ES2625025T3 - Quemador de oxigás con encendido por incandescencia - Google Patents

Quemador de oxigás con encendido por incandescencia Download PDF

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Abstract

Quemador, que está equipado con al menos un suministro de combustible (4, 6) y al menos un suministro de agente oxidante (8, 9), que desembocan en una boquilla de quemador (3), así como con un dispositivo de encendido (10, 21) para encender una mezcla de combustible/agente oxidante que se forma delante de la boquilla de quemador (3), estando equipado el dispositivo de encendido (10, 21) con un elemento de calentamiento (12, 22) así como con medios para suministrar agente oxidante a al menos una superficie de calentamiento (15, 24) del elemento de calentamiento (12), caracterizado porque el dispositivo de encendido (10, 21) presenta un elemento de calentamiento tubular (12, 22) dispuesto dentro del al menos un suministro de combustible (4, 6), que está unido desde el punto de vista de la corriente a través de un conducto de agente oxidante (13) con el al menos un suministro de agente oxidante (8, 9) y en cuyo espacio interno está dispuesta la superficie de calentamiento (15) y/o porque el dispositivo de encendido (10, 21) comprende un soporte esencialmente cilíndrico (23), dispuesto dentro del al menos un suministro de combustible (4, 6), sobre cuya superficie envolvente está dispuesta la superficie de calentamiento (24), y un conducto de agente oxidante (13) unido desde el punto de vista de la corriente con el al menos un suministro de agente oxidante (8, 9), que está equipado con al menos una tobera (26) dirigida hacia la superficie de calentamiento (24).

Description

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DESCRIPCION
Quemador de oxigas con encendido por incandescencia
La invencion se refiere a un quemador, que esta equipado con al menos un suministro de combustible y al menos un suministro de agente oxidante, que desembocan en una boquilla de quemador, asf como con un dispositivo de encendido para encender una mezcla de combustible/agente oxidante que se forma delante de la boquilla de quemador.
En los quemadores de este tipo, que se denominan quemadores de mezclado exterior y en los que no esta prevista ninguna camara de mezclado ni estabilizador de la llama, el encendido tiene lugar en la actualidad habitualmente por medio de un dispositivo de encendido basado en chispas, que esta colocado en la zona de mezclado de combustible y agente oxidante, por regla general directamente delante de la desembocadura (la “boquilla de quemador”) del quemador en una camara de combustion, y en el que entre un electrodo conductor de corriente y la carcasa de quemador puesta a tierra se genera una chispa de encendido. Un ejemplo de un quemador con un dispositivo de encendido de este tipo se describe en el documento EP 0 363 787 A1. A este respecto, el dispositivo de encendido tiene que colocarse de manera muy exacta. Asf, entre el electrodo y la carcasa de quemador tiene que mantenerse una distancia de aproximadamente 1-2 mm. Si ambos elementos se tocan, no se produce ninguna chispa; si la distancia es demasiado grande o si el recorrido entre el electrodo y la carcasa de quemador esta bloqueado por suciedad, la chispa se enciende dentro del quemador o ni siquiera se enciende. Esta problematica se refuerza por la colocacion del dispositivo de encendido delante de la boquilla de quemador, dado que esta zona esta expuesta a altas diferencias de temperatura y ademas desde la camara de combustion pueden chocar salpicaduras de escoria con la boquilla de quemador. Ademas, el recambio o el mantenimiento de los aparatos de encendido requieren con frecuencia la extraccion de todo el quemador. Es especialmente delicada la situacion en los quemadores de combustible-oxfgeno, dado que estos presentan una forma constructiva relativamente delgada debido a la ausencia de transporte de nitrogeno, que dificulta no solo la colocacion exacta del dispositivo de encendido, sino en la que ademas el aparato de encendido dispuesto en la boquilla de quemador puede influir en el flujo de gas de combustible y/o agente oxidante.
Por tanto, la invencion se basa en el objetivo de mejorar el encendido en un quemador para combustibles gaseosos y/o lfquidos, en el sentido de que el esfuerzo de mantenimiento este reducido con respecto a los quemadores segun el estado de la tecnica.
Este objetivo se alcanza mediante un quemador con las caractensticas de la reivindicacion 1. Configuraciones ventajosas de la invencion se reivindican en las reivindicaciones dependientes.
El documento EP0427033 A2, como estado de la tecnica mas proximo, describe un quemador segun el preambulo de la reivindicacion 1.
El quemador segun la invencion se caracteriza por un denominado encendido por incandescencia, en el que el dispositivo de encendido esta equipado con un elemento de calentamiento asf como con medios para suministrar agente oxidante a al menos una superficie de calentamiento del elemento de calentamiento. Por tanto, segun la invencion el encendido no se desencadena mediante una chispa, sino que una corriente parcial de al menos un agente oxidante se pone en contacto termico con una superficie de calentamiento calentada hasta una temperatura elevada, de ese modo se calienta por su parte y a continuacion se mezcla con una corriente parcial de medio de combustible. En el caso de la superficie de calentamiento se trata, por ejemplo, de una bujfa de incandescencia o una espiral de calentamiento, que se calienta mediante un flujo de corriente y de ese modo se lleva hasta la incandescencia. La temperatura, hasta la que se calienta el medio al entrar en contacto con la superficie de calentamiento, tiene que ser suficiente para, durante el mezclado completo a continuacion de ambas corrientes parciales, superar al menos localmente la temperatura de ignicion de la mezcla de combustible/agente oxidante que se produce. Por ejemplo, el medio se calienta hasta una temperatura de mas de 900°C. En los puntos en los que se supera la temperatura de ignicion, los medios reaccionan entre sf formando una llama o llamas individuales, que a continuacion bajo la presion de las corrientes parciales que siguen se llevan hacia fuera en forma de mechas de llama hasta la boquilla de quemador y delante de la boquilla de quemador encienden la mezcla de combustible/agente oxidante formada por las corrientes principales de combustible y agente oxidante, que a continuacion sigue quemandose por sf sola. La invencion evita desventajas considerables, que estan asociadas con los encendedores de chispa usuales; en particular no es necesaria una colocacion ni exacta ni constante de manera duradera de un electrodo, ni el aparato de encendido tiene que necesariamente en la zona delante de la boquilla de quemador.
Como combustibles para el quemador segun la invencion son igualmente adecuados combustibles gaseosos, como por ejemplo gas natural, asf como partfculas solidas fluidizadas (polvos) o combustibles lfquidos pulverizados para dar un aerosol. Como agente oxidante puede utilizarse aire o un gas enriquecido con oxfgeno, de manera especialmente preferible es adecuado el oxfgeno puro con una concentracion de oxfgeno de mas del 90% en volumen. El funcionamiento del dispositivo de encendido, es decir la aplicacion de agente oxidante y/o combustible a la superficie de calentamiento calentada es solo durante el tiempo del El suministro de combustible habitualmente ya
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no esta dispuesto con el medio que debe calentarse en cada caso una cierta duracion agente oxidante estar prevista una incandescencia previa de la superficie de calentamiento de por ejemplo hasta 60 segundos.
Los encendedores por incandescencia ya se conocen en sf por dispositivos para encender combustible solido. Asf, en el documento EP 1 972 853 A1 se describe un encendido por incandescencia. El dispositivo de encendido es
En una forma de realizacion preferida de la invencion, el dispositivo de encendido comprende un elemento de calentamiento tubular, dispuesto dentro del suministro de combustible, que esta unido desde el punto de vista de la corriente a traves de un conducto de agente oxidante con el suministro de agente oxidante y en cuyo espacio interno esta dispuesta la superficie de calentamiento. Es decir, en esta forma de realizacion de la invencion se introduce al menos durante el tiempo de la operacion de encendido una corriente parcial del agente oxidante que fluye a traves del suministro de agente oxidante a traves del conducto de agente oxidante en el elemento de calentamiento tubular, en el que se calienta mediante el contacto termico con la superficie de calentamiento, para mezclarse a continuacion en la salida del elemento de calentamiento tubular con al menos una corriente parcial del combustible gaseoso que fluye a traves del suministro de combustible. A este respecto, el calentamiento de la corriente parcial de agente oxidante mediante la superficie de calentamiento tiene que ser suficiente para encender la mezcla formada en la salida del elemento de calentamiento de corriente parcial de agente oxidante y la corriente parcial del combustible que entra en contacto con la misma. La mezcla de corrientes parciales que reaccionan entre sf formando una o varias llamas se lleva hacia fuera mediante la corriente principal del combustible que fluye en el suministro de combustible hasta la boquilla de quemador y enciende la mezcla de combustible y agente oxidante inflamable que se encuentra delante de la boquilla de quemador. El dispositivo de calentamiento tubular esta disenado preferiblemente como tubo esencialmente cilmdrico, que esta alojado preferiblemente en paralelo al eje, pero no necesariamente coaxialmente dentro del suministro de combustible. La superficie de calentamiento comprende en particular un elemento de calentamiento electrico, por ejemplo una espiral de calentamiento dispuesta dentro del elemento de calentamiento tubular, una bujfa de incandescencia o un conductor de calentamiento enrollado sobre un soporte de un material, que puede utilizarse de manera duradera a temperaturas de ignicion elevadas de por ejemplo 900°C a 1200°C. Para controlar durante la operacion de encendido la alimentacion de agente oxidante mediante el conducto de agente oxidante, este esta equipado preferiblemente con una valvula de control.
Una configuracion alternativa del elemento de calentamiento segun la invencion preve que el dispositivo de encendido comprenda un elemento de calentamiento esencialmente cilmdrico, dispuesto dentro del suministro de combustible, sobre cuya superficie envolvente esta dispuesta la superficie de calentamiento, y un conducto de agente oxidante unido desde el punto de vista de la corriente con el suministro de agente oxidante, que esta unido desde el punto de vista de la corriente con al menos una tobera dirigida hacia la superficie de calentamiento. Por tanto, en esta configuracion se conduce una corriente parcial de la corriente de agente oxidante durante la operacion de encendido a traves del conducto de agente oxidante hasta una o varias toberas y se evacua a traves de las mismas sobre la superficie de calentamiento calentada. En el caso del elemento de calentamiento se trata preferiblemente de un elemento de calentamiento electrico, por ejemplo de una bujfa de incandescencia. A este respecto, dado que el elemento de calentamiento se encuentra dentro del suministro de combustible, ya durante o antes del contacto con la superficie de calentamiento se produce un mezclado con al menos una corriente parcial del combustible circundante. Tambien en este caso el conducto de agente oxidante esta equipado preferiblemente con una valvula de control, para, tras la finalizacion de la operacion de encendido, impedir la alimentacion de agente oxidante.
Preferiblemente, el elemento de calentamiento esta dispuesto retrafdo con respecto a la boquilla de quemador, para salvarse del elevado estres termico y el ensuciamiento con salpicaduras de escoria durante el funcionamiento en continuo del quemador. En las formas de realizacion mencionadas anteriormente, en las que el elemento de calentamiento esta dispuesto dentro del suministro de combustible, entre el segmento de extremo del lado de desembocadura del elemento de calentamiento y la boquilla de quemador hay una separacion axial preferiblemente de al menos 10 cm, de manera especialmente preferible de al menos 20 cm.
Una configuracion ventajosa del quemador segun la invencion preve que el suministro de combustible y el suministro de agente oxidante esten dispuestos coaxialmente entre sf. En este caso, el dispositivo de encendido esta dispuesto por ejemplo dentro de un suministro de combustible coaxialmente interno y esta unido desde el punto de vista de la corriente a traves de un suministro de corriente parcial que puede cerrarse por medio de una valvula con el suministro de agente oxidante de tal manera que durante la fase de encendido se suministra una corriente parcial del agente oxidante a traves del suministro de corriente parcial del dispositivo de encendido.
Una forma de realizacion todavfa mas ventajosa de la invencion preve que dentro de la carcasa de quemador este dispuesto un suministro separado espacialmente del suministro de agente oxidante y del suministro de combustible, pero desde el punto de vista de la mecanica de fluidos conectable con los mismos, dentro del que esta dispuesto un dispositivo de calentamiento, al que durante la duracion de la operacion de encendido se le aplica una mezcla de combustible/agente oxidante. En este caso, resulta indiferente si el suministro de combustible y el suministro de agente oxidante estan dispuestos coaxialmente entre sf o no. Tambien en esta configuracion, el dispositivo de calentamiento se aloja en el suministro preferiblemente separado al menos 10 cm de la desembocadura.
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Convenientemente, el dispositivo de encendido comprende un elemento de calentamiento que se acciona electricamente. A este respecto, se trata por ejemplo de una varilla de calefaccion electrica, una bupa de incandescencia, una espiral de calentamiento electrica, un cuerpo de calefaccion plano electrico, un cuerpo de calefaccion anular electrico o un alambre conductor de calentamiento electrico colocado sobre un soporte ceramico. El elemento de calentamiento debena seleccionarse de tal manera que sea adecuado de manera duradera para altas temperaturas de ignicion de por ejemplo 900°C a 1200°C. Mediante la alta temperatura se calienta el medio que se hace pasar por la superficie de calentamiento del conductor de calentamiento, por ejemplo la varilla de incandescencia de una bujfa de incandescencia, tanto que durante el mezclado completo simultaneo o posterior con el en cada caso otro medio se supera al menos localmente la temperatura de ignicion de la mezcla de por ejemplo 640°C (gas natural/aire).
Basicamente, la invencion es adecuada tanto para quemadores, que funcionan con aire como agente oxidante, como para quemadores, que utilizan oxfgeno para ello. Resulta especialmente ventajoso un quemador de combustible/oxfgeno segun la invencion, en el que al menos un suministro de agente oxidante esta configurado como suministro de oxfgeno y esta unido a nivel de corriente con una fuente para oxfgeno puro (con un porcentaje de oxfgeno de >90% en volumen). En tales quemadores, los problemas asociados con los encendedores de chispa son, debido al tamano constructivo reducido como consecuencia de la ausencia de transporte de nitrogeno en comparacion con quemadores de combustible/aire, especialmente evidentes, de modo que las ventajas del quemador segun la invencion surten efecto de manera especialmente clara.
Mediante los dibujos se explicaran a continuacion mas detalladamente ejemplos de realizacion de la invencion. En vistas esquematicas muestran:
Durante el funcionamiento del quemador 1 se conduce combustible a traves del suministro de combustible 4 y agente oxidante a traves del suministro de agente oxidante 8. La corriente de combustible atraviesa el canal de combustible 6 y entra por la boquilla de quemador 3 en la camara de combustion, donde se mezcla con la corriente de agente oxidante guiado a traves del canal de agente oxidante 9 para dar una mezcla inflamable. Para encender esta mezcla de combustible/agente oxidante, el serpentm de calentamiento 1, 65 se calienta mediante la conexion de la alimentacion de corriente 18 electricamente hasta una 9 alta temperatura de por ejemplo 900°C a 1200°C. Al mismo tiempo se abre la valvula de control 14, con lo cual una corriente parcial del agente oxidante fluye a traves del conducto de agente oxidante 13 y desde allf a traves del elemento de calentamiento 12. En la salida 19 del elemento de calentamiento 12 se mezcla la corriente parcial de agente oxidante calentada con al menos una corriente parcial del combustible conducido a traves del canal de combustible 6. A este respecto, la temperatura, hasta la que se calienta la corriente parcial de agente oxidante mediante el contacto con el serpentm de calentamiento 15, se selecciona de tal manera que es suficiente para que al menos una parte de la mezcla de combustible/agente oxidante que se forma delante de la salida 19 del elemento de calentamiento se encienda espontaneamente. Por motivos de ahorro de tiempo, dado el caso puede tener lugar un calentamiento previo del serpentm de calentamiento 15, para que con el paso de la corriente parcial de agente oxidante ya se alcance la temperatura de encendido necesaria. Mediante la reaccion del combustible con el agente oxidante se forman mechas de llama, que se llevan hacia fuera mediante la presion del combustible siguiente hasta la boquilla de quemador 3 y encienden la mezcla allf presente formada por las corrientes principales de combustible y agente oxidante. Tras tener lugar el encendido, esta mezcla sigue quemandose por sf sola. Tras finalizar la operacion de encendido se interrumpe la alimentacion de corriente 18 del serpentm de calentamiento 15 y se cierra la valvula de control 14.
El quemador 20 representado en la figura 2 se diferencia del quemador 1 unicamente por detalles del dispositivo de encendido. El dispositivo de encendido 21 del quemador 20 comprende un elemento de calentamiento 22, en cuyo caso se trata en el ejemplo de realizacion de un soporte cilmdrico 23, preferiblemente construido de ceramica, que esta envuelto por una superficie de calentamiento electricamente conductora, por ejemplo un serpentm de calentamiento 24. Sin embargo, alternativamente puede utilizarse tambien otro elemento de calentamiento que puede calentarse en su superficie externa, por ejemplo una bujfa de incandescencia o una bujfa de incandescencia. Ademas, el conducto de agente oxidante 13 desemboca en una disposicion de toberas 25, que comprende varias toberas 26, que por ejemplo estan dispuestas separadas radialmente del soporte cilmdrico 23 a distancias angulares iguales y estan dirigidas en cada caso hacia el serpentm de calentamiento 24.
Para encender el quemador 20 se calienta el serpentm de calentamiento 24 mediante la conexion de la alimentacion de corriente 18. A continuacion se conduce agente oxidante a traves del conducto de agente oxidante 13 y sale por las toberas 26 en direccion hacia el serpentm de calentamiento 24. Al mismo tiempo, el agente oxidante se mezcla allf con una corriente parcial del combustible circundante, conducido a traves del suministro de combustible 4, 6, para dar una mezcla inflamable. A este respecto, el serpentm de calentamiento 24 se calienta de tal manera que se alcanza o se supera la temperatura de ignicion de esta mezcla, es decir los componentes de la mezcla empiezan, al menos localmente en el entorno inmediato del elemento de calentamiento 22, a reaccionar entre sf. Mediante la reaccion se forman mechas de llama, que se llevan hacia fuera mediante la presion de la corriente de combustible siguiente hacia la boquilla de quemador 3 y enciende la mezcla allf presente formada por las corrientes principales de combustible y de agente oxidante. Tambien el dispositivo de encendido 21 esta alojado dentro del canal de combustible 6 separado axialmente de la boquilla de quemador 3, para evitar danos del dispositivo de encendido como consecuencia del efecto del calor o por salpicaduras de escoria.
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Por lo demas, en el marco de la invencion tambien es posible combinar entre sf los modos de construccion de los dispositivos de encendido 10, 21 expuestos en el presente documento y calentar una corriente parcial de agente oxidante tanto en una superficie de calentamiento dispuesta en un dispositivo de calentamiento tubular, como en una superficie de calentamiento dispuesta en la pared exterior del dispositivo de calentamiento.
Lista de numeros de referencia:
1.
quemador
2.
carcasa de quemador
3.
boquilla de quemador
4.
suministro de combustible
5.
eje de quemador
6.
canal de combustible
8.
suministro de agente oxidante
9.
canal de agente oxidante
10.
dispositivo de encendido
12.
elemento de calentamiento
13.
conducto de agente oxidante
14.
valvula de control
15.
serpentm de calentamiento
16.
puerta de mantenimiento
17.
cable
18.
alimentacion de corriente
19.
salida
20.
quemador
21.
dispositivo de encendido
22.
elemento de calentamiento
23.
soporte
24.
serpentm de calentamiento
25.
disposicion de toberas
26.
tobera

Claims (6)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. - Quemador, que esta equipado con al menos un suministro de combustible (4, 6) y al menos un suministro de agente oxidante (8, 9), que desembocan en una boquilla de quemador (3), asf como con un dispositivo de encendido (10, 21) para encender una mezcla de combustible/agente oxidante que se forma delante de la boquilla de quemador (3), estando equipado el dispositivo de encendido (10, 21) con un elemento de calentamiento (12, 22) asf como con medios para suministrar agente oxidante a al menos una superficie de calentamiento (15, 24) del elemento de calentamiento (12), caracterizado porque el dispositivo de encendido (10, 21) presenta un elemento de calentamiento tubular (12, 22) dispuesto dentro del al menos un suministro de combustible (4, 6), que esta unido desde el punto de vista de la corriente a traves de un conducto de agente oxidante (13) con el al menos un suministro de agente oxidante (8, 9) y en cuyo espacio interno esta dispuesta la superficie de calentamiento (15) y/o porque el dispositivo de encendido (10, 21) comprende un soporte esencialmente cilmdrico (23), dispuesto dentro del al menos un suministro de combustible (4, 6), sobre cuya superficie envolvente esta dispuesta la superficie de calentamiento (24), y un conducto de agente oxidante (13) unido desde el punto de vista de la corriente con el al menos un suministro de agente oxidante (8, 9), que esta equipado con al menos una tobera (26) dirigida hacia la superficie de calentamiento (24).
  2. 2. - Quemador segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el elemento de calentamiento (12, 22) del dispositivo de encendido (10, 21) esta dispuesto en un suministro separado del suministro de combustible (4, 6) y del suministro de agente oxidante (8, 9), que esta unido desde el punto de vista de la corriente con el al menos un suministro de combustible (4, 6) y el al menos un suministro de agente oxidante (8, 9)
  3. 3. - Quemador segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque el elemento de calentamiento (12, 22) esta dispuesto retrafdo, con su segmento de extremo dirigido hacia la boquilla de quemador (3) separado axialmente al menos 10 cm de la boquilla de quemador (3) dentro del al menos un suministro de combustible (4, 6).
  4. 4. - Quemador segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un suministro de combustible (4, 6) y el al menos un suministro de agente oxidante (8, 9) estan dispuestos coaxialmente entre sf al menos en sus segmentos de extremo (6, 9) dirigidos hacia la boquilla de quemador (3).
  5. 5. - Quemador segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de calentamiento (12, 22) del dispositivo de encendido (10, 21) puede calentarse electricamente.
  6. 6. - Quemador segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por la realizacion como quemador de combustible-oxfgeno.
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