ES2607331T3 - Quemador de concentrado - Google Patents
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Abstract
Un quemador de concentrado para alimentar una mezcla de concentrado pulverulento y gas de reacción a la torre (1) de reacción de un horno de fusión rápida, que comprende - un tubo (2) de alimentación para alimentar la mezcla de concentrado a la torre (1) de reacción, en el que el orificio (3) del tubo de alimentación se abre a la torre de reacción, - un dispositivo (4) de dispersión, que está dispuesto concéntricamente dentro del tubo (2) de alimentación y que se extiende a una distancia desde el orificio en el interior de la torre (1) de reacción, para dirigir el gas de dispersión a la mezcla de concentrado que fluye alrededor del dispositivo de dispersión, - un dispositivo (5) de suministro de gas para alimentar el gas de reacción a la torre (1) de reacción, en el que el dispositivo de suministro de gas incluye una cámara (6) de gas de reacción, que está fuera de la torre de reacción y que se abre a la torre (1) de reacción a través de un orificio (7) de descarga anular que rodea el tubo (2) de alimentación de manera concéntrica para mezclar el gas de reacción descargado desde el orificio de descarga con la materia sólida pulverulenta descargada desde la mitad del tubo de alimentación, en el que la materia sólida es dirigida hacia los lados por medio del gas de dispersión, en el que la cámara (6) de gas de reacción está formada en una cámara de flujo turbulento para proporcionar un flujo turbulento del gas de reacción descargado desde el orificio (7) de descarga, un canal (9) de entrada que se abre tangencialmente a la cámara (6) de gas de reacción para dirigir el gas de reacción a la cámara de gas de reacción en una dirección tangencial, caracterizado por que un miembro (11) de ajuste está dispuesto en el canal (9) de entrada para ajustar el área de la sección transversal del flujo de gas de reacción, y en el que la cámara (6) de gas de reacción incluye una parte (8) superior cilíndrica, a la que se abre tangencialmente el canal (9) de entrada, y una parte (10) inferior cónica, que converge cónicamente desde la parte (8) superior cilíndrica hacia abajo hacia el orificio (7) de descarga.
Description
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DESCRIPCION
Quemador de concentrado Campo de la invencion
La invencion se refiere a un quemador de concentrado definido en el preambulo de la reivindicacion 1.
Antecedentes de la invencion
Un proceso de fusion rapida (“flash”) tiene lugar en un horno de fusion rapida que consiste en tres secciones: una torre de reaccion, un horno inferior y una toma de gases. En el proceso de fusion rapida, una mezcla de concentrado pulverulento que consiste en concentrados de sulfuros, fundentes y otros componentes pulverulentos, se mezcla con un gas de reaccion por medio del quemador de concentrado en la parte superior de la torre de reaccion. La estructura del quemador de concentrado desempena un papel radical en el funcionamiento apropiado del proceso de fusion rapida. El gas de reaccion puede comprender aire, aire enriquecido con oxlgeno u oxlgeno. El quemador de concentrado comprende una serie de canales concentricos, a traves de los cuales el gas de reaccion y el concentrado son soplados y mezclados en el horno. Los quemadores de concentrado se conocen anteriormente, por ejemplo, a partir de las publicaciones FI 98071 B y FI 100889 B. Este quemador, conocido como quemador Outokumpu, que comprende canales separados para materia solida pulverulenta, tal como concentrado, y fundente, y gas de proceso, es globalmente el quemador mas ampliamente usado en los hornos de fusion rapida. El quemador de concentrado incluye un tubo de alimentacion, en el que su orificio se abre a la torre de reaccion para alimentar la materia pulverulenta a la torre de reaccion. Es preferible usar aire o parte del gas de reaccion como un gas de dispersion, y alimentarlo desde el interior del tubo de alimentacion a lo largo de un tubo de dispersion. La superficie superior de la parte inferior del tubo de dispersion esta disenada de manera que este curvada hacia el exterior y su borde inferior esta provisto de orificios que estan dirigidos hacia el lado, a traves de los cuales se alimenta el gas de reaccion de manera esencialmente horizontal hacia la materia solida pulverulenta que cae hacia abajo. El tubo de dispersion esta dispuesto concentricamente en el interior del tubo de alimentacion y se extiende a una distancia desde el orificio en el interior de la torre de reaccion para dirigir el gas dispersante al polvo concentrado que fluye alrededor del tubo de dispersion. La parte principal del gas de reaccion es alimentada a la torre de reaccion a traves de un dispositivo de suministro de gas. El dispositivo de suministro de gas incluye una camara de gas de reaccion, que esta fuera de la torre de reaccion y se abre a la torre de reaccion a traves de un orificio de descarga anular que rodea concentricamente el tubo de alimentacion central para mezclar el gas de reaccion que se descarga desde el orificio de descarga con el flujo de materia pulverulenta que se desplaza desde el tubo de alimentacion por gravedad y es dirigido hacia los lados por medio del gas de dispersion. El proposito principal del quemador de concentrado es proporcionar una suspension optima de las partlculas solidas y el gas de reaccion en la torre de reaccion. Las partlculas individuales se calientan y, despues de la ignicion, empiezan a arder con el oxlgeno que se encuentra en el gas de reaccion. Las reacciones de combustion con sulfuros finos son rapidas y se libera una cantidad esencial de calor, resultando en una fusion perfecta de las partlculas de la mezcla de concentrado y los otros materiales solidos en la mezcla de alimentacion. Las partlculas fundidas fluyen hacia abajo y se acumulan en el horno inferior, donde la escoria y la mata de sulfuro se depositan en capas separadas. El gas de combustion (principalmente una mezcla de SO2 y N2) fluye a traves de la toma de gases a una caldera de calor residual, donde se recupera su calor.
Las publicaciones CN 2513062Y y CN 1246486C describen un quemador de concentrado, en el que las camaras de gas de reaccion que estan dispuestas unas dentro de las otras estan formadas en camaras de flujo turbulento para proporcionar un flujo turbulento de gas de reaccion que es descargado desde el orificio de descarga. Cada camara de gas de reaccion incluye una parte superior cillndrica, a la que se abre tangencialmente un canal de entrada para conducir el gas de reaccion al interior en una direction tangencial, y una parte inferior conica, que converge conicamente desde la parte superior cillndrica hacia abajo hacia el orificio de descarga. Con esta disposition, puede hacerse que el gas de reaccion gire en la camara de gas de reaccion, donde sale en forma de remolino desde el orificio de descarga de la torre de reaccion.
Un problema con el quemador de concentrado conocido es que no hay manera de ajustar la cantidad de turbulencia. La turbulencia puede encender una llama de manera excesivamente eficaz y rapida, causando problemas en la parte media de la torre.
Proposito de la invencion
El proposito de la invencion es eliminar los inconvenientes indicados anteriormente.
Otro proposito de la invencion es mejorar adicionalmente el proceso de fusion rapida.
Un proposito especial de la invencion es describir un quemador de concentrado, que
- extiende el tiempo de procesamiento de las partlculas de la mezcla de concentrado en la torre de reaccion,
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- mejora el mezclado de las sustancias, que son alimentadas por el quemador de concentrado, para formar una suspension, y la reaccion qulmica entre las mismas,
- mejora la eficacia del uso de oxlgeno, y
- mejora la estabilidad de la llama y proporciona una forma de llama mas ventajosa que anteriormente.
Sumario de la invencion
El quemador de concentrado segun la invencion se caracteriza por la reivindicacion 1.
Segun la invencion, hay dispuesto un miembro de ajuste en el canal de entrada para ajustar el area de la seccion transversal del flujo de gas de reaccion.
Esto permite el ajuste de la descarga de velocidad turbulenta desde el orificio de descarga. La cantidad de turbulencia puede ser ajustada. Si la turbulencia enciende una llama de manera demasiado eficaz y rapida, causando problemas en la parte media de la torre de reaccion, el miembro de ajuste puede ser usado para ajustar la cantidad de turbulencia y reducirla casi a cero.
En una aplicacion del quemador de concentrado, la camara de gas de reaccion incluye una parte superior cillndrica, a la cual se abre tangencialmente el canal de entrada, y una parte inferior conica, que converge conicamente desde la parte superior cillndrica hacia abajo hacia el orificio de descarga.
En una aplicacion del quemador de concentrado, el canal de entrada tiene una seccion transversal rectangular. El canal de entrada rectangular es estructural y tecnicamente (en lo que respecto al flujo) ventajoso. El flujo de gas de reaccion desde el canal de entrada rectangular a la camara de gas de reaccion es uniforme en toda su anchura.
En una aplicacion del quemador de concentrado, hay dispuestas unas paletas directrices en la camara de gas de reaccion para definir un angulo de remolino del flujo turbulento del gas de reaccion. Debido a que el angulo de remolino se mantiene constante en diversas condiciones de funcionamiento, tales como velocidades de turbulencia alternantes y caudales de volumen, las paletas directrices pueden ser usadas para mejorar la estabilidad de la llama. Por lo tanto, el patron de flujo permanece practicamente invariable en las diversas condiciones. Se mejoran la estabilidad de la llama, el mezclado, la reaccion qulmica y la eficiencia del uso de oxlgeno. Debido a que se consigue una velocidad radial negativa, o se limita el movimiento radial del gas de proceso, puede mejorarse tambien el mezclado de las partlculas de la mezcla de concentrado y el gas de proceso y, entonces, puede aumentarse la eficiencia de uso de oxlgeno. Ademas, se obtienen todas las ventajas que pueden conseguirse con el flujo turbulento; en otras palabras, un aumento en el tiempo de procesamiento de las partlculas de la mezcla de concentrado en la torre de reaccion, el mezclado de las sustancias que son alimentadas por el quemador de concentrado para formar una suspension, y una mejora en la reaccion qulmica entre las mismas, una mejora en la eficiencia del uso de oxlgeno, y una mejora en la estabilidad de la llama, y una provision de una forma de llama mas ventajosa que anteriormente (una anchura adecuada y una longitud adecuada). La alta eficiencia del uso de oxlgeno hace que el quemador de concentrado sea especialmente ventajoso para ser usado en lo que se conoce como fusion directa “Blister” y el proceso DON, en el que los grados de oxidacion son elevados. La fusion directa Blister es un proceso de fusion rapida de cobre, que produce cobre blister. El proceso DON (proceso directo Outokumpu (Ou-Totec) de niquel) es un proceso de fusion rapida de niquel.
En una aplicacion del quemador de concentrado, las paletas directrices estan dispuestas en la zona de la parte inferior conica de la camara de gas de reaccion.
En una aplicacion del quemador de concentrado, hay una zona sin paletas directrices en la parte inferior en el extremo inferior adyacente al orificio de descarga. Esto puede facilitar la retirada de aglomeraciones desde las proximidades de las paletas directrices y todavia es posible proporcionar un angulo de remolino optimo para el gas de reaccion, determinado por las paletas directrices. Cabe senalar que las paletas directrices pueden ser colocadas tambien mas cerca del canal de entrada, dependiendo de las condiciones de las aplicaciones.
En una aplicacion del quemador de concentrado, el orificio de descarga anular de la camara de gas de reaccion, en la direction lateral y hacia el exterior, esta limitado por una parte de pared que tiene la forma de un cono truncado, que converge hacia abajo y hacia el interior en un angulo 0 con respecto al eje vertical. Dicha inclination hacia el interior de la pared exterior del orificio de descarga anular es ventajosa, ya que puede ser usada ademas para mejorar la estabilidad de la llama, aumentar el tiempo de procesamiento de las partlculas de la mezcla de concentrado, mejorar el mezclado y la reaccion quimica, y proporcionar una forma de llama preferible. En las estructuras de los quemadores mas conocidos, la parte de pared troncoconica indicada anteriormente se expande hacia abajo y hacia el exterior en un angulo con respecto al eje vertical, causando una velocidad radial positiva en el flujo turbulento que se descarga desde el orificio de descarga, lo que a su vez puede resultar en un mal mezclado del gas de reaccion y las partlculas de la mezcla de concentrado y, de esta manera, podria resultar en condiciones de flujo desfavorables para la reaccion quimica y la combustion. La velocidad radial positiva aumenta con la cantidad de turbulencia creciente. Una elevada
turbulencia que tiene una velocidad tangencial alta puede tener una velocidad radial positiva tan grande que la llama puede expandirse (lo cual no es bueno para el revestimiento refractario del horno), y puede producirse una combustion inestable. Bajo el efecto de las fuerzas centrifugas que se producen en las condiciones de flujo turbulento, junto con la velocidad positiva radial, algunas particulas de la mezcla de concentrado pueden llegar tambien a la pared del horno. 5 Con una disposicion en la que el orificio de descarga anular de la camara de gas de reaccion, en la direction lateral y hacia el exterior, esta limitado por la parte de pared troncoconica que converge hacia abajo y hacia el interior en un angulo 0 con respecto al eje vertical, se proporciona una velocidad radial negativa en el flujo turbulento descargado desde el orificio de descarga. Dependiendo del angulo 0 de inclination hacia el interior, todavia puede producirse la velocidad radial positiva en un flujo turbulento muy fuerte que tiene una velocidad tangencial muy alta, pero en 10 comparacion con el quemador convencional, esta velocidad radial positiva puede reducirse considerablemente. La ubicacion exacta de las reacciones de la zona de descarga se desplaza mas probablemente a un lugar que esta mas aguas abajo, debido a la zona de convergencia continua hacia abajo. Con la ayuda del angulo indicado anteriormente, se proporciona un patron de flujo preferible para estabilizar la llama, se mejora la reaccion quimica, y se proporciona una forma de llama preferible (no demasiado ancha y no demasiado larga). Esto resulta en una mayor eficiencia de uso 15 de oxigeno que, tal como se ha indicado anteriormente, es critica en la fusion directa blister y, en cierta medida, tambien en el procedimiento DON.
En una aplicacion del quemador de concentrado, el angulo 0 es de aproximadamente 20° a 50°, preferiblemente de aproximadamente 30° a 35°.
En una aplicacion del quemador de concentrado, el quemador de concentrado incluye un cuerpo de ajuste, que esta 20 dispuesto alrededor del tubo de alimentation para ser movil bajo el control y en la direccion del tubo de alimentation para ajustar el area de la section transversal del orificio de descarga. El quemador de concentrado incluye ademas barras de ajuste, que estan dispuestas en el exterior del tubo de alimentacion para mover el cuerpo de ajuste. Ademas, el quemador de concentrado incluye un tubo de revestimiento, que esta adaptado para rodear el tubo de alimentacion y las barras de ajuste para proporcionar un flujo turbulento esencialmente inalterado en la camara de gas de reaccion. 25 Las barras de ajuste que estan cubiertas con el tubo de revestimiento no influyen en el flujo, de manera que se producen el menor numero de perturbaciones posible en el flujo en la camara de gas de reaccion.
Lista de figuras
A continuation, la invention se describe en detalle por medio de realizaciones ejemplares y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que
30 La Fig. 1 muestra una seccion transversal esquematica de una realization del quemador de concentrado segun la invencion;
La Fig. 2 muestra el quemador de concentrado de la Fig. 1 segun se observa en la direccion II-II;
La Fig. 3 muestra la seccion III-III de la Fig. 1; y La Fig. 4 muestra un detalle ampliado A de la Fig. 1.
35 Descripcion detallada de la invencion
La Fig. 1 muestra un quemador de concentrado que esta instalado en la parte superior de la torre 1 de reaccion de un horno de fusion rapida para alimentar una mezcla de concentrado pulverulento y gas de reaccion a la torre 1 de reaccion del horno de fusion rapida.
El quemador de concentrado incluye un tubo 2 de alimentacion, en el que su orificio 3 se abre a la torre de reaccion 40 para alimentar la mezcla de concentrado a la torre 1 de reaccion. En el interior del tubo 2 de alimentacion, hay un dispositivo 4 de dispersion que esta colocado concentricamente, que se extiende a una distancia desde el orificio 3 hacia el interior de la torre 1 de reaccion. El dispositivo 4 de dispersion dirige el gas que se alimenta a traves del mismo desde el borde inferior del dispositivo hacia un lado hacia el flujo de la materia solida dirigido hacia abajo fuera del dispositivo de dispersion. Ademas, el quemador de concentrado incluye un dispositivo 5 de suministro de gas para 45 alimentar el gas de reaccion a la torre 1 de reaccion. El dispositivo de suministro de gas incluye una camara 6 de gas de reaccion, que esta situada fuera de la torre 1 de reaccion y se abre a la torre 1 de reaccion a traves de un orificio 7 de descarga anular que rodea el tubo 2 de alimentacion concentricamente. El gas de reaccion descargado desde el orificio 7 de descarga es mezclado con la materia solida pulverulenta descargada desde la mitad del tubo 2 de alimentacion para formar una suspension, en el que la materia solida en las proximidades del orificio 7 es dirigida hacia 50 un lado por medio del gas que es soplado desde el dispositivo de dispersion.
La camara 6 de gas de reaccion esta formada en una camara de flujo turbulento para proporcionar un flujo turbulento de gas de reaccion descargado desde el orificio 7 de descarga. Para este proposito, la camara 6 de reaccion incluye una parte 8 cilindrica superior, a la que se abre tangencialmente un canal 9 de entrada. El gas de reaccion entra al
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interior de la camara 6 de reaccion en una direccion tangencial, generando un flujo turbulento del gas de reaccion, que avanza conicamente desde la parte 8 superior cilindrica a traves de la parte 10 conica inferior, convergente hacia abajo, y fuera del orificio 7 de descarga. En la camara 6 de gas de reaccion, hay palas 12 directrices dispuestas para definir el angulo de remolino del flujo turbulento de gas de reaccion. Las paletas 12 directrices estan dispuestas en la zona de la parte 10 inferior conica de la camara 6 de gas de reaccion. En el extremo inferior adyacente al orificio 7 de descarga de la parte 10 inferior, hay una zona sin palas 12 directrices.
Tal como se muestra en la Fig. 2, el canal 9 de entrada tiene una seccion transversal rectangular.
La Fig. 3 muestra que en el canal 9 de entrada, hay un miembro 11 de ajuste dispuesto para ajustar el area de la seccion transversal del flujo de gas de reaccion. El miembro 11 de ajuste comprende una valvula de ajuste, que es
controlada para que sea movil a traves del canal 9 de entrada en un angulo con relacion a su direccion longitudinal y en
una direccion esencialmente tangencial a la camara 6 de gas de reaccion. La valvula 11 de ajuste puede ser usada para ajustar la velocidad del flujo de entrada del gas de reaccion.
Las Figs. 1 y 3 muestran que el quemador de concentrado incluye un cuerpo 14 de ajuste, que esta dispuesto alrededor del tubo de alimentacion para ser movil bajo el control y en la direccion del tubo de alimentacion para ajustar el area de la seccion transversal del orificio 7 de descarga. Las barras 15 de ajuste, que estan dispuestas fuera del tubo 2 de alimentacion para mover el cuerpo 14 de ajuste. Un tubo 16 de revestimiento, que esta adaptado para rodear el tubo 2 de alimentacion y las barras 15 de ajuste para proporcionar un flujo turbulento esencialmente inalterado en la camara de gas de reaccion.
La Fig. 4 muestra que el orificio 7 de descarga anular de la camara 6 de gas de reaccion, en la direccion lateral y hacia el exterior, esta limitado por una parte 13 de pared troncoconica, que converge hacia abajo y hacia el interior con un
angulo 0 con respecto al eje vertical. El angulo 0 es de aproximadamente 20° a 50°, preferiblemente de
aproximadamente 30° a 35°.
La invencion no se limita solo a las realizaciones ejemplares anteriores, sino que son posibles diversas modificaciones dentro de la idea inventiva definida por las reivindicaciones.
Claims (9)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Un quemador de concentrado para alimentar una mezcla de concentrado pulverulento y gas de reaccion a la torre (1) de reaccion de un horno de fusion rapida, que comprende- un tubo (2) de alimentacion para alimentar la mezcla de concentrado a la torre (1) de reaccion, en el que el orificio (3) del tubo de alimentacion se abre a la torre de reaccion,- un dispositivo (4) de dispersion, que esta dispuesto concentricamente dentro del tubo (2) de alimentacion y que se extiende a una distancia desde el orificio en el interior de la torre (1) de reaccion, para dirigir el gas de dispersion a la mezcla de concentrado que fluye alrededor del dispositivo de dispersion,- un dispositivo (5) de suministro de gas para alimentar el gas de reaccion a la torre (1) de reaccion, en el que el dispositivo de suministro de gas incluye una camara (6) de gas de reaccion, que esta fuera de la torre de reaccion y que se abre a la torre (1) de reaccion a traves de un orificio (7) de descarga anular que rodea el tubo (2) de alimentacion de manera concentrica para mezclar el gas de reaccion descargado desde el orificio de descarga con la materia solida pulverulenta descargada desde la mitad del tubo de alimentacion, en el que la materia solida es dirigida hacia los lados por medio del gas de dispersion, en el que la camara (6) de gas de reaccion esta formada en una camara de flujo turbulento para proporcionar un flujo turbulento del gas de reaccion descargado desde el orificio (7) de descarga, un canal (9) de entrada que se abre tangencialmente a la camara (6) de gas de reaccion para dirigir el gas de reaccion a la camara de gas de reaccion en una direccion tangencial, caracterizado por que un miembro (11) de ajuste esta dispuesto en el canal (9) de entrada para ajustar el area de la seccion transversal del flujo de gas de reaccion, y en el que la camara (6) de gas de reaccion incluye una parte (8) superior cillndrica, a la que se abre tangencialmente el canal (9) de entrada, y una parte (10) inferior conica, que converge conicamente desde la parte (8) superior cillndrica hacia abajo hacia el orificio (7) de descarga.
- 2. Quemador de concentrado segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el canal (9) de entrada tiene una seccion transversal rectangular.
- 3. Quemador de concentrado segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que, en la camara (6) de gas de reaccion, las paletas (12) directrices estan dispuestas para definir un angulo de remolino del flujo turbulento de gas de reaccion.
- 4. Quemador de concentrado segun la reivindicacion 3, caracterizado por que las paletas (12) directrices estan dispuestas en la zona de la parte (10) inferior conica de la camara (6) de gas de reaccion.
- 5. Quemador de concentrado segun la reivindicacion 3 o 4, caracterizado por que la parte (10) inferior comprende una zona sin paletas (12) directrices adyacente al orificio (7) de descarga.
- 6. Quemador de concentrado segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el orificio (7) de descarga anular de la camara (6) de gas de reaccion, en la direccion lateral y hacia el exterior, esta limitado por una parte (13) de pared troncoconica, que converge hacia abajo y hacia dentro en un angulo 0 con respecto al eje vertical.
- 7. Quemador de concentrado segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el angulo 0 es de aproximadamente 20° a 50°.
- 8. Quemador de concentrado segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el angulo 0 es de aproximadamente 30 a 35°.
- 9. Quemador de concentrado segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que incluye un cuerpo (14) de ajuste, que esta dispuesto alrededor del tubo (2) de alimentacion para ser movil bajo el control y en la direccion del tubo de alimentacion para ajustar el area de la seccion transversal del orificio (7) de descarga; barras (15) de ajuste, que estan dispuestas fuera del tubo (2) de alimentacion para mover el cuerpo (14) de ajuste; y un tubo (16) de revestimiento, que esta adaptado para rodear el tubo (2) de alimentacion y las barras (15) de ajuste para proporcionar un flujo turbulento esencialmente inalterado en la camara de gas de reaccion.
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