ES2332046T3 - Aparato quemador. - Google Patents
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Abstract
Un aparato quemador que comprende: una tobera (11) de suministro de combustible para suministrar un combustible: una tobera (12) de suministro de aire primario; unos medios para ajustar la cantidad de aire primario suministrada por medio de dicha tobera (12) de suministro de aire primario a una cantidad de aire primario inferior a la teórica en base al combustible suministrado desde la tobera (11) de suministro de combustible; una sección (13) de combustión primaria para quemar dicho combustible y dicho aire primario; y dos o más toberas (14) de suministro de aire secundario las cuales están inclinadas hacia fuera con respecto a dicha sección de combustión primaria (13) en un ángulo de 1º a 4º y dispuestas en un emplazamiento exterior a la periferia de la sección de combustión primaria (13) y que sirven para suministrar un aire secundario, caracterizado porque el aparato quemador comprende solo dos o más toberas (14) de suministro de aire secundario y las dos o más toberas (14) de suministro de aire secundario están dispuestas en emplazamientos situados dentro de una extensión angular de 160º con respecto al centro de dicha sección de combustión primaria (13).
Description
Aparato quemador.
La presente invención se refiere a un aparato
quemador. Más concretamente, la invención se dirige a la reducción
adicional de la producción de gases NOx del aparato quemador, en la
que los gases de escape de la combustión pueden contener una
cantidad reducida de gases NOx, incluyendo el aparato quemador una
tobera de suministro de combustible para suministrar un
combustible; una tobera de suministro de aire primario para
suministrar una cantidad de aire primario inferior a la teórica en
base al combustible suministrado desde la tobera de suministro de
combustible: una sección de combustión primaria para quemar el
combustible referido y el aire primario; unas toberas de suministro
de aire secundario dispuestas en posición por fuera de la periferia
de la sección de combustión primaria y que sirven para suministrar
un aire secundario.
A los fines de la protección medioambiental, se
han realizado tradicionalmente investigaciones acerca de los
procedimientos para reducir la cantidad de gases NOx presentes en
los gases de escape de la combustión como producto de la
combustión. Uno de los procedimientos para reducir la cantidad de
gases NOx en los gases de escape de la combustión se divulga en la
Publicación de Patente Examinada japonesa No.
55-30161. La publicación de patente propone un
aparato quemador adaptado para un funcionamiento de la combustión en
fases, incluyendo el aparato una tobera de suministro de
combustible para suministrar un combustible; una tobera de
suministro de aire primario para suministrar una cantidad de aire
primario inferior a la teórica en base al combustible suministrado
desde la tobera de suministro de combustible; una sección de
combustión primaria para quemar el combustible y el aire primario;
y una tobera de suministro de aire secundario dispuesto en posición
fuera de una periferia de la sección de combustión primaria y que
sirve para suministrar un aire secundario.
El aparato quemador adopta el siguiente sistema
para reducir la producción de gases NOx. Esto es, el combustible
referido es mezclado con una cantidad de aire primario inferior a la
teórica para efectuar una combustión incompleta (combustión
primaria). El aire secundario es suministrado a la llama de
combustión primaria para efectuar de esta manera una combustión
secundaria de forma que pueda reducirse una concentración de oxígeno
en una zona de combustión mientras la temperatura de la llama pueda
disminuir durante la combustión. De esta forma, se reduce la
producción de gases NOx.
Más recientemente, sin embargo, los estándares
medioambientales se han hecho más estrictos, existiendo una
reducción adicional de la cantidad de gases NOx presentes en los
gases de escape de la combustión. El aparato quemador convencional
de acuerdo con lo referido con anterioridad no puede totalmente
cumplimentar esta exigencia. Por tanto, el aparato necesita ser
mejorado en mayor medida.
El documento 01/35022 A1 divulga un aparato
quemador de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Un objetivo de la invención es mejorar un
aparato quemador para conseguir una reducción adicional de los gases
NOx presentes en los gases de escape de la combustión, estando el
aparato adaptado para un funcionamiento de la combustión por etapas
y que incluye: una tobera de suministro de combustible para
suministrar un combustible; una tobera de suministro de aire
primario para suministrar una cantidad de aire primario inferior a
la teórica en base al combustible suministrado desde la tobera de
suministro de combustible; una sección de combustión primaria para
quemar el combustible y el aire primario; y una tobera de suministro
de aire secundario situado en posición por fuera de una periferia
de la sección de combustión primaria y que sirve para suministrar un
aire secundario.
Un aparato quemador de acuerdo con la invención
comprende las características distintivas de la reivindica-
ción 1.
ción 1.
Cuando el aire secundario es suministrado dentro
de la tobera de suministro de aire secundario inclinada hacia fuera
con respecto a la sección de combustión primaria, tal y como se
propone mediante el aparato quemador de la reivindicación 1, el
aire secundario no es suministrado directamente a una llama de
combustión primaria de la combustión primaria en la sección de
combustión primaria. El aire secundario es más bien difundido,
situándose así progresivamente en contacto con la llama de
combustión primaria que va a ser quemada. Por tanto, la combustión
secundaria se lleva a cabo en un área más amplia. Como resultado de
ello, la elevación de la temperatura de la llama durante la
combustión de la llama se suprime de forma que se reduce la
producción de gases NOx.
Si la inclinación hacia fuera de la tobera de
suministro de aire combustible con respecto a la sección de
combustión primaria es demasiado grande, el aire secundario
suministrado desde la tobera de suministro de aire secundario no
consigue situarse suficientemente en contacto con la llama de
combustión primaria y por tanto, la combustión secundaria no se
lleva a cabo completamente. Si, por otro lado, esta inclinación es
demasiado pequeña, el aire secundario suministrado desde la tobera
de suministro de aire secundario directamente contacta con la llama
de combustión primaria para efectuar la combustión secundaria de
forma que la temperatura de la llama de la combustión secundaria es
demasiado alta. Por esta razón, la inclinación referida se limita a
una extensión de 1º a 4º.
Se disponen dos o más toberas de suministro de
aire secundario, de acuerdo con lo propuesto mediante el aparato
quemador de la invención. Si las dos o más toberas de suministro de
aire secundario están dispuestas en una extensión angular de 160º
con respecto al centro de la sección de combustión primaria, los
flujos del aire secundario expulsados desde las toberas de
suministro de aire secundario son desviados en el horno de forma
que el aire secundario es difundido en el horno para situarse en
contacto con la llama de combustión primaria. De esta forma se
proporciona la combustión secundaria en un área más amplia. Ello
resulta eficaz para suprimir en mayor medida la elevación de la
temperatura de la llama de la combustión secundaria y por tanto, la
producción de gases NOx se reduce en una medida todavía mayor.
El aparato quemador de la invención puede así
mismo resultar dispuesto de manera que la porción de medios
regenerativos se disponga en una porción de introducción del aire
secundario para introducir el aire secundario en las toberas de
suministro de aire secundario, mientras que un dispositivo de
aspiración está dispuesto para aspirar los gases de escape de la
combustión existentes en el horno. Durante el tiempo de no
combustión cuando el aire secundario no es suministrado desde las
toberas de suministro de aire secundario, el dispositivo de aire
referido puede ponerse en funcionamiento para aspirar los gases de
escape de la combustión existentes en el horno y para introducir
los gases de escape hasta la porción de los medios regenerativos
expuestos por medio de las toberas de suministro de aire
secundario. De esta forma, la energía térmica de los gases de escape
de la combustión se almacena en la porción de medios
regenerativos.
Cuando de nuevo se lleva a cabo una operación de
combustión, el aire secundario puede ser suministrado a las toberas
de suministro de aire secundario por medio de la porción de medios
regenerativos que almacenan la energía térmica de los gases de
escape de la combustión, de manera que el aire secundario calentado
es introducido en el horno desde las toberas de suministro de aire
secundario utilizado para la combustión. Como resultado de ello, el
coste de explotación se reduce porque una cantidad reducida de
combustible puede ser suministrada desde la tobera de suministro de
combustible para calentar el interior del horno a una temperatura
predeterminada.
Con el fin de proporcionar un procedimiento
continuo de la combustión utilizando dicho aparato quemador, puede
proporcionarse al menos un par de aparatos de quemador. Uno de los
aparatos de quemador lleva a cabo la operación de combustión.
Mientras tanto, el otro aparato no lleva a cabo la operación de
combustión pero introduce gases de escape de la combustión en el
horno hasta la porción de medios regenerativos por medio de las
toberas de suministro de aire secundario, posibilitando con ello
que la porción de medio degenerativos almacene la energía térmica
de los gases de escape de la combustión. Dichas operaciones pueden
ser conmutadas entre estos aparatos para llevar a cabo de modo
alternativo la operación de combustión.
Estos y otros objetivos, ventajas y
características distintivas de la invención se pondrán de manifiesto
a partir de la descripción subsecente de la misma en combinación
con los dibujos que se acompañan, los cuales ilustran formas de
realización específicas de la invención.
La Fig. 1 es una vista en sección que ilustra un
aparato quemador de acuerdo con una forma de realización 1 de la
invención;
la Fig. 2 es una vista frontal del aparato
quemador de la forma de realización referida 1 vista desde el
interior de un horno;
la Fig. 3 es una vista frontal del aparato
quemador visto desde el interior del horno para ilustrar un aparato
quemador referencial que incluye una sola tobera de suministro de
aire secundario; y
la Fig. 4 es una vista en sección que ilustra un
aparato quemador de acuerdo con una forma de realización 2 de la
invención.
A continuación se describirá de manera
específica, con referencia a los dibujos que se acompañan, un
aparato quemador de acuerdo con una forma de realización de la
invención. Debe destacarse que el aparato quemador de la invención
no está limitado a las formas de realización que se exponen
seguidamente sino que pueden efectuarse cambios o modificaciones en
ellas de acuerdo con lo requerido, en tanto dichos cambios o
modificaciones no se desvíen del efecto de la invención.
Forma de Realización
1
De acuerdo con un aparato quemador de una forma
de realización 1, como se muestra en las Figs. 1 y 2, un combustible
es suministrado a una sección de combustión primaria 13 por medio
de una tobera de suministro de combustible 11 mientras que una
cantidad de aire primario inferior a la teórica en base al
combustible referido es introducida en una tobera de suministro de
aire primario 12 delimitada externamente respecto de la tobera de
suministro de combustible 11. Unas paletas rotatorias 12a
dispuestas en la tobera de suministro de aire primario 12 actúan
para suministrar de forma turbulenta el aire primario a la sección
de combustión primaria 13, posibilitando de esta forma que el
combustible y el aire primario así suministrado se quemen en la
sección de combustión primaria 13. Una llama de combustión primaria
es introducida en un horno 1.
Cuando la cantidad de aire primario superior a
la teórica y el combustible se dejan quemar en la sección de
combustión primaria 13, una combustión primaria en la sección de
combustión primaria 13 es incompleta de manera que se suprime la
producción de gases NOx debido a la temperatura reducida de la llama
de combustión primaria introducida en el horno 1. Esporádicamente,
la cantidad de aire primario suministrado por medio de la tobera de
suministro de aire primario mencionada puede ser ajustada a un
factor de, de forma aproximada, 0,35 a 0,8 en base a la cantidad de
aire teórica.
En el aparato quemador de la forma de
realización 1, están dispuestas dos toberas de suministro de aire
secundario 14 para suministrar un aire secundario en emplazamientos
por fuera de la periferia de la sección de combustión primaria
referida 13 y dentro de una extensión angular de 160º con respecto
al centro de la sección de combustión primaria 13. Así mismo, las
referidas dos toberas 14 de suministro de aire secundario están cada
una inclinada hacia fuera con respecto a la sección de combustión
primaria 13. El aire secundario es suministrado a las dos toberas
14 de suministro de aire secundario por medio de una porción de
introducción 15 de aire secundario para que sea expulsado hacia el
interior del horno 1 a través de las toberas individuales 14 de
suministro de aire secundario.
Cuando el aire secundario es expulsado hasta el
interior del horno 1 por medio de las toberas 14 de suministro de
aire secundario individualmente inclinadas hacia fuera con respecto
a la sección de combustión primaria 13, el aire secundario no es
suministrado directamente a la llama de combustión primaria que va a
ser quemada. El aire secundario expulsado desde las respectivas
toberas 14 de suministro de aire secundario es más bien difundido
de forma progresiva para situarse en contacto con la llama de
combustión primaria que va a ser quemada. Mientras tanto, los
flujos del aire secundario del horno 1 son desviados de manera que
el aire secundario se pone en contacto con la llama de combustión
primaria tal como se difunde en el horno 1. De esta forma, se
proporciona una combustión secundaria en un área más amplia. Por
tanto, la elevación de la temperatura de la llama de combustión
secundaria se suprime de manera que la producción de gases NOx se
reduce.
De acuerdo con el aparato quemador de la forma
de realización 1, se proporcionan dos toberas 14 de suministro de
aire secundario inclinadas hacia fuera con respecto a la sección de
combustión primaria 13. Es también posible disponer de un número
mayor de toberas 14 de suministro de aire secundario en tanto en
cuanto estas toberas estén dispuestas dentro de una sección angular
de 160º con respecto al centro de la sección de combustión primaria
13.
A continuación, se expondrán ejemplos
comparativos de la invención para demostrar que la producción de
gases NOx se reduce en un caso en el que el aparato quemador de la
forma de realización 1 se utiliza para llevar a cabo la
invención.
Un aparato quemador del Ejemplo 1 fue dispuesto
como sigue: esto es, el aparato quemador de la forma de realización
1 fue provisto de dos toberas 14 de suministro de aire secundario en
posiciones angulares definiendo un ángulo de 120º con respecto a un
centro de la sección de combustión primaria 13, disponiéndose cada
una de las toberas de suministro secundario inclinadas hacia fuera
con respecto a la sección de combustión primaria 13 en un ángulo de
2º.
Por otro lado, un aparato quemador del Ejemplo
Comparativo 1 se dispuso como sigue: el aparato se dispuso con seis
toberas 14 de suministro de aire secundario las cuales se
dispusieron a lo largo de una circunferencia global de la sección
de combustión primaria 13 y de manera que un par respectivo de
toberas contiguas 14 de suministro de aire secundario estuvieran en
unas posiciones angulares que definieran un ángulo de 60º con
respecto al centro de la sección de combustión primaria 13. Así
mismo, cada una de las toberas 14 de suministro de aire secundario
no estaba inclinada hacia fuera con respecto a la sección de
combustión primaria 13, sino extendidas rectas.
Un aparato quemador del Ejemplo Comparativo 2
fue dispuesto como sigue. De modo similar al aparato del Ejemplo 1,
dos toberas 14 de suministro de aire secundario quedan dispuestas en
posiciones angulares definiendo un ángulo de 120º con respecto al
centro de la sección de combustión primaria 13. Cada una de las
toberas 14 de suministro de aire secundario no estaba inclinada
hacia fuera con respecto a la sección de combustión primaria 13 sino
extendida recta.
El aparato quemador del Ejemplo Comparativo 3
fue dispuesto como sigue. Dos toberas de suministro de aire
secundario fueron dispuestas en posiciones angulares definiendo un
ángulo de 180º con respecto al centro de la sección de combustión
primaria 13. De modo similar al aparato del Ejemplo 1, cada una de
las toberas de suministro de aire secundario 14 estaba inclinada
hacia fuera con respecto a la sección de combustión primaria 13 en
un ángulo de 2º.
En cada uno de los aparatos de quemador del
Ejemplo 1 y de los Ejemplos Comparativos 1 a 3, la combustión se
llevó a cabo bajo las condiciones de: la relación de la cantidad
total del aire primario y del aire secundario con respecto a la
cantidad teórica de aire (relación del aire) oscilaba de 1,19 a
1,2; la temperaturas del aire primario y del aire secundario
(temperatura del aire) oscilaba de 450ºC a 456ºC; la temperatura
del horno (temperatura del horno) oscilaba de 1253ºC a 1270ºC, de
acuerdo con lo relacionado en la tabla siguiente 1. En cada
combustión, se determinó una concentración de gases NOx de los gases
de escape (convertidos en base a un 11% O_{2}). Los resultados se
relacionan en la tabla siguiente.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados indicaron que el aparato quemador
del Ejemplo 1 obtuvo una reducción considerable de la concentración
de gases NOx de los gases de escape, en comparación con los aparatos
de quemador de los Ejemplos Comparativos 1 a 3. El aparato del
Ejemplo 1 presenta la disposición en la que las dos toberas 14 de
suministro de aire secundario están dispuestas en las posiciones
angulares que definen un ángulo de 120º con respecto al centro de
la sección de combustión primaria 13 y están cada una inclinada
hacia fuera con respecto a la sección de combustión primaria 13 en
un ángulo de 2º.
\vskip1.000000\baselineskip
Forma de Realización
2
Un aparato quemador de la forma de realización 2
tiene la misma característica distintiva que el aparato quemador de
la forma de realización preferente 1 en el sentido de que el
combustible es suministrado a la sección de combustible 13 por
medio de la tobera de suministro de combustible 11 mientras que una
cantidad de aire primario inferior a la teórica en base al
combustible referido es introducida en la tobera 12 de suministro de
aire primario delimitado externamente respecto de la tobera 11 de
suministro de combustible. Las paletas rotatorias 12a, dispuestas
en la tobera 12 de suministro de aire primario funcionan para
suministrar de forma turbulenta el aire primario a la porción de
combustión primaria 13, permitiendo de esta forma que el combustible
del aire primario así suministrado se queme en la sección de
combustión primaria 13. La llama de combustión primaria es
introducida en el horno 1.
Por otro lado, las dos toberas 14 de suministro
de aire secundario para suministrar el aire secundario están
dispuestas en emplazamientos por fuera de la periferia de la sección
de combustión primaria 13 referida y dentro de una extensión
angular de 160º con respecto al centro de la sección de combustión
primaria 13. Así mismo, las dos toberas 14 de suministro de aire
secundario están cada una inclinada hacia fuera con respecto a la
sección de combustión primaria 13. El aire secundario es
suministrado a las dos toberas 14 de suministro de aire secundario
por medio de porción de introducción de aire secundario 15 para ser
expulsado al interior del horno 1 a través de las toberas 14 de
suministro de aire secundario.
Por consiguiente, el aparato quemador de la
forma de realización 2 suprime también la elevación de la
temperatura de la llama de la combustión secundaria de modo similar
al aparato de la forma de realización 1. Ello se traduce en la
producción disminuida de gases NOx.
Por otro lado, el aparato quemador de la forma
de realización 2 está asimismo provisto de una porción de medios
regenerativos 16 llena de un material de almacenaje de calor 16a
situado en la porción 15 de introducción de aire secundario para
introducir el aire secundario dentro de las toberas 14 de suministro
de aire secundario, como se muestra en la Fig. 4, así como de un
dispositivo de aspiración (no mostrado) para aspirar los gases de
escape de la combustión del horno 1.
El aparato quemador de la forma de realización 2
funciona como sigue en un caso en el que el aire secundario
referido no es expulsado desde las toberas 14 de suministro de aire
secundario y la combustión no se lleva a cabo. Los gases de escape
de la combustión son aspirados por el dispositivo de aspiración
referido para ser introducidos en la porción de medios
regenerativos referida 16 por medio de las toberas 14 de suministro
de aire secundario. El material de almacenaje de calor 16a de la
porción de medios regenerativos 16 se deja que almacene la energía
térmica de los gases de escape de la combustión y a continuación,
los gases de escape de la combustión son descargados por medio de
la porción de introducción 15 del aire secundario.
Cuando el aparato quemador lleva a cabo la
combustión de nuevo, después de que la energía térmica de los gases
de escape de la combustión queda almacenada en el material de
almacenaje de calor 16a de una porción de medios regenerativos 16,
el aire secundario es introducido en la porción de medios
regenerativos 16 por medio de la porción de introducción 15 de aire
secundario para ser calentado por el material de almacenaje de calor
16a que almacena la energía térmica. Entonces, el aire secundario
así calentado es expulsado al interior del horno 1 desde cada una
de las toberas 14 de suministro de aire secundario.
De acuerdo con esta disposición, el aire
secundario calentado actúa para calentar el interior del horno 1.
Por tanto, las toberas 11 de suministro de combustible deben
suministrar una cantidad de combustible reducida con el fin de
elevar la temperatura del horno 1 hasta un nivel predeterminado por
medio de la combustión de combustible.
Con el fin de conseguir un funcionamiento de la
combustión continuo utilizando dichos aparatos de quemador, pueden
disponerse al menos un par de aparatos de quemador los cuales puedan
funcionar alternativamente para llevar a cabo las operaciones
referidas.
Aunque la presente invención ha sido totalmente
descrita mediante el empleo de ejemplos, debe destacarse que para
los expertos en la materia resultará evidente la posibilidad de
efectuar cambios y modificaciones.
Por consiguiente, a menos que dichos cambios y
modificaciones se aparten de cualquier manera del alcance de la
presente invención deben interpretarse como incluidos en la presente
memoria.
Claims (2)
1. Un aparato quemador que comprende: una tobera
(11) de suministro de combustible para suministrar un combustible:
una tobera (12) de suministro de aire primario; unos medios para
ajustar la cantidad de aire primario suministrada por medio de
dicha tobera (12) de suministro de aire primario a una cantidad de
aire primario inferior a la teórica en base al combustible
suministrado desde la tobera (11) de suministro de combustible; una
sección (13) de combustión primaria para quemar dicho combustible y
dicho aire primario; y dos o más toberas (14) de suministro de aire
secundario las cuales están inclinadas hacia fuera con respecto a
dicha sección de combustión primaria (13) en un ángulo de 1º a 4º y
dispuestas en un emplazamiento exterior a la periferia de la sección
de combustión primaria (13) y que sirven para suministrar un aire
secundario,
caracterizado porque el aparato quemador
comprende solo dos o más toberas (14) de suministro de aire
secundario y las dos o más toberas (14) de suministro de aire
secundario están dispuestas en emplazamientos situados dentro de
una extensión angular de 160º con respecto al centro de dicha
sección de combustión primaria (13).
2. El aparato quemador de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende así mismo:
- una porción de medios regenerativos (16) dispuesta en una porción de introducción (15) de aire secundario para introducir el aire secundario dentro de las toberas (14) de suministro de aire secundario y servir para almacenar una energía térmica de los gases de escape de la combustión; y
- un dispositivo de aspiración adaptado para funcionar durante un tiempo de no combustión cuando el aire secundario no es suministrado desde dichas toberas (14) de suministro de aire secundario, para aspirar los gases de escape de la combustión dentro de un horno para introducir los gases de escape en dicha porción de medios regenerativos (16) por medio de las toberas (14) de suministro de aire secundario.
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