MXPA99008174A - Metodo y quemador para introducir combustible a un horno - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para introducir un combustible sólido, líquido o gaseoso en la zona de quemado de un horno, tal como un horno rotatorio para fabricar escoria de cemento o productos similares, método por el cual el combustible se conduce a través de un ducto o ductos y el aire primario se conduce a través de cuando menos dos ductos anulares arreglados básicamente concéntricamente con y alrededor del ducto o ductos de combustible, la porción de aire en uno de los ductos de aire que fluye sustancialmente de manera axial en tanto que la porción de aire en el otro ducto de aire comprende aire que tiene un componente rotatorio alrededor del eje central del quemador, y la cantidad de aire primario en las dos porciones se controla independientemente, caracterizado porque las dos porciones de aire primario están mezcladas a una baja velocidad en un ducto colector y en una corriente de flujo primaria mezcladaúnica que subsecuentemente se acelera a una velocidad de descarga mas elevada, que se desee.

Description

MÉTODO Y QUEMADOR PARA INTRODUCIR COMBUSTIBLE A UN HORNO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN: La presente invención se refiere a un método (de aguí en adelante mencionado como de la clase descrita) para introducir combustible sólido, líquido o gaseoso en una zona de quemador de un horno, tal como un horno rotatorio para fabricar escoria de cemento o productos similares, por cuyo método el combustible es conducido a través de un ducto o ductos y un aire primario es conducido a través de cuando menos dos ductos anulares arreglados sustancialmente de manera concéntrica con y alrededor, los ductos de combustible, la porción de aire en uno de los ductos de aire que fluye básicamente axial, en donde la porción del aire en el segundo de los ductos de aire comprende aire que tiene un componente rotatorio alrededor del centro del eje del quemador, y la cantidad de aire primario en las dos porciones se controla independientemente. La invención también se refiere a un quemador para realizar el método de acuerdo con la invención. Los quemadores con ese fin . son bien conocidos. Originalmente consisten simplemente de un solo tubo a través del cual se inyecta una mezcla de harina de carbón pulverizado y aire en la zona de quemado del horno .Con el tiempo, las mejoras en el diseño de los quemadores se realizaron, con la incorporación de características tales como ductos adicionales para introducir otros tipos de combustible liquido o gaseoso. Además quemadores mas modernos comprenden uno o varios ductos separados para la inyección de aire, de modo que únicamente una cantidad pequeña del aire primario se inyecta conjuntamente con el carbón pulverizado. Al impartir un movimiento rotatoria a una parte del aire inyectado ha sido posible, en gran medida, controlar la forma de la llama del horno . Un ejemplo de un quemador del tipo mencionado se describe en la EP-B-0421903. Este quemador conocido comprende uno o varios ductos para la introducción de combustible, estando rodeado de dos ductos anulares para inyectar aire primario . En la abertura de tobera anular del mas interno de estos ductos, se proveen hojas oblicuas que imparten un movimiento rotatorio al aire . El ducto mas externo el aire es conducido e inyectado en una dirección básicamente axial . Un ajuste del área de tobera de los dos ductos puede realizarse al ajustar los ductos axialmente entre si, y las porciones de aire primario en los dos ductos puede controlarse independientemente. La variabilidad en la. forma de la llama, es por lo tanto posible con este quemador dada la posibilidad de ajustar la tasa de flujo y la velocidad del aire primario así como la cantidad de aire primario que se somete a la rotación. Sin embargo la desventaja de este quemador es que el aire primario se inyecta a través de dos toberas anulares separadas, resultando en una perdida de presión relativamente alta y un mezclado menos efectivo del aire primario con el combustibl ?j en la zona de quemado. ' k - un segundo ejemplo de un quemador™" el tip mencionado se describe en EP- A- 0650012. Este quemado conocido también comprende uno o varios ductos para l introducción de combustible, rodeado por un solo ducto d aire primario que descarga en una tobera anular.

Inmediatamente adelante de la tobera el aire se dirige a travé de un numero de tubos flexibles ocasionando que el air 0 rote. La rotación del aire y así la forma de ia llama, pued variarse cambiando el ángulo o el doblamiento de los tubos, y cambiando la cantidad de aire primario. La ventaja d alimentar todo el aire primario a través de únicamente un tobera reduce la perdida de presión y asegura un mezclado ma 5 efectivo de aire y combustible, y por lo tanto una llama ma continua. Sin embargo, la desventaja de este tipo de quemado es que el sistema con los tubos flexibles requiere un mecanism complejo de regulación que también parece vulnerable en su ambiente operativo pretendido. 0 ?l propósito de la presente invención es proveer u método así como un quemador por medio del cual se asegure u mezclado efectivo de combustible y aire con una perdid mínima de presión, y con el cual pueda variarse la forma de l llama, en tanto que simultáneamente, la construcción tenga u 5 grado de robustez que se asegure un período de servici razonable, tomando en cuenta las elevadas cargas mecánicas y térmicas impuestas al quemador en la zona de quemado de un horno rotatorio . Esto se consigue por medio de un método de la clase descrita, caracterizado porque las dos partes de aire primario se mezclan a una velocidad mas baja en un ducto colector en una sola corriente de aire primario mezclado que posteriormente se acelera a una velocidad de descarga mas elevad . La invención también incluye un quemador para introducir combustible solido, líquido o gaseoso en una zona de quemado de un horno, tal como un horno rotatorio para fabricar escoria de cemento o productos similares, quemador que comprende un ducto o ductos para conducir el combustible y cuando menos dos ductos anulares arreglados substancialmente de manera concéntrica con y alrededor del ducto o ductos de combustible para conducir aire primario, los ductos de aire están arreglados para ocasionar que la porción de aire en uno de los ductos fluya axialmente y la porción de aire en el segundo ducto de aire fluya con un componente de rotación alrededor del eje central del quemador, y medios para controlar independientemente la cantidad de aire primario en las partes, caracterizado porque los ductos de aire primario descargan en una junta anular de un ducto colector para conducir el aire primario mezclado a una tobera anular, y porque el área del flujo del ducto colector disminuye gradualmente en la dirección axial del movimiento del aire. Así se obtiene un método así como un quemador por medio de los cuales se consigue un mezclado efectivo de combustible y aire de una manera operacionalmente confiable con un mínimo de perdida de presión, y con los cuales la forma de la llama puede adaptarse al óptimo deseado. Esto se debe al hecho de que las dos subcorrientes del aire primario, antes de que se inyectan al horno, se mezclan a una velocidad relativamente baja en una corriente de aire que después tiene una velocidad elevada, inyectada vía una tobera, el hecho de que el grado de rotación del aire primario puede variarse al cambiar la cantidad inter-relacionada de las dos corrientes primarias de aire, y el hecho de que todo el medio de control necesario pueden instalarse de una manera totalmente accesible fuera de la zona de quemador del horno. Como resultado, esas partes del quemador que están sometidas a cargas térmicas pueden fabricarse en un diseño simple y robusto. Se prefiere que el área de flujo del ducto colector desde la localización de las corrientes de aire primarias se mezclan a la tobera anular disminuyendo por un factor entre 5 y 12 de modo que la velocidad de la corriente de aire primario se acelera por un factor equivalente . En una modalidad particularmente preferida del quemador de acuerdo con la presente invención, que es particularmente adecuada para aplicarse a un horno rotatorio para fabricar cemento, se prefiere que los ductos de aire primario y los medios de control estén arreglados de modo que la velocidad axial del flujo en los ductos de aire primario vaya entre 20 y 25 m/s y en que el ducto colector este arreglado de modo que la corriente de aire primario se acelere hasta una velocidad de flujo de entre 160 y 200 m/s. El ducto colector puede configurarse de cualquier manera practicable que de una aceleración correspondiente a lo mencionado anteriormente. Si embargo se prefiere que el ducto este hecho de dos elementos anulares concéntricos, de los cuales el mas externo este configurado como cono truncado que sea convergente en la dirección de flujo con un ángulo de inclinación alfa entre 30 y 60°, con respecto al eje central del quemador, en tanto que el elemento anular mas interno es básicamente paralelo al eje central del quemador. Sin embargo otras configuraciones del ducto colector son concebibles. Así el elemento anular mas interno puede también configurarse como cono truncado que sea convergente en la dirección del flujo. Sin embargo, si este es el caso, debe formarse con un ángulo de inclinación que sea considerablemente menor que aquel del elemento anular mas externo. El aire en el segundo ducto de aire puede hacerse para rotar alrededor del eje central del quemador en diferentes maneras, entre otras por medio de tubos girados angularmente como se ha hecho notar anteriormente . Se prefiere sin embargo que el aire se haga portar por medio de laminas oblicuas que están insertadas en el segundo ducto de aire inmediatamente corriente arriba del punto de descarga del ducto . La tobera anular debe configurarse de una manera que asegure el llevar a un mínimo la perdida de presión. Puede consistir además de dos elementos concéntricos anulares, cuando menos uno de los cuales esta configurado como un cono truncado de modo que el área de tobera puede variar en un desplazamiento axial de los dos elementos entre si . La invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos, que son diagramas, y en donde: La Figura la muestra un corte a través de la sección frontal de la primera modalidad de un quemador de acuerdo con la invención, La Figura Ib presenta una vista frontal del mismo quemador; Las Figuras 2a, 2b, 2c y 2d .muestran modalidades alternativas de una tobera de aire primario que un área variable ; Las Figuras 3a muestran una vista en corte a través de la sección frontal de una segunda modalidad del quemador de acuerdo con la invención; La Figura 3b presenta una vista frontal del mismo quemador. En las Figuras la y ib se muestra un quemador que esta hecho para combinar quemar un aceite y carbón pulverizado, y que comprende una tubo protector 2 en el cual se inserta una lanza separada 1 para conducir y atomizar el aceite combustible. Concéntricamente al tubo protector 2 hay dos tubos 3 y 4 los cuales entre ellos forman un ducto anular 6 para conducir e inyectar una mezcla de carbón pulverizado y aire. Con el objeto de enfriar el quemador de aceite y para mantenerlo libre de polvo, una pequeña cantidad del aire total primario puede conducirse e inyectarse en el espacio entre el tubo interno 3 y el tubo protector 2. Además del tubo protector 2 es posible insertar uno o varios tubos en el tubo interno 3 para introducir combustibles alternativos suplementarios . Dispuesto concéntricamente alrededor de los tubos 2, 3 y 4 hay un tubo de aire 5, el cual junto con el tubo de carbón 4, forma un ducto anular 8 para conducir algo del aire primario, denominado aire con rotación. Un numero de hojas oblicuas 10 están ajustadas en el extremo de descarga del ducto 8 con el objeto de someter el aire de rotación a un movimiento rotatorio . Concéntricamente alrededor del tubo 5 esta ajustado un tubo quemador 7 el cual en conjunción con el tubo de aire radial 5 forma un ducto anular 9 para conducir la parte estante del aire primario, llamado aire axial. Dado que la temperatura en la zona de quemado puede ser extremadamente elevada, el exterior del tubo quemador 7 está provisto con un recubrimiento refractario de cerámica 11. De acuerdo con la invención los ductos de aire primario 8 y 9 descargan en ducto colector de junta anular 14. En la modalidad muestra el ducto colectante se provee entre el tubo 4 y un elemento anular en forma de cono 7a que esta conectado al tubo quemador 7. En el ducto colector , las corrientes de aire primarias se mezclan en una corriente de aire la cual debido al diseño del ducto colector, se acelera hasta antes de inyectarse a la zona de quemado del horno a través de una abertura de tobera anular 14. La abertura de tobera 14 esta provista entre el anillo de tobera mas externo 12 que esta fijado al elemento anular 7a y un anillo de tobera mas interno 13 que esta fijado al tubo de carbón 4. Al proveer uno o los dos anillos de tobera 12, 13 con una superficie cónica, el área de la tobera 14 puede variar por un desplazamiento axial de los dos anillos de tobera entre si. Las Figuras 2a, 2b, 2c y 2d muestran diferentes opciones para configurar la tobera 14. En la Figura 2a la parte externa 12 de la tobera 14 esta formada como un cono truncado convergente delgado, en donde la parte interna 12 esta hecha como un cilindro, la dirección del flujo del aire se ajusta entonces ligeramente hacia la linea central del quemador. La tobera 14 en la Figura 2b esta formada con una abertura circular suave en donde el anillo de tobera mas interno 13 está hecho con un tronco de cono divergente, delgado, lo que significa que la dirección de flujo se ajusta ligeramente alejándola de la linea central del quemador. En las Figuras 2c y 2d se muestran ejemplos de toberas 14 que están configuradas de modo que la dirección de flujo se alineada axialmente. En las Figuras 3a y 3b se muestra un quemador que no incorpora un tubo de carbón 4. En este caso el anillo de tobera mas interno está fijado ahora al tubo interno 3. El principio operativo del quemador mostrado en las Figuras la y Ib es que el aceite combustible se introduce y atomiza por medio de la lanza de quemador 1. Con el objeto de enfriar la lanza de quemador y mantenerla limpia, una pequeña cantidad del aire primario se inyecta dentro del espacio entre el tubo interno 3 y el tubo protector 2. Una mezcla de carbón pulverizado y aire transportador se inyecta por el ducto anular 6. El aire primario se introduce y distribuye por métodos conocidos por ejemplo en la FR-A-2348438, la cual se incluye por referencia, a los dos ductos de aire primario 8 y 9. las cantidades de aire suministrado a los dos ductos 8 y 9 puede controlarse independientemente entre si . En el ducto colector 15 las dos corrientes de aire primarias se mezclan en una corriente de aire, la característica de flujo de la corriente de aire mezclada es una resultante de las características de las dos corrientes de aire intermezcladas y comprende tanto componentes axiales como rotacionales, cuya inter-relación es variable controlando las dos corrientes de aire primarias de modo que la llamad óptima se alcance. Como se ha mencionado previamente, la corriente de aire primaria mezclada en el ducto colector 15 se acelera hasta una velocidad deseada antes de inyectarse al horno a través de la tobera anular 14. El carbón pulverizado y el aire transportante debe inyectarse al horno a una velocidad que sea suficientemente elevada para mantener las partículas de carbón suspendidas, pero no tan alta que someta a los tubos a un grado inaceptable de desgaste, normalmente la velocidad debe ser entre 25- 40 m/s ' . En casos en los cuales el quemador se use en un horno rotatorio convencional para fabricar, por ejemplo, escoria de cemento, la cantidad de aire primario que ha de inyectarse a través del quemador será típicamente entre 5 y 15 % del aire de combustión que se requiera teóricamente. El aire de combustión restante, llamado aire secundario, se introduce al horno sin que el quemador entre en el proceso. Frecuentemente, el aire de enfriamiento desde un enfriador de material subsecuente se utiliza como aire secundario, el aire de enfriamiento se caliente típicamente a un nivel alrededor de los 1000°. Cuando el quemador se usa para tales aplicaciones la velocidad de inyección del aire primario debe ser mucho mas elevada que la velocidad de inyección del combustible, normalmente estaría dentro del margen de 160 a 200 m/s. Cuando el aire primario abandona la tobera 14 arrastrara consigo el aire secundario caliente, mezclándolo con el combustible. Debido a la alta temperatura del aire secundario de aproximadamente 1000°, el combustible se encenderá. La forma de la llama que tiene una importancia primordial con el objeto de asegurar un producción continua de escoria de cemento puede alterarse variando la tasa de flujo de aire primario y la velocidad de inyección, y por variar la extensión durante la cual el aire se somete a rotación. Normalmente, un grado modesto de rotación de la corriente de aire se requiere, y por lo. tanto, la cantidad de aire primario que se somete a la rotación al conducirse por el ducto 8 representa típicamente entre 0 y 36 5 del flujo de aire primario total .

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1.- Un método para introducir un combustible sólido, líquido o gaseoso en la zona de quemado de un horno, tal como un horno rotatorio para fabricar escoria de cemento o productos similares, método por el cual el combustible se conduce a través de un ducto o ductos y el aire primario se conduce a través de cuando menos dos ductos anulares arreglados básicamente concéntricamente con y alrededor del ducto o ductos de combustible, la porción de aire en uno de los ductos de aire que fluye sustancialmente de manera axial en tanto que la porción de aire en el otro ducto de aire comprende aire que tiene un componente rotatorio alrededor del eje central del quemador, y la cantidad de aire primario en las dos porciones se controla independientemente, caracterizado porque las dos porciones de aire primario están mezcladas a una baja velocidad en un ducto colector y en una corriente de flujo primaria mezclada única que subsecuentemente se acelera a una velocidad de descarga mas elevada, que se desee.

2.- un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la corriente de aire primaria mezclada se acelera por un factor de entre 5 y 12 .

3. - Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la velocidad de flujo axial del aire primario en dos ductos de aire esta entre 20 y 25 m/s, y la corriente de aire primaria mezclada se acelera aun una velocidad de flujo entre 160 y 200 m/seg.

4. - Un método de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, en donde el aire en el segundo ducto de aire es forzado a rotar alrededor del eje central del quemador al dirigirlo pasando un numero de hojas de lamina oblicuas inmediatamente corriente arriba del extremo de descarga del ducto .

5.- Un quemador para introducir combustible sólido, líquido o gaseoso en una zona de quemado de un horno, tal como un horno rotatorio usado para fabricar escoria de cemento o productos similares, quemador que comprende un ducto o ductos para conducir el combustible y cuando menos dos ductos anulares arreglados fuera y concéntricamente con, y a el ducto o ductos del combustible para conducir el aire primario, los ductos de aire están arreglados para accionar que una porción de aire en uno de los ductos fluya axialmente y la porción de aire en el segundo ducto «de aire fluya con un componente de rotación alrededor del eje central del quemador, y medios para controlar independientemente la cantidad de aire primario en las dos porciones, caracterizado porque los ductos de aire primario descargan en un ducto colector de junta anular para conducir el aire primario mezclado a la tobera anular y el área de flujo del ducto colector disminuye gradualmente en la dirección axial del movimiento del aire.

6. - Un quemado de acuerdo con la reivindicación 5 , en donde el área de flujo del ducto colector disminuye por un factor de entre 5 y 12.

7. - Un quemador de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, en donde los ductos de aire primarios y los medios de control están dispuestos de modo que la velocidad axial del flujo en los ductos de aire primario este entre 20 y 25 m/s y el ducto colector este arreglado de modo que la corriente de aire primaria mezclada se acelere hasta una velocidad de flujo entre 160 y 200 m/seg.

8.- Un quemador de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el ducto colector esta hecho de dos elementos anulares concéntricos, de los cuales el elemento mas externo está configurado como un cono truncado que es convergente en la dirección de flujo con un ángulo de inclinación de entre 30 y 60° con respecto al eje central del quemador.