ES2228080T3 - Quemador para combustion asimetrica y metodo. - Google Patents
Quemador para combustion asimetrica y metodo.Info
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Abstract
Un quemador (10) para combustión asimétrica, que comprende: un alojamiento (11) de quemador que encierra una cámara (14) de quemador; un conducto (30) de combustible que se extiende longitudinalmente dentro del alojamiento (11) y posicionado coaxialmente con una línea espaciada de un eje central del quemador, definiendo el conducto (30) de combustible una abertura (31) de salida de combustible; un conducto (36) de aire que se extiende en el alojamiento (11), definiendo el conducto (36) de aire una abertura (37) de aire en un lado opuesto del eje central de quemador de la abertura (31) de salida de combustible; un separador (28) posicionado al menos parcialmente alrededor del conducto (30) de combustible y que define el conducto (36) de aire; y un bloque (24) de orificio de quemador conectado al separador (28) aguas abajo de la abertura (37) de aire y que tiene una pared lateral (26) divergente situada aguas abajo de y en comunicación de fluido con el conducto (30) de combustible y el conducto (36) de aire.
Description
Quemador para combustión asimétrica y método.
Esta invención se refiere a quemadores
industriales y, más particularmente, a quemadores recuperativos y
regenerativos que utilizan el efecto Coanda.
Los quemadores industriales convencionales están
configurados típicamente de una manera simétrica. En esta
configuración simétrica, un conducto de combustible está
generalmente dispuesto axialmente a lo largo de una línea central
del quemador y el aire de combustión es generalmente introducido
inmediatamente alrededor de una periferia del conducto de
combustible o, con conductos de aire apropiados, situados
simétricamente alrededor del conducto de combustible y espaciados
radialmente del mismo. Un ejemplo de la técnica anterior de un
quemador industrial simétrico se describe en la Patente de EE.UU. Nº
3.876.362, de Hirose. El quemador simétrico o "axial" descrito
en la patente de Hirose trata de inducir una corriente desviada de
gas procedente del quemador proporcionando una entrada de aire en la
estructura de baldosas del quemador. El flujo de masa axial positiva
del aire y el chorro de combustible originan una recirculación de
POC de la cámara del horno en las baldosas del quemador. Esta
inducción de POC en las baldosas del quemador y el arrastre
posterior en las corrientes de combustible y aire originan
temperaturas de llama inferiores y regímenes de producción de NOx
inferiores.
Por el documento
EP-A-0 736 732 se conoce un quemador
para combustión asimétrica. Este quemador está incorporado en un
quemador de tubo radiante.
Además, el documento
US-A-4 983 118 describe un quemador
diseñado para suprimir la formación de NOx mediante recirculación.
Este quemador es para combustión simétrica.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un quemador que obtenga niveles de NOx más bajos que
los descritos en la patente de Hirose.
Un objeto más de la presente invención trata de
resolver el problema de economizar espacio en construcciones de
quemador, particularmente aplicado a quemadores regenerativos y
recuperativos.
Un objeto más de la presente invención es todavía
maximizar el arrastre de aire y combustible con productos de
combustión a través de medios de una configuración de quemador que
minimizan la formación de NOx.
Los objetos anteriores se logran con un quemador
para combustión asimétrica fabricado según la presente invención. El
quemador incluye generalmente un alojamiento de quemador que
encierra una cámara de quemador. Un conducto de combustible se
extiende longitudinalmente dentro del alojamiento y está posicionado
coaxialmente con una tubería espaciada de un eje central del
quemador. El conducto de combustible define una abertura de salida
de combustible. Un conducto de aire se extiende en el alojamiento y
define una abertura de aire en un lado opuesto del eje central de
quemador a la abertura de salida de combustible. La abertura de aire
está preferiblemente posicionada a una mayor distancia del eje
central del quemador que la abertura de salida de combustible. El
conducto de aire puede tener una sección transversal con la forma
de un segmento circular definido por una
cuerda.
cuerda.
Un separador está preferiblemente posicionado al
menos parcialmente alrededor del conducto de combustible y define el
conducto de aire. El separador puede definir además una cavidad de
estabilización primaria inmediatamente adyacente a la abertura de
salida de combustible. La cavidad puede estar en comunicación de
fluido con el conducto de combustible a través de la abertura salida
de combustible. La cavidad puede ser de forma cilíndrica y coaxial
con el conducto de combustible.
Un bloque de orificio de quemador puede estar
conectado al separador aguas abajo de la abertura de salida de
combustible. El bloque de orificio de quemador tiene preferiblemente
una pared lateral que diverge del eje central de quemador. La pared
lateral diverge preferiblemente formando un ángulo ensanchado
comprendido entre aproximadamente 2º y aproximadamente 30º. El
separador puede separar el bloque de orificio de quemador de la
cámara de quemador. Un conducto de gas de combustión puede
extenderse a través de la cámara de quemador y conectar a la
cavidad. El conducto de combustible puede estar posicionado dentro
del conducto de gas de combustión. Paletas de turbulencia pueden
estar posicionadas dentro del conducto de gas de combustión y estar
espaciadas periféricamente alrededor del conducto de combustible. Un
conducto de combustible auxiliar puede extenderse a través de la
cámara de quemador y conectar al bloque de orificio de quemador. El
conducto de combustible auxiliar puede definir una abertura de
salida de combustible auxiliar espaciada radialmente de la abertura
de salida de combustible y coextensiva con el bloque de orificio de
quemador. La abertura de salida de combustible puede estar
posicionada en el lado opuesto del eje central de quemador de la
abertura de aire.
La cámara de quemador puede al menos estar
parcialmente llena con medios de transferencia de calor.
Alternativamente, la cámara de quemador puede estar conectada a una
válvula de derivación configurada para admitir selectivamente gas de
combustión en el conducto de gas de combustión. La presente
invención incluye también un método de combustión asimétrica.
Más detalles y ventajas de la presente invención
resultarán evidentes a partir de la descripción detallada siguiente
en combinación con los dibujos que se acompañan, en los que los
mismos números de referencia designan las mismas partes a través de
todos ellos.
La figura 1 es una vista en sección transversal a
lo largo de un eje longitudinal de un quemador regenerativo para
combustión asimétrica según una primera realización de la presente
invención;
la figura 2 es una vista delantera del quemador
mostrado en la figura 1;
la figura 3 es una vista en sección transversal a
lo largo de un eje longitudinal de un quemador recuperativo para
combustión asimétrica según una segunda realización de la presente
invención; y
la figura 4 es una vista delantera de un quemador
para combustión asimétrica que tiene un bloque de orificio de
quemador alargado según una tercera realización de la presente
invención.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, en ellas
de muestra un quemador 10 regenerativo para combustión asimétrica
según una primera realización de la presente invención. El quemador
10 incluye un alojamiento 11 de quemador. El alojamiento 11 de
quemador define una entrada 12 de aire primario y encierra una
cámara 14 de quemador. La entrada 12 de aire primario está en
comunicación de fluido con la cámara 14 de quemador. La cámara 14
tiene una galería 16 libre definida por encima de un lecho de medios
regenerativos 18. El lecho 18 de medios regenerativos está
posicionado dentro de la cámara 14 y al menos parcialmente llena la
cámara 14. El lecho 18 de medios descansa sobre una rejilla 20
reticulada posicionada dentro de la cámara 14 opuesta a la entrada
12 de aire primario.
Un separador 22 está posicionado generalmente
entre la cámara 14 y un bloque 24 de orificio de quemador. El bloque
24 de orificio de quemador está conectado al separador 22. Una pared
lateral 26 del bloque 24 de orificio de quemador forma un ángulo
\alpha de ensanchamiento predeterminado, comprendido
preferiblemente entre aproximadamente 2º y aproximadamente 30º. El
bloque 24 de orificio de quemador tiene un espesor lineal (l) y un
diámetro interior (d). Preferiblemente, la relación del espesor
lineal al diámetro interior (l/d) es igual o mayor que 0,6 e igual o
menor que 1,0. El separador 22 incluye además una cara 28 de
separador.
El quemador 10 tiene una línea central 1 de
quemador o geométrica. Un conducto 30 de combustible se extiende en
una dirección longitudinal dentro del alojamiento 11 de quemador y
está posicionado coaxialmente con una línea central 2 desplazada con
relación a la línea central 1 geométrica, dando al quemador 10 una
configuración asimétrica, es decir, la línea central desplazada o
eje central 2 del conducto 30 de combustible está espaciada una
cierta distancia de la línea central 1 geométrica del quemador 10.
El conducto 30 de combustible defina una abertura 31 de salida de
combustible. El conducto 30 de combustible, en la realización
mostrada en las figuras 1 y 2, está alojado dentro de un conducto 32
de gas de combustión. El conducto 32 está conectado a una fuente
exterior para suministrar un gas de combustión, tal como un gas
combustible o aire, como se describe mejor más adelante.
El separador 22 define una cavidad 34 de
estabilización primaria inmediatamente aguas abajo de la abertura 31
de salida de combustible. La cavidad 34 está en comunicación de
fluido con el conducto 30 de combustible a través de la abertura 31
de salida de combustible. El conducto 32 se extiende a través de la
cámara 14 de quemador y conecta a la cavidad 34. Como se muestra en
la figura 1, el separador 22 está posicionado concéntricamente
alrededor del conducto 30 de combustible. La cavidad 34 es
preferiblemente de forma cilíndrica y coaxial con el conducto 30 de
combustible, pero puede también tener paredes laterales cónicas o
cóncavas y pueden estar desplazada del conducto 30 de combustible.
El separador 22 define un conducto 36 de aire que se extiende en el
alojamiento 11 de quemador y conecta a la cámara 14 de quemador. El
conducto 36 de aire define una abertura 37 de aire. El conducto 36
de aire y la abertura 37 de aire están posicionados en un lado
opuesto de la línea central geométrica 1 del conducto 30 de
combustible y la abertura 31 de salida de combustible.
Preferiblemente, el conducto 36 de aire y la abertura 37 de aire
están posicionados a una mayor distancia de separación de la línea
central geométrica 1 del quemador 10 que el conducto 30 de
combustible y la abertura 31 de salida de combustible. El conducto
36 de aire tiene preferiblemente una sección transversal con la
forma de un segmento circular definido por una cuerda, como se
muestra en la figura 2, e incluye un eje central 3. En adición, el
conducto 30 de combustible puede estar orientado paralelo al, o
diverge del, conducto 36 de aire.
El quemador 10 puede estar equipado además con un
conducto 38 de combustible auxiliar. El conducto 38 de combustible
auxiliar define una abertura 39 de salida de combustible auxiliar al
bloque 24 de orificio de quemador. El conducto 38 de combustible
auxiliar se extiende a través de la cámara 14 de quemador. Como se
muestra en la figura 2, el conducto 38 de combustible auxiliar y la
abertura 39 de salida de combustible auxiliar están espaciados
radialmente del conducto 30 de combustible y la abertura 31 de
salida de combustible. La abertura 39 de salida de combustible
auxiliar es coextensiva con el bloque 24 de orificio de quemador. En
adición, el conducto 38 de combustible auxiliar y la abertura 39 de
salida de combustible auxiliar están posicionados preferiblemente en
el lado opuesto de la línea central geométrica l del conducto 36 de
aire y la abertura 37 de aire examinados anteriormente. El conducto
38 de combustible auxiliar incluye un eje 4 central como se muestra
en la figura 1.
Una puerta 40 de limpieza y vaciado está
posicionada en una porción inferior del quemador 10 y se abre en el
lecho 18 de medios. Una puerta 42 de llenado sirve como la sección
superior del quemador 10, creando acceso al lecho 18 de medios para
llenar y nivelar el lecho 18 de medios. La galería 16 libre está en
comunicación de fluido con el bloque 24 de orificio de quemador a
través del conducto 36 de aire y la abertura 37 de aire. Pueden
proporcionarse paletas 44 de turbulencia en el conducto 32 y estar
espaciadas periféricamente alrededor del conducto 30 de combustible,
como se muestra en la figura 3. No obstante, las paletas 44 de
turbulencia son opcionales en las realizaciones de la invención
mostradas en las figuras 1 y 3.
En funcionamiento, aire primario entra por la
entrada 12 y se expande ligeramente en la cámara 14 de quemador para
la distribución a través de la rejilla 20 reticulada. El aire de
combustión se propaga entonces a través del lecho 18 de medios y
entra en la galería libre 16. El combustible se introduce a través
del conducto 30 de combustible a una velocidad comprendida entre
alrededor de 122 y 366 m/s y sale por la abertura 31 de salida de
combustible a lo largo del eje central 2 del conducto 30 de
combustible, o primer eje. El aire de combustión es acelerado a
través del conducto 36 de aire a una velocidad mayor de 76 metros
por segundo y sale por la abertura 37 de aire a lo largo del eje
central 3 del conducto 36 de aire, o segundo eje. La velocidad del
aire de combustión en la cámara 14 de quemador será del orden de 12
a 18 m/s, y en la galería libre 16 del orden de 18 a 24 m/s.
El aire de combustión se descarga como un chorro
de aire desde la abertura 37 de aire en la cara 28 de separador
dentro del bloque 24 de orificio de quemador. El chorro de aire
tenderá, por el Efecto Coanda, hacia la pared lateral 26 del bloque
24 de orificio de quemador formando aproximadamente el ángulo
\alpha de ensanchamiento. El chorro de aire de descarga y el
combustible que sale de la abertura 31 de salida de combustible se
mezclan entonces en la abertura definida por el bloque 24 de
orificio de quemador y arden. Productos de combustión del proceso de
combustión, que han sido parcialmente enfriados abandonando calor en
el proceso, se hacen recircular de nuevo dentro del chorro de aire
que se descarga desde la abertura 37 de aire y dentro del hueco
generado por el bloqueo remanente del separador 22. El aire de
combustión principal que sale de la abertura 37 de aire está viciado
por los productos recirculados de la combustión.
Como se ha expuesto anteriormente, el conducto 36
de aire tiene preferiblemente una sección transversal con la forma
de un segmento circular definido por una cuerda, como se muestra en
la figura 2. Por consiguiente, la abertura 37 de aire define también
ese tipo de forma. El separador 22 actúa como un dique para retener
el lecho 18 de medios en su el lugar dentro de la cámara 14 de
quemador en el alojamiento 11 del quemador 10. La geometría de la
cuerda de la abertura 37 de aire es ventajosa porque expone la
cantidad óptima de la corriente de aire de combustión a la pared
lateral 26 del bloque 24 de orificio quemador, optimizando por tanto
los beneficios del Efecto Coanda. El dimensionado de la cuerda y,
por consiguiente, del segmento circular dependerá de los parámetros
del sistema en el que el quemador 10 ha de ser utilizado, siendo el
criterio de diseño principal que la cuerda está situada
apropiadamente para obtener una velocidad para el aire de combustión
de 76 m/s o más a través de la abertura 37 de aire en el bloque 24
de orificio de quemador.
Una característica importante de la presente
invención radica en que el conducto 30 de combustible y el conducto
38 de combustible auxiliar son, en funcionamiento mutuamente
exclusivos. Es decir, aunque el quemador 10 puede ser construido con
ambos, solamente uno de los conductos 30 de combustible y 38 de
combustible auxiliar puede ser utilizado en un momento dado. Cuando
se usa el conducto 38 de combustible auxiliar, el combustible es
inyectado en la abertura definida por el bloque 24 de orificio de
quemador a lo largo del eje central 4 del conducto 38 de componente
auxiliar, o tercer eje.
En una situación de arranque fría del quemador
10, que se produce cuando la temperatura de horno es menor de 870ºC,
una porción del aire de combustión es suministrada a través del
conducto 32, ya sea axialmente o a través de las paletas 44 de
turbulencia mostradas en la figura 3. Por tanto, una porción del
aire de combustión es administrada concéntricamente alrededor del
chorro de combustible inyectado desde la abertura 31 de salida de
combustible, y sustancialmente paralela a este. Como se ha expuesto
anteriormente, las paletas 44 de turbulencia son opcionales en los
quemadores 10 de las figuras 1 y 3. El aire de combustión deberá
pasar entonces desde las paletas 44 de turbulencia dentro de la
cavidad 34 de estabilización primaria. El combustible es introducido
a través del conducto 30 de combustible a una alta velocidad,
preferiblemente mayor de 152 m/s. Como se ha expuesto anteriormente,
el conducto 30 de combustible puede ser paralelo al, o puede ser
derivado fuera del, conducto 36 de aire. La disposición divergente
aumentará el retardo para mezclar el combustible de quemador y el
aire de combustión.
Después de calentar el horno a una temperatura
mayor de 870ºC, el aire de combustión suministrado al conducto 32 es
estrangulado a menos del 5% del estequiométrico requerido. El
conducto 30 de combustible de alta velocidad produce regiones de
presión negativa en la cavidad 34, siendo los gases de combustión
resultantes conducidos de nuevo dentro de la cavidad 34 y viciando
el chorro de combustible antes de iniciar la combustión en la región
del bloque 24 de orificio de quemador. Como se ha mencionado
anteriormente, el aire de combustión principal que sale de la
abertura 37 de aire está viciado también por los productos de
recirculación de la combustión. Se ha de tener en cuenta que el aire
de combustión primario que el conducto 32 introduce en el quemador
10 de la figura 1, durante el arranque en frío, no está
precalentado.
Otras características de la presente invención
mostradas en las figuras 1 y 2 se examinarán a continuación. Cuando
la velocidad de la masa a través de la cámara 14 es suficientemente
alta para fluidificar el lecho 18 de medios, elementos de lecho de
medios más pesados, mayores pueden ser colocados en la porción
superior de la cámara 14 para contener el lecho 18 de medios e
impedir su fluidificación. En adición, la rejilla 20 reticulada
mostrada en la figura 1 puede estar inclinada un cierto ángulo entre
los puntos 50 y 52 de conexión para reducir más el tamaño del
quemador 10. Esta particular variación está representada por la
línea 54 de trazos en la figura 1. La puerta 40 de limpieza situada
adyacente al lecho 18 de medios está en una región de baja
temperatura del quemador 10 y, consecuentemente, no requiere forro.
La galería libre 16 permite ventajosamente que salga aire del lecho
18 de medios para igualar antes de ser acelerado a través del
conducto 36 de aire. Inversamente, el quemador 10, cuando está en su
ciclo de escape, tendrá productos de combustión que retrocedan a
través de la abertura 37 de aire y del conducto 36 de aire en la
galería libre 16 para igualación y penetración a través del lecho 18
de medios.
La construcción de quemador mostrada en las
figuras 1 y 2 es ventajosa porque el conducto 32 y el conducto 30 de
combustible están posicionados dentro del lecho 18 de medios
regenerativos. Consecuentemente, el conducto 32 y el conducto 30 de
combustible no están expuestos a los productos de combustión de alta
temperatura durante el ciclo de escape o a altas temperaturas de
aire durante el ciclo de encendido del quemador 10. Por lo tanto,
estos elementos no requieren aislamiento. El conducto 32 y el
conducto 30 de combustible están aislados por el lecho 18 de
medios.
Con el combustible introducido a lo largo de la
línea central 2 desplazada en comparación con la línea central 1
geométrica, los inventores han logrado resultados de ensayo que
sugieren que los niveles de emisión de NOx pueden ser reducidos
aproximadamente al 25% de los niveles logrados mediante quemadores
que tengan el conducto de combustible situado coaxial con la línea
central del quemador y que tengan dos ranuras de aire dispuesta
simétricamente alrededor del conducto de combustible. La relación
preferida del espesor lineal (l) entre la cara 28 de separador y la
cara caliente del bloque 24 de orificio de quemador en comparación
con el diámetro interior (d) de la abertura en el bloque 24 de
orificio de quemador en su extremo de aguas arriba deberá ser igual
o menor que 1, es decir l/d =1,0. Esto garantiza que los productos
de combustión recirculados han sido enfriados suficientemente antes
de entrar en contacto con el aire de combustión y el gas
combustible. Adicionalmente, esto mueve la reacción de combustión
además separándola de la estructura de baldosas de quemador,
reduciendo la generación de calor radiante.
Una variación más de la presente invención
mostrada también en las figuras 1 y 2 sería construir el bloque 24
de orificio de quemador de modo que el ángulo \alpha de
ensanchamiento en la porción superior del bloque 24 de orificio de
quemador cerca de la abertura 37 de aire sea menor que el ángulo
\alpha en el extremo inferior del bloque 24 de orificio de
quemador más cerca del conducto 30 de combustible y la abertura 39
de salida de combustible auxiliar. Esto facilitará una mejor
recirculación de los productos de combustión al chorro de
combustible que sale de la abertura 31 de salida de combustible o la
abertura 39 de salida de combustible auxiliar. El ángulo \alpha de
ensanchamiento reducido cerca de la abertura 37 de aire se muestra
en la figura 1 mediante la línea 56 de trazos y se indica mediante
el ángulo "\alpha". Cuando se utiliza el conducto 38 de
combustible auxiliar, el conducto 38 de combustible auxiliar podría
estar dispuesto axialmente o convergente hasta con un ángulo de 0 a
-\alphaº. La disposición del conducto 38 de combustible auxiliar
depende de la posición deseada para iniciar el mezclado del gas
combustible con el aire de combustión en la abertura del bloque 24
de orificio de quemador y dentro del horno de combustión.
Haciendo referencia ahora a la figura 3, en ella
se muestra una versión recuperativa del quemador 10 que es similar a
la versión regenerativa analizada anteriormente. En esta
realización, el lecho 18 de medios ha sido eliminado y ha sido
instalada una válvula 60 de derivación en la cámara 14 de quemador,
que proporciona una conexión entre el interior del conducto 32 y la
cámara 14 de quemador para la introducción selectiva de un gas de
combustión, tal como aire, en el conducto 32. La válvula 60 de
derivación puede ser controlada por un motor 62. Aire de combustión
entra por la entrada 12 procedente de un recuperador exterior (no
mostrado), cuyos detalles son bien conocidos por los expertos en la
técnica. La válvula 60 de derivación está abierta solamente durante
la fase de arranque en frío (es decir, temperatura de horno inferior
a 870ºC). Holguras alrededor de la válvula 60 de derivación permiten
una cantidad predeterminada de fugas que proporcionan
aproximadamente hasta el 10% de la necesidad estequiométrica de aire
de combustión a través del conducto 32 cuando la válvula 60 de
derivación está cerrada. En la versión recuperativa del quemador 10,
el aire primario, el aire que entra en la cavidad 34 y el aire
secundario que pasa a través de la abertura 37 de aire son
precalentados. Las paletas 44 de turbulencia son también opcionales
en esta realización del quemador 10, como se ha expuesto
anteriormente.
Como será evidente para los expertos en la
técnica, la presente invención es igualmente aplicable tanto a las
aplicaciones recuperativas como a las regenerativas. La elección del
usuario de la versión recuperativa o regenerativa depende, en gran
parte, de las restricciones de espacio para el horno con las que el
quemador 10 ha de ser utilizado. La versión recuperativa requiere
generalmente menos espacio que la versión regenerativa.
La velocidad del aire es mantenida mayor o igual
a 76 m/s en todo el recorrido. Una vez que la temperatura en el
horno excede 870ºC, el suministro de gas combustible a través del
conducto 32 se interrumpe. La totalidad del gas combustible
estequiométrico sale entonces del conducto 30 a una velocidad mayor
de 152 m/s.
La figura 4 muestra una tercera realización del
quemador 10. El quemador 10 mostrado en la figura 4 tiene un bloque
de orificio de quemador alargado. Esta configuración proporciona más
separación entre la abertura 31 de salida de combustible y la
abertura 37 de aire. La mayor separación permite que gas de
combustión de horno adicional sea hecho recircular de nuevo en al
área comprendida entre el chorro de combustible que sale de la
abertura 31 de salida de combustible y la corriente de aire que sale
de la abertura 37 de aire. La combustión se inicia en la pared de
horno de una manera tradicional y el horno 10 mostrado en la figura
4 funciona por otra parte de una manera similar a la expuesta para
los quemadores 10 anteriormente. El ensayo de la configuración
mostrada en la figura 4 indica que un ángulo en el chorro 31 de
combustible, hacia fuera del chorro de aire comprendido entre 3º y
10º, facilita una menor producción de NOx que la originada por el
combustible paralelo a la corriente de chorro de aire.
Los inventores han ensayado la versión
recuperativa del quemador 10 mostrado en la figura 3. Una tabla de
resultados de ensayo reales se muestra a continuación:
| \alpha | l/d | Temperatura de precalentamiento | Temperatura horno | NOx (ppm) |
| de aire ºC | en ºC | |||
| 30º | 1 | 427ºC | 1316ºC | 25 |
| 2,8º | 1 | 427ºC | 1316ºC | 55 |
| Tradicional | 1 | 427ºC | 1316ºC | 110 |
La Tabla 1 muestra que, con el ángulo \alpha de
ensanchamiento de 2,8º se observa una reducción del 50% en NOx en
comparación con la combustión simétrica con un quemador que tenga un
chorro de combustible dispuesto axialmente a lo largo de la línea
central del quemador y con dos chorros de aire simétricos espaciados
radialmente del chorro de combustible en la configuración
tradicional. Además, cuando el ángulo \alpha de ensanchamiento fue
igual a 30º, se observó una reducción del 75% en NOx en comparación
con el mismo tipo de quemador simétrico o "axial". Los
resultados para una solución tradicional usando una configuración
tradicional se muestran en la Tabla 1 para comparación.
La configuración de la abertura 37 de aire en la
forma de un segmento circular definido por una cuerda es ventajosa
por dos razones adicionales. En primer lugar, esta configuración es
más fácil de moldear en el separador 22. En segundo lugar, la
configuración de la cuerda proporciona un mejor dique para los
elementos en el lecho de medios en la versión regenerativa de la
invención.
Pueden hacerse variaciones y modificaciones
adicionales de la invención descrita sin salirse del alcance de la
presente invención definida por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (16)
1. Un quemador (10) para combustión asimétrica,
que comprende:
un alojamiento (11) de quemador que encierra una
cámara (14) de quemador;
un conducto (30) de combustible que se extiende
longitudinalmente dentro del alojamiento (11) y posicionado
coaxialmente con una línea espaciada de un eje central del quemador,
definiendo el conducto (30) de combustible una abertura (31) de
salida de combustible;
un conducto (36) de aire que se extiende en el
alojamiento (11), definiendo el conducto (36) de aire una abertura
(37) de aire en un lado opuesto del eje central de quemador de la
abertura (31) de salida de combustible;
un separador (28) posicionado al menos
parcialmente alrededor del conducto (30) de combustible y que define
el conducto (36) de aire; y
un bloque (24) de orificio de quemador conectado
al separador (28) aguas abajo de la abertura (37) de aire y que
tiene una pared lateral (26) divergente situada aguas abajo de y en
comunicación de fluido con el conducto (30) de combustible y el
conducto (36) de aire.
2. El quemador de la reivindicación 1, en el que
la abertura (37) de aire está posicionada a una mayor distancia de
separación del eje central de quemador que la abertura (31) de
salida de combustible.
3. El quemador de las reivindicaciones 1 ó 2, en
el que el conducto (36) de aire tiene una sección transversal en
forma de segmento circular definido por una cuerda.
4. El quemador de las reivindicaciones 1 ó 2, en
el que el separador (28) define además una cavidad (34) de
estabilización primaria inmediatamente adyacente a la abertura (31)
de salida de combustible, con la cavidad (34) en comunicación de
fluido con el conducto (30) de combustible a través de la abertura
(31) de salida de combustible.
5. El quemador de las reivindicaciones 1 ó 2, en
el que la cavidad (34) es de forma cilíndrica y coaxial con el
condensador (30) de combustible.
6. El quemador de las reivindicaciones 1 ó 2, en
el que la pared lateral (26) del bloque de orificio de quemador
diverge del eje central de quemador.
7. El quemador de las reivindicaciones 1 ó 2, en
el que la pared lateral (26) diverge con un ángulo (\alpha) de
ensanchamiento comprendido entre 2º y 30º.
8. El quemador de la reivindicación 4, en el que
el separador (28) separa el bloque (24) de orificio de quemador de
la cámara (14) de quemador en el que un conducto (32) de gas de
combustión se extiende a través de la cámara (14) de quemador y
conecta a la cavidad (34), y en el que el conducto (30) de
combustible está posicionado dentro del conducto (32) de gas de
combustión.
9. El quemador de la figura 8, que comprende
además paletas (44) de turbulencia posicionadas dentro del conducto
(32) de gas de combustión y espaciadas periféricamente alrededor del
conducto (30) de combustible.
10. El quemador de las reivindicaciones 1 ó 2,
que comprende además un conducto (38) de combustible auxiliar que se
extiende a través de la cámara (14) de quemador y que conecta al
bloque (24) de orificio de quemador con el conducto (38) de
combustible auxiliar definiendo una abertura (10) de salida de
combustible auxiliar espaciada radialmente de la abertura (31) de
salida de combustible y coextensiva con el bloque (24) de orificio
de quemador.
11. El quemador de la reivindicación 10, en el
que la abertura (39) de salida de combustible auxiliar está
posicionada en el lado opuesto del eje central de quemador de la
abertura (37) de aire.
12. El quemador de la reivindicación 1, en el que
la cámara (14) de quemador está al menos parcialmente llena con
medios (18) de transferencia de calor.
13. El quemador de la reivindicación 1, en el que
la cámara (14) de quemador está conectada a una válvula (60) de
derivación configurada para admitir selectivamente gas de combustión
en un conducto (32) de gas de combustión.
14. Un método de combustión no simétrica en un
quemador (10), que comprende las operaciones de:
proporcionar el quemador (10), comprendiendo el
quemador (10):
un conducto (30) de combustible coaxial con un
primer eje;
un conducto (36) de aire coaxial con un segundo
eje;
un separador (28) posicionado al menos
parcialmente alrededor del conducto (30) de combustible y que define
el conducto (36) de aire; y
un bloque (24) de orificio de quemador conectado
al separador (28) aguas abajo de la abertura (37) y que tiene una
pared lateral (26) divergente y en comunicación de fluido con el
conducto (30) de combustible y el conducto (36) de aire;
inyectar combustible a lo largo del primer eje,
con el primer eje espaciado de un eje central del quemador (10);
descargar gas de combustión a lo largo del
segundo eje, con el segundo eje posicionado en un lado opuesto del
eje central de quemador del primer eje;
inducir el gas de combustión para que circule
hacia la pared lateral (26) divergente del bloque (24) de orificio
de quemador;
mezclar el gas de combustión y el combustible
inyectado;
encender el gas de combustión mezclado y el
combustible inyectado; y
recircular productos de combustión en el gas de
combustión de descarga.
15. El método de la reivindicación 14, en el que
el gas de combustión de descarga es descargado a una velocidad
superior a unos 76 m/s en la abertura (37).
16. El método de la reivindicación 15, que
incluye además la operación de inyectar el combustible a lo largo de
un tercer eje espaciado radialmente del primer eje en lugar de la
operación de inyectar el combustible a lo largo del primer eje.
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