MX2008012823A - Integracion de la combustion de oxigeno-combustible y aire-combustible. - Google Patents
Integracion de la combustion de oxigeno-combustible y aire-combustible.Info
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Abstract
Un horno es calentado por un quemador que puede ser selectivamente operado por combustión con oxicombustible o aire-combustible. El quemador comprende un conducto para el combustible, uno para el aire, un conducto para el oxidante, y medios de control para regular el flujo a través de los conductos de aire y oxidante. Un horno que arde con aire-combustible puede modificarse por adición de un oxidante y conductos de combustible y los medios de control para regular el flujo a través de conductos de aire y oxidante.
Description
INTEGRACION DE LA COMBUSTION DE OXIGENO- COMBUSTIBLE Y AIRE-COMBUSTIBLE
Campo de la Invención La presente invención se refiere a la combustión de combustible en un horno, y especialmente en un horno usado para calentar materiales sólidos y líquidos y/o para fundir materiales sólidos, mientras los materiales son mantenidos dentro o pasan a través del horno. Antecedentes de la Invención Muchos procesos industriales requieren el calentamiento de material a elevadas temperaturas, en el ordén de 1000°F o mayores. Los ejemplos son numerosos pero incluyen calentado o recalentado del acero antes de trabajarse en un laminador, y fundir los materiales para producir vidrio para formar un fundido de vidrio del cual se forman los productos de vidrio. En muchas de estás aplicaciones el calor es aplicado al material en un horno en el cual el material ha sido colocado, o a través del cual el material está pasando. El calor es obtenido por combustión dentro del horno, en uno o más quemadores donde el combustible es quemado para producir calor de combustión. i En muchos hornos el quemador o quemadores queman el combustible con aire, el cual por supuesto contiene el oxígeno necesario para la combustión. Tal combustión se llama "combustión aire-combustible" y los quemadores en los cuales la
combustión aire-combustible ocurre son llamados "quemadores aire-combustible". En muchas otras aplicaciones el quemador o quemadores queman combustible con un oxidante gaseoso que contiene oxígeno en una concentración más alta que la del aire, en el intervalo de 25 % vol. a 99 % vol. dependiendo de la aplicación y otras consideraciones tales como (pero no limitado a) las económicas, la temperatura más alta en la cual la combustión (llamada "combustión oxígeno-combustible") ocurre, y la oportunidad de generar una cantidad más pequeña de óxidos de nitrógeno. La combustión de oxígeno-combustible requiere frecuentemente el uso de quemadores (llamados "quemadores oxígeno-combustible") que están adaptados para la combustión oxígeno-combustible, particularmente en su capacidad de soportar las más altas temperaturas de combustión obtenidas en la combustión oxígeno-combustible. Algunas aplicaciones intentan utilizar ambas, la combustión aire-combustible y la combustión oxígeno-combustible. Un ejemplo ocurre en los hornos para recalentado de acero, en los cuales una pieza (placa, paño o palanquilla) de acero es pasada a través de un horno en donde la pieza es calentada primero por el calor proporcionado por uno o más quemadores aire-combustible y después (mientras que continúa su paso a través del horno) por el calor proporcionado por uno o más quemadores oxígeno-combustible. Adicionalmente, en algunos procesos de calentamiento industriales, las ventajas de la combustión
oxígeno-combustible han conducido a los operadores a eliminar los quemadores aire-combustible y sustituirlos por quemadores oxígeno combustible o agregar zonas adicionales compuestas por quemadores oxígeno-combustible. Sin embargo, sigue siendo una necesidad, poder obtener selectiva y alternativamente los beneficios de la combustión aire-combustible y de la combustión oxígeno-combustible, sin tener que someterse al costo y al tiempo perdido que sería encontrado en forma repetitiva retirando los quemadores aire-combustible, sustituirlos por quemadores oxígeno-combustible, y después sustituir los quemadores oxígeno-combustible por quemadores aire-combustible, y continuar repitiendo el ciclo. Breve Descripción de la Invención La presente invención, en un aspecto, es un aparato de combustión que comprende: (a) un horno que contiene una zona de combustión y que tiene por lo menos un quemador a través de una pared del horho en el cual el aire es alimentado a través de un conducto para aire y el combustible es alimentado a través de un conducto para combustible del quemador desde afuera del horno para ser quemado en el quemador dentro de la zona de combustión; (b) un conducto para oxidante a través del cual el oxidante puede ser alimentado en el horno desde afuera del horno; y (c) medio de control que regula el flujo de oxidante a través del conducto para oxidante y el flujo de aire a través del conducto
para aire de modo que la relación de flujo de aire a flujo de oxidante puede ser controlada; en donde el conducto para oxidante y el conducto para combustible del quemador están orientados con respecto a cada uno de modo que el conducto para oxidante alimenta oxidante en una zona de mezclado del oxidante en la zona de combustión y el conducto para combustible del quemador alimenta combustible en una zona de reacción del combustible en la zona de combustión que está segregada de la zona de mezclado de oxidante. Otro aspecto de la presente invención es un aparato quemador que comprende: (a) un quemador en el cual el aire es alimentado a través de un conducto para aire y el combustible es alimentado a través de un conducto para combustible del quemador para ser quemado en el quemador; (b) un conducto para oxidante a través del cual el oxidante puede ser alimentado al quemador; y (c) medio del control que regula el flujo del oxidante a través del conducto para oxidante y el flujo del aire a través del conducto para aire de modo que la relación de flujo de aire a flujo de oxidante puede ser controlada; en donde el conducto para oxidante y el conducto para combustible del quemador están orientados con respecto uno del otro de manera que el conducto para oxidante alimenta oxidante en una zona de mezclado de oxidante en la zona de combustión y
el conducto para combustible del quemador alimenta combustible en una zona de reacción del combustible en la zona de combustión la cual está segregada de la zona de mezclado de oxidante. Otro aspecto de la presente invención es un método para acondicionar un horno de quemado de aire que comprende: (a) proporcionar un horno que contiene una zona de combustión y que tiene por lo menos un quemador a través de una pared del horno a la cual el aire es alimentado a través de un conducto para aire y el combustible es alimentado a través de un conducto para combustible del quemador desde afuera del horno para ser quemado en el quemador dentro de la zona de combustión; (b) proporcionar un conducto para oxidante a través del cual el oxidante puede ser alimentado en el horno desde afuera del horno; (c) proporcionar un medio de control que regule el flujo de oxidante a través del conducto para oxidante y el flujo de aire a través del conducto para aire de modo que la relación del flujo de aire a flujo de oxidante pueda ser controlada; y (d) orientar el conducto para oxidante con respecto al conducto para combustible del quemador, de modo que, el conducto para oxidante alimente oxidante en una zona de mezclado de oxidante en la zona de combustión y el conducto para combustible del quemador alimenta combustible en una zona
de reacción del combustible en la zona de combustión la cual está segregada de la zona de mezclado de oxidante. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una vista en sección transversal de un quemador con el cual la presente invención puede ser practicada.
La figura 2 es una vista en sección transversal de una modalidad de la presente invención. - La figura 3 es una vista plana de una pared de un horno que muestra la modalidad de la invención que es mostrada en la figura 2. La figura 4 es una vista plana de una pared de un horno que muestra otra modalidad de la presente invención. La figura 5 es una vista plana de una pared de un horno que muestra aún otra modalidad de la presente invención. La figura 6 es una vista plana de una pared de un horno que muestra otra modalidad de la presente invención. La figura 7 es una representación esquemática de la combustión en una modalidad de la invención. La figura 8 es una representación esquemática de la combustión en otra modalidad de la invención. Descripción Detallada de la Invención La invención puede ser practicada en cualquier horno de diseño convencional, que normalmente comprenderá una carcasa en la cual la combustión a alta temperatura toma lugar. La carcasa está normalmente revestida con material tal como ladrillo
para horno refractario o el equivalente que pueda soportar temperaturas de varios miles de grados que son generados dentro de la carcasa del horno. Preferiblemente, el piso, todos los lados, y el techo del horno están todos revestidos con este material. Ejemplos de hornos con los cuales esta invención puede ser practicada incluyen hornos para recalentado de acero y otros hornos a través de los cuales el material sólido es pasado para calentarse, así como hornos para fundido de vidrio y otros hornos en los cuales el material alimentado al horno será fundido
0 será mantenido en un estado fundido. La alta temperatura deseada es establecida dentro del horno por la combustión realizada en uno o más quemadores. La figura
1 representa un quemador normal usado actualmente para la combustión de combustible y aire para establecer la alta temperatura dentro de un horno. El quemador 1 está localizado de modo que se abre a través de la pared 2 del horno hacia la zona de combustión 3. El quemador 1 incluye el pasaje para combustible 4 y los pasajes para aire 5. El combustible es alimentado a través del pasaje para combustible 4 en la zona de combustión 3 en el horno y quema con el oxígeno contenido en el aire que es alimentado a través de los pasajes para aire 5, estableciendo así una llama y proporcionando calor de combustión a la zona de combustión 3 y en todo el interior del horno. Los combustibles convenientes para esta combustión aire-
combustible incluyen los hidrocarburos gaseosos, tales como el gas natural y metano, gases de producto derivado producidos en las laminadoras de acero, tales como coque de horno de gas y gas de alto horno, las mezclas de estos combustibles gaseosos, así como de los combustibles líquidos tales como aceite combustible atomizado, y combustibles sólidos tal como carbón pulverizado. El combustible y el aire son suministrados a través de sus respectivos pasajes 4 y 5 por medios convenientes conectados con las fuentes de los mismos, todos por tecnología convencional muy familiar para aquellos expertos en la técnica. El aparato, indicado esquemáticamente como 13 en las figuras 1 y 2, regula el índice de flujo de combustible en y a través del pasaje para combustible 4, y regula si el combustible está permitido para fluir en y a través del pasaje para combustible 4. El otro aparato, indicado esquemáticamente como 16 en las figuras 1 y 2, regula el índice de flujo de combustión de aire en y a través de los pasajes para aire 5. La presente invención puede agregar, a los quemadores que queman combustible en un modo de combustión aire-combustible la capacidad para selectivamente quemar combustible en un modo de combustión oxígeno-combustible. Esta capacidad puede ser agregada por, entre otras cosas, proporcionar una manera para alimentar el oxidante que tenga un contenido de oxígeno más alto que el contenido de oxígeno del aire en la zona de combustión 3. Preferiblemente, el oxígeno tiene una concentración de oxígeno
de por lo menos 25 % vol. y más preferiblemente por lo menos 90 % vol. Una manera preferida de realizar esta alimentación es mostrada en la figura 2, que representa la lanza para oxidante 14 que ha sido situada en un pasaje para aire 5. La lanza para oxidante 14 es alimentada por el aparato conveniente, indicado esquemáticamente como 15 en la figura 2, el cual suministra el oxidante y puede de manera controlada regular el índice de flujo de oxidante en y a través de la lanza 14 y puede también de manera controlada regular sí o no el oxidante está también permitido para fluir en y a través de la lanza para oxidante 14. La presente invención puede ser operada de manera que en el modo de combustión oxígeno-combustible el combustible que es quemado es el mismo que el combustible que es quemado en el modo de combustión aire-combustible. En tales casos, el combustible puede suministrarse a través del pasaje para combustible 4- Alternativamente, tal como cuando el combustible que es quemado en el modo de combustión oxígeno-combustible es diferente del combustible que es quemado en el modo de combustión aire-combustible, o cuando el combustible alimentado en el modo de combustión oxígeno-combustible debe ser alimentado en un índice de flujo más alto, el combustible para la combustión oxígeno-combustible es alimentado a través de un segundo conducto para combustible. Un segundo conducto para combustible está mostrado en la figura 2 como lanza para combustible 11, la cual está situada dentro del pasaje para
combustible 4 de modo que el orificio de la lanza 11 está suficientemente cerca de la abertura del pasaje para combustible 4 que una llama formada por la combustión del combustible que es alimentado desde el extremo de la lanza para combustible 11 está bien mantenida y se extiende en la zona de combustión 3. El combustible es alimentado en la lanza para combustible 11 desde una fuente, indicada esquemáticamente como 12 en la figura 2, la cual también controla el índice de flujo del combustible en y a través de la lanza para combustible 11 y controla si o no el combustible puede fluir en y a través de la lanza para combustible 11 así como la relación de flujo de combustible a través de la lanza para combustible 11 y a través del pasaje para combustible 4. Como se describe adicionalmente abajo, en el modo de combustión oxígeno-combustible el movimiento relativo del flujo de combustible y del flujo de oxidante necesita ser administrado. En la mayoría de los casos donde el conducto para oxidante está dentro del quemador, el segundo conducto para combustible será requerido que sea capaz de alimentar el combustible en la zona de combustión 3 a la velocidad más alta requerida. Sí la formación de NOx de la combustión en el horno no es un problema, entonces el conducto para combustible existente puede utilizarse con el conducto para oxidante descrito en la presente. Sí la formación de NOx es un problema, entonces el segundo conducto para combustible podría ser integrado en el quemador
de aire-combustible a través de su conducto para combustible si es del tamaño adecuado, o a través de un agujero que conduce hacia el conducto para aire para combustión, o afuera del quemador a través de un agujero en la pared del horno como se muestra en la figura 5. La figura 3 es una vista del frente del quemador representado en la figura 2 visto desde adentro de la carcasa del horno. Ahí puede verse que la lanza para combustible 11 está colocada dentro del pasaje para combustible 4, y la lanza para oxidante 14 está colocada dentro del pasaje para aire 5. Otras modalidades que logren los mismos objetivos de la invención pueden también utilizarse. De hecho, dependiendo de la configuración del quemador aire-combustible, y dependiendo del espacio disponible en el área inmediata afuera del quemador, otras configuraciones pueden ser preferibles para facilitar la construcción y operación. La figura 4 representa una modalidad alternativa, en donde el quemador y la lanza para combustible 11 que sirven como el segundo conducto para combustible según está descrito con respecto a las figuras 2 y 3, excepto el oxidante que es suministrado a través de la lanza 14 la cual descarga el oxidante en la zona de combustión 3 dentro del horno desde un punto adyacente al quemador pero afuera del quemador (que significa, no dentro del espacio limitado por la superficie externa del quemador donde esté se abre hacia la zona de combustión 3).
La figura 5 representa otra modalidad alternativa, en donde el oxidante es suministrado a la zona de combustión a través de la lanza 14 que está localizada en el conducto para aire 5, y de la lanza para combustible 11 que sirve el segundo conducto para combustible que descarga combustible en la zona de combustión 3 dentro del horno desde un punto adyacente al quemador pero afuera del quemador. La figura 6 representa otra modalidad alternativa, en donde tanto la lanza para oxidante 14 como la lanza 11 que sirven como el segundo conducto para combustible están localizadas en el conducto para aire 5. La lanza u otro aparato por el cual el combustible sea alimentado a la zona de combustión 3 en el modo de operación oxígeno-combustible, y la lanza u otro dispositivo a través del cual el oxidante es alimentado en la zona de combustión 3 o el modo de operación oxígeno-combustible, deben estar orientados con respecto uno del otro de modo de modo que la zona de mezclado del oxidante, en la cual el oxidante es alimentado como se describe abajo en la presente, y la zona de reacción de combustible, en la cual el combustible será alimentado, están segregadas (es decir, físicamente distintas una de la otra) dentro de la zona de combustión 3. La alimentación del oxígeno y combustible, y la operación del quemador cuando está en el modo de operación oxígeno-combustible, deberá realizarse de acuerdo con la descripción contenida en la Patente Norteamericana No.
5,076,779, el contenido entero de la cual es incorporado en la presente por referencia. En particular, el oxidante es inyectado en la zona de combustión 3 con velocidad suficiente para arrastrar o mezclar los gases del horno que están en la zona de combustión 3 con el oxidante inyectado. Los gases del horno comprenden los gases ambientales que se infiltran en la zona de combustión, y gases de la mezcla de oxidante y de la mezcla de reacción del combustible. Generalmente la velocidad del oxidante será por lo menos 200 pies por segundo y preferiblemente está dentro del intervalo de 250 a la velocidad sónica (1,070 pies por segundo a 70°F). La velocidad del oxidante es tal que suficientes gases del horno se mezclan con el oxidante inyectado para diluir la concentración de oxígeno del oxidante inyectado de modo que una mezcla de oxidante es producida dentro de la zona de mezclado del oxidante teniendo una concentración de oxígeno de no más de 10 % vol. y preferiblemente no más de 5 % vol. Cuando el oxígeno puro o aire enriquecido con oxígeno es usado como oxidante, mayor arrastre de gas del horno es requerido para reducir la concentración de oxígeno a los niveles más bajos deseados. Ninguna reacción de combustión ocurre en esta zona porque la atmósfera del horno arrastrada en la boquilla para oxidante está sustancialmente libre de combustible. Los gases del horno se mezclan con o son arrastrados en el oxidante debido a la turbulencia o al efecto de aspiración causado por la alta velocidad de la corriente del oxidante que es
alimentada en la zona de mezclado del oxidante. La mezcla del oxidante resultante, que contiene una concentración de oxígeno sustancialmente menor que la que estaba presente en el oxidante inyectado, fluye hacia fuera de la zona de mezclado del oxidante y sirve para formar parte de la atmósfera dentro de la zona de combustión 3. Es decir, la mezcla de oxidante proporciona gases del horno adicionales a la zona de combustión 3. Cuando el combustible es inyectado en la zona 3 durante el modo de operación oxígeno-combustible de la invención, los gases del horno de la atmósfera dentro de la zona de combustión 3, fluyen dentro y se mezclan con la corriente de combustible debido a la turbulencia causada por la inyección de la corriente de combustible, y el oxígeno dentro de los gases del horno queman con el combustible en la zona de reacción de combustible. Dependiendo de la cantidad de aire entregada a través del conducto para aire 5 y la localización relativa de la lanza para combustible 11, una pequeña cantidad de combustible puede reaccionar con el aire suministrado vía el conducto para aire 5 en una zona de combustión del horno previa a la zona de combustión principal 3. La temperatura dentro de la zona de combustión 3 debe exceder 1400°F mientras que las temperaturas debajo de 1400°F pueden dar lugar a inestabilidades de la flama. El combustible reacciona con las moléculas de oxígeno en los gases del horno espontáneamente, mientras que la temperatura del gas del horno
esté arriba de la temperatura de auto-ignición del combustible y el oxígeno. Sin embargo, dado que la concentración de oxígeno es relativamente baja, la temperatura de la flama se mantiene relativamente baja debido a la presencia de grandes cantidades de moléculas sin reacción tales como bióxido de carbono, vapor de agua, y nitrógeno molecular en la zona de reacción del combustible. La combustión bajo estas condiciones en la zona de reacción del combustible produce calor de combustión y productos de reacción de la combustión tales como bióxido de carbono y vapor de agua, pero produce muy pocos óxidos de nitrógeno. La cantidad real de óxidos de nitrógeno producidos varía con cada situación particular y dependerá de factores tales como la temperatura del gas del horno, concentración de nitrógeno en la zona de combustión y el tiempo de residencia. La mezcla del combustible resultante que incluye los productos de reacción de la combustión fluye hacia afuera de la mezcla de reacción del combustible y sirve para formar parte de la atmósfera dentro de la zona de combustión 3 suministrando así, gases del horno adicionales a la zona de combustión. Dentro de la zona de reacción del combustible, el combustible experimenta la combustión sustancialmente completa de modo que no hay cantidad significativa de combustible quemado de manera incompleta o no quemado en la zona de combustión afuera de la zona de reacción del combustible. Es importante en la práctica del modo de combustión
oxígeno-combustible de está invención que la zona de mezclado del oxidante y la zona de reacción del combustible se mantengan separadas una de otra (o "segregadas") dentro de la zona de combustión 3. De esta manera, la combustión es restringida en primera instancia a la zona de reacción del combustible y bajo condiciones que suprimen la formación de óxidos de nitrógeno ("NOx"). Aunque varias etapas de este modo de combustión están descritas en secuencia, los expertos en la técnica apreciarán que las etapas de este método estén conducidas simultánea y continuamente. La zona de mezclado del oxidante y la zona de reacción del combustible pueden mantenerse segregadas según se desee, colocando los puntos de inyección (esto es, los extremos de las lanzas 11 y 14, por ejemplo) y orientando las direcciones de inyección, del combustible y del oxidante a modo de evitar la integración y se sobrepongan las mismas antes de la requerida dilución del oxidante dentro de la zona de mezclado del oxidante y la combustión sustancialmente completa requerida dentro de la zona de reacción del combustible. El combustible y el oxidante son alimentados en la zona de combustión 3 en una manera para que alcance suficiente mezclado dentro de la zona de combustión 3 de manera que la atmósfera de la zona de combustión afuera de la zona de mezclado del oxidante y de la zona de reacción del combustible sean sustancialmente homogéneas. En una modalidad
particularmente preferida, el combustible y el oxidante son inyectados en la zona de combustión 3 de una manera que promueva un patrón de recirculación de gases del horno dentro de la zona de combustión 3. Este patrón de recirculación contribuye a mejorar la distribución de la temperatura y homogeneidad del gas dentro de la zona de combustión 3 y mejora el mezclado dentro de la zona de mezclado del oxidante y dentro de la zona de reacción del combustible, dando por resultado una combustión más suave y formación retardada de NOx. Con la óptima recirculación del gas del horno dentro de la zona de combustión 3, la composición del gas de combustión extraído de la zona de combustión es sustancialmente igual a la composición de la atmósfera en puntos dentro de la zona de combustión 3 fuera de la zona de mezclado del oxidante y de la zona de reacción del combustible. Este patrón de recirculación también promueve el arrastre de los gases del horno corriente abajo de la zona de reacción del combustible en la corriente del oxidante y el arrastre de los gases del horno corriente abajo de la zona de mezclado del oxidante en la corriente del combustible. Es particularmente preferido alimentar la corriente del oxidante y la corriente del combustible, en el modo de operación de combustión oxígeno-combustible de la invención, a altas velocidades y lejos una de la otra de modo que la zona de mezclado del oxidante y la zona de reacción del combustible no se sobrepongan. Preferiblemente, la relación del movimiento de
flujo de la corriente del combustible al movimiento de flujo de la corriente del oxidante debe estar dentro de 1:5 a 5:1 cuando es inyectado desde una proximidad relativamente cercana, tal como en las modalidades representadas en las figuras 3-6. Las figuras 7 y 8 ilustran dos modalidades del modo de combustión oxígeno-combustible que pueden ser practicadas. La letra "O" designa una zona de mezclado del oxidante y la letra "F" designa la zona de mezclado del combustible. Las flechas que señalan hacia la zona de mezclado del oxidante "O" representan los gases del horno que están siendo metidos hacia y en la zona de mezclado del oxidante, y las flechas que señalan hacia la zona de reacción del combustible "F" representan gases del horno que fluyen hacia y en la zona de reacción del combustible. La adaptación de un quemador aire-combustible en un quemador que sea capaz de llevar a cabo selectivamente la combustión aire-combustible y la combustión oxígeno-combustible es ayudada proporcionando controles convenientes de modo que el operador puede de manera controlada cambiar de un modo de combustión aire-combustible y un modo de combustión oxígeno-combustible en el mismo quemador. Proveer esta capacidad requiere controles que puedan de manera controlada minimizar o en el límite, apagar o prender, el flujo del aire a través de los pasajes para aire, y que puedan de manera controlada apagar o prender el flujo del oxidante a través de la lanza para oxidante u otra unidad por la cual el oxidante es alimentado a la zona de
combustión 3. Preferiblemente, los controles también permiten la regulación del índice de flujo del aire de combustión, y del índice de flujo del oxidante, a través de sus conductos respectivos. En su modo más simple, el mecanismo de control puede comprender simplemente una válvula de regulación que controle el flujo del oxidante a la zona de combustión 3, y una válvula de regulación que controle el flujo del aire a los pasajes para aire del quemador. En la mayoría de las modalidades, se deseará apagar el flujo de uno totalmente cuando el otro flujo será prendido. El equipo de suministro de oxígeno comercialmente disponible tiene normalmente doble válvula de bloque (por seguridad), dispositivos de medición de flujo, interruptores de presión y otra instrumentación con la cual este nivel de control pueda ser facilitado. Además, en las modalidades en las cuales se utilice el mismo combustible ya sea que la combustión sea aire-combustible u oxígeno-combustible, ningunos controles adicionales necesitan ser proporcionados siempre y cuando los controles estén ya presentes para regular el índice de flujo del combustible a través del quemador en la zona de combustión 3. Sin embargo, en las modalidades en donde un combustible diferente, o un conducto de alimentación del combustible diferente, esté proporcionado dependiendo de sí la combustión es aire-combustible u oxígeno-combustible, entonces los controles deberán ser proporcionados que permitan ai operador apagar el
flujo de combustible asociado con la combustión aire-combustible cuando el modo de combustión oxígeno-combustible será operado, y de apagar el flujo de combustible asociado a la combustión oxígeno-combustible cuando el modo de combustión aire-combustible será operado. Sin embargo, aun cuando el mismo combustible sea quemado en los modos de aire-combustible y oxígeno-combustible, el modo oxígeno-combustible requiere usualmente una velocidad más alta del índice de flujo del combustible. Por consiguiente, el combustible proporcionado del sistema de suministro y medición del combustible que está en el lugar para proveer combustible al conducto para combustible para alimentar combustible al quemador aire-combustible para la combustión aire-combustible (por ejemplo normalmente, proporcionar combustible a baja velocidad) es cambiado al segundo conducto para combustible que es usado para alimentar el combustible para la combustión oxígeno-combustible (es decir al quemador, o a un conducto 11, o a una abertura separada 11 como se muestra por ejemplo en la figura 5) esto proporciona la ventaja de que la fuente de combustible existente y el sistema de medición es mantenido y se cambia simplemente entre los conductos. Los controles permiten preferiblemente una base de flujo de aire a través del conducto para aire, aún en el modo de combustión oxígeno-combustible en donde el oxidante está siendo alimentando y quemado. Los controles dan al operador la
capacidad para gradualmente, y de manera controlada incrementar la relación del índice de flujo del oxidante al índice de flujo de aire hasta que las condiciones de combustión deseadas son establecidas. Cuando el quemador aire-combustible ha sido acomodado según lo descrito en la presente, para proporcionar la capacidad de realizar de manera controlada la combustión oxígeno-combustible y la combustión aire-combustible en el mismo quemador, y de manera controlada alternarse según se desee entre la combustión aire-combustible y la combustión oxígeno-combustible en el mismo quemador, el aparato resultante y su capacidad proporcionan muchas ventajas significativas al operador. Una ventaja es que el rendimiento energético puede ser mejorado. Es decir, el combustible consumido para una cantidad de salida del horno dada es mejorado, y los costos del combustible pueden ser reducidos aún tomando en cuenta el costo del oxígeno en el oxidante que es consumido. Otra ventaja es que la productividad, en el sentido de la cantidad de salida del horno (tal como la cantidad de acero que es recalentado) en una unidad de tiempo dada), es mejorada. Dependiendo de las características del horno antes de que se retroajuste según lo descrito en la presente, esta mejora puede ser atribuida al hecho de que la combustión con oxidante tiene un elevado contenido de oxígeno relativo al aire que puede superar las limitaciones del horno en la cantidad de combustión de aire que podría ser
alimentada adentro del modo de combustión aire-combustible, y/o a la reducción en el volumen de gas de combustión que debe ser descargado a través del tubo de chimenea (dado que este gas de combustión contendrá menos nitrógeno que el gas de combustión generado en la combustión aire-combustible).
Claims (30)
1. Aparato de combustión que comprende: (a) un horno que contiene una zona de combustión y que tiene por lo menos un quemador a través de una pared del horno al cual el aire es alimentado a través de un conducto para aire y el combustible es alimentado a través de un conducto para combustible del quemador desde afuera del horno para ser quemado en el quemador dentro de la zona de combustión; (b) un conducto para oxidante a través del cual el oxidante puede ser alimentado en el horno desde afuera del horno; y (c) medios de control que regulan el flujo del oxidante a través del conducto para oxidante y el flujo de aire a través del conducto para aire de modo que la relación de flujo de aire a flujo del oxidante puede ser controlada; en donde el conducto para oxidante y el conducto para combustible del quemador son orientados con respecto uno del otro de modo que el conducto para oxidante alimenta oxidante en una zona de mezclado del oxidante en la zona de combustión y el conducto para combustible del quemador alimenta combustible en una zona de reacción del combustible en la zona de combustión que está segregada de la zona de mezclado del oxidante.
2. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 1, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno desde adentro del quemador.
3. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 1, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
4. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende un segundo conducto para combustible a través del cual el combustible es alimentado desde afuera del horno para ser quemado dentro de la zona de combustión.
5. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 4, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno desde adentro del quemador.
6. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 5, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde adentro del quemador.
7. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 5, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
8. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 4, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno de una abertura que no está dentro de un quemador.
9. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 8, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde adentro del quemador.
10. Aparato de combustión de conformidad con la reivindicación 8, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
11. Aparato quemador que comprende: (a) un quemador por el cual el aire es alimentado a través de un conducto para aire y el combustible es alimentado a través de un conducto para combustible del quemador para ser quemado en una zona de combustión en el quemador; (b) un conducto para oxidante a través del cual el oxidante puede ser alimentado a el quemador; y (c) medios de control que regulan el flujo del oxidante a través del conducto para oxidante y el flujo del aire a través del conducto para aire de modo que la relación de flujo de aire a flujo del oxidante puede ser controlada; en donde el conducto para oxidante y el conducto para combustible del quemador están orientados con respecto uno del otro de modo que el conducto para oxidante alimenta oxidante en una zona de mezclado del oxidante en la zona de combustión y el conducto para combustible del quemador alimenta combustible en una zona de reacción del combustible en la zona de combustión la cual está segregada de la zona de mezclado del oxidante.
12. Aparato quemador de conformidad con la reivindicación 11, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno desde adentro del quemador.
13. Aparato quemador de conformidad con la reivindicación 11, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno de una abertura que no está dentro de un quemador.
14. Aparato quemador de conformidad con la reivindicación 11, que además comprende un segundo conducto para combustible a través del cual el combustible es alimentado para ser quemado en el quemador.
15. Aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno dentro del quemador.
16. Aparato quemador de conformidad con l reivindicación 15, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde adentro del quemador.
17. Aparato quemador de conformidad con la reivindicación 15, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
18. Aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, en donde el conducto para oxidante alimenta el oxidante en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
19. Aparato quemador de conformidad con la reivindicación 18, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde adentro del quemador.
20. Aparato quemador de conformidad con la reivindicación 18, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno de una abertura que no está dentro de un quemador.
21. Un método para retroajustar un horno de quemado de aire, que comprende (a) proporcionar un horno que contiene una zona de combustión que tiene por lo menos un quemador a través de una pared del horno al cual el aire es alimentado a través de un conducto para aire y el combustible es alimentado a través de un conducto para combustible del quemador desde fuera del horno para ser quemado en el quemador dentro de la zona de combustión; (b) proporcionar un conducto para oxidante a través del cual el oxidante puede ser alimentado en el horno desde afuera del horno; (c) proporcionando medios de control que regulan el flujo del oxidante a través del conducto para oxidante y el flujo del aire a través del conducto para aire de modo que la relación del flujo del aire al flujo del oxidante puede ser controlada; y (d) orientar el conducto para oxidante con respecto al conducto para combustible del quemador de modo que el conducto para oxidante alimenta oxidante en una zona de mezclado del oxidante en la zona de combustión y el conducto para combustible del quemador alimenta combustible en una zona de reacción del combustible en la zona de combustión la cual está segregada de la zona de mezclado del oxidante.
22. Método de conformidad con la reivindicación 21, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno desde adentro del quemador.
23. Método de conformidad con la reivindicación 21, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
24. Método para retroajustar un horno de quemado de aire, que comprende (a) proporcionar un horno que contiene una zona de combustión y que tiene por lo menos un quemador a través de una pared del horno al cual el aire es alimentado a través de un conducto para aire y el combustible es alimentado a través de un conducto para combustible del quemador desde afuera del horno para ser quemado en el quemador dentro de la zona de combustión; (b) proporcionar un conducto para oxidante a través del cual el oxidante puede ser alimentado en el horno desde afuera del horno; (c) proporcionar medios de control que regulan el flujo del oxidante a través del conducto para oxidante y el flujo del aire a través del conducto para aire de modo que la relación del flujo del aire al flujo del oxidante puede ser controlada; (d) proporcionar un segundo conducto para combustible a través del cual el combustible es alimentado desde afuera del horno para ser quemado dentro de la zona de combustión, y. (e) orientar el conducto para oxidante con respecto por lo menos a uno de los conductos para combustible del quemador y el segundo conducto para combustible de modo que el conducto para oxidante alimenta oxidante a la zona de mezclado del oxidante en la zona de combustión y el conducto para combustible alimenta combustible en una zona de reacción del combustible en la zona de combustión la cual está segregada de la zona de mezclado del oxidante.
25. Método de conformidad con la reivindicación 24, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno desde adentro del quemador.
26. Método de conformidad con la reivindicación 25, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde adentro del quemador.
27. Método de conformidad con la reivindicación 25, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
28. Método de conformidad con la reivindicación 24, en donde el conducto para oxidante alimenta oxidante en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
29. Método de conformidad con la reivindicación 28, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde adentro del quemador.
30. Método de conformidad con la reivindicación 28, en donde el segundo conducto para combustible alimenta combustible en el horno desde una abertura que no está dentro de un quemador.
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