20) está comprendido entre 50° y 70°.

8. Conjunto de quemador según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que la altura de la sección troncocónica se seleccionará para que sea de 0.3 a 5 veces, preferentemente de 0.5 a 2 veces la altura de la cámara de combustión primaria (10).

9. Alto horno con intercambiador de calor regenerativo que comprende una carcasa de horno (2); un volumen de ladrillos de celosía (40) dispuestos dentro de dicha carcasa de horno (2); y un conjunto de quemador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho quemador (10) está dispuesto axialmente en una sección superior de la carcasa de horno (2).

10. Horno con intercambiador de calor regenerativo según la reivindicación 9, que comprende además una zona de circulación (30) por encima del volumen de ladrillos de celosía (40).

11. Horno con intercambiador de calor regenerativo según la reivindicación 9 o 10, que comprende además un tubo de bajada de aire caliente dentro de la carcasa de horno (2).

12. Utilización de un conjunto de quemador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 para restaurar, renovar o mejorar un horno con intercambiador de calor regenerativo existente.

13. Método para restaurar, renovar o mejorar un horno con intercambiador de calor regenerativo existente con un conjunto de quemador existente, comprendiendo el método las etapas de retirar el conjunto de quemador existente de dicho horno con intercambiador de calor regenerativo y montar un conjunto de quemador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en dicho horno con intercambiador de calor regenerativo.