ES2260452T3 - Metodo y dispositivo para la combustion poco contaminante no catalitica de un combustible liquido. - Google Patents
Metodo y dispositivo para la combustion poco contaminante no catalitica de un combustible liquido.Info
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Abstract
Un método para la combustión poco contaminante no catalítica de un combustible líquido, con los siguientes pasos: 1.1 Introducción por separado del combustible líquido en un estado no inflamable en una zona de mezcla, 1.2 Evaporación del combustible líquido en la zona de mezcla, 1.3 Introducción por separado de un oxidante gaseoso en la zona de mezcla, 1.4 Mezcla del combustible y el oxidante gaseoso en la zona de mezcla, de modo que se cree una mezcla inflamable, donde se la zona de mezcla se conforma de tal modo que no sea posible una combustión, ni siquiera al alcanzar la temperatura de inflamación de la mezcla dentro de la zona de mezcla, y 1.5 Combustión de la mezcla en una zona de combustión situada a continuación, a contracorriente, en la zona de mezcla.
Description
Método y dispositivo para la combustión poco
contaminante no catalítica de un combustible líquido.
La presente invención trata de un método y un
dispositivo para la combustión poco contaminante no catalítica de
un combustible líquido.
Según el estado de la técnica, se conoce un
quemador por la DE 43 22 109 A con el que se puede guiar una mezcla
inflamable de gas/del aire por una cámara situado delante de un
cuerpo poroso. La porosidad del cuerpo poroso se conforma de modo
que no sea posible un retorno de una llama en la cámara. Sin
embargo, no puede omitirse que se puede producir una inflamación en
la cámara por otra razón y destruir así el quemador.
La DE 100 42 479 A1 presenta un dispositivo y un
método para la oxidación catalítica de combustibles. Con esto, el
combustible y el aire se canalizan hacia un compartimento de mezcla
que se subordina a un catalizador. En caso de una avería del
catalizador, por ejemplo, aquí se puede producir una inflamación no
deseada en el compartimento de mezcla.
La DE 195 44 417 A1 describe un quemador
catalítico para la combustión del gas de combustión, particularmente
de hidrógeno. Con esto, el gas de combustión y el aire se introducen
por separado en un elemento poroso del catalizador. La mezcla y la
combustión ocurren simultáneamente en el elemento del catalizador. A
veces no se consigue una mezcla homogénea entre el aire y el gas de
combustión. La combustión no es siempre completa.
La DE 196 46 957 A1 describe otro quemador según
el término genérico de la reivindicación 12, que es apropiado para
la combustión del combustible líquido. Con esto, una mezcla que
conste del combustible líquido pulverizado y aire se introduce en un
cuerpo poroso. El cuerpo poroso se forma en su porosidad de tal modo
que pueda tener lugar una combustión de la mezcla. La mezcla
penetra, mediante un dispositivo antiretroceso de llama, en otro
cuerpo poroso que se conecta a continuación, a contracorriente, con
un número de Péclet de >65, y se quema en ese punto. El quemador
conocido muestra una dinámica de rendimiento relativamente pequeña,
es decir, sólo puede modularse dentro de un margen de rendimiento
estrecho. En la salida de la tobera correspondiente a la tobera de
pulverización, se presentan temperaturas altas durante el
funcionamiento. Se forman entonces depósitos que contrarrestan la
acción de una pulverización uniforme del combustible líquido.
Entonces, esta característica perjudica una combustión que sea lo
menos contaminante posible.
Es un objeto de la presente invención eliminar
las desventajas basadas en el estado actual del arte.
Particularmente, se debe facilitar un método y un dispositivo que
permitan una combustión tan libre de residuos como sea posible
dentro de un amplio margen de rendimiento. Especialmente, el objeto
de la presente invención es señalar un quemador altamente modulable
que permita en cada zona de rendimiento una combustión que sea
especialmente poco contaminante.
Este objeto se soluciona mediante las
características de las reivindicaciones 1 y 12. Los
acondicionamientos apropiados de la presente invención se derivan
de las características de las reivindicaciones de la 2 a la 11 y de
la 13 a la 23.
De acuerdo con una primera solución acorde a la
presente invención, se ha previsto un método para la combustión poco
contaminante no catalítica de un combustible líquido, con los
siguientes pasos:
- 1.1
- Introducción por separado del combustible líquido en un estado no inflamable en una zona de mezcla,
- 1.2
- Evaporación del combustible líquido en la zona de mezcla,
- 1.3
- Introducción por separado de un oxidante gaseoso en la zona de mezcla,
- 1.4
- Mezcla del combustible y el oxidante gaseoso en la zona de mezcla, de modo que se cree una mezcla inflamable, donde se la zona de mezcla se conforma de tal modo que no sea posible una combustión, ni siquiera al alcanzar la temperatura de inflamación de la mezcla dentro de la zona de mezcla, y
- 1.5
- Combustión de la mezcla en una zona de combustión situada a continuación, a contracorriente, en la zona de mezcla.
La evaporación del combustible líquido en la
zona de mezcla permite la elaboración de un quemador particularmente
compacto. Con esto, se asegura que el combustible producido por la
evaporación entre en contacto con el gas oxidante en la zona de
mezcla, de modo que se pueda formar, en ese lugar, una mezcla
inflamable.
De acuerdo con una segunda solución acorde a la
presente invención, se ha previsto un método para la combustión poco
contaminante no catalítica de un combustible líquido con los
siguientes pasos:
- 2.1
- Evaporación del combustible líquido en un vaporizador,
- 2.2
- Introducción por separado del combustible vaporizado en un estado no inflamable en una zona de mezcla a contracorriente del vaporizador,
- 2.3
- Introducción por separado de un oxidante gaseoso en la zona de mezcla,
- 2.4
- Mezcla del combustible y el oxidante gaseoso en la zona de mezcla, de modo que se forme una mezcla inflamable, donde la zona de mezcla se conforma de tal modo que tampoco es posible una combustión al alcanzar la temperatura de inflamación de la mezcla dentro de la zona de mezcla, y
- 2.5
- Combustión de la mezcla en una zona de combustión situada a contracorriente de la zona de mezcla.
Los métodos propuestos permiten una combustión
con pocos residuos en un amplio margen de rendimiento. La
introducción por separado del combustible y del oxidante gaseoso en
una zona de mezcla posibilita un control y una regulación por
separado del caudal másico, tanto del gas como del oxidante gaseoso.
Así, se puede utilizar, en cada margen de rendimiento deseado, una
mezcla que permita una combustión poco contaminante. Con el término
"combustible" se entiende el combustible líquido en cuestión,
como el gasóleo ligero de calefacción y similares, pero también los
combustibles líquidos vaporizados, como por ejemplo vapores de
alcohol, de gasolina o de gasóleo. Además, con el término
"combustible" también se entiende las mezclas de gases
inflamables o no inflamables o de gases inflamables y vapores
inflamables.
Puesto que la zona de mezcla se conforma de modo
que no sea posible una combustión ni cuando se alcanza la
temperatura de inflamación de la mezcla dentro de la zona de mezcla,
el método se muestra particularmente seguro. También cuando una de
las zonas de combustión, como por ejemplo, el cuerpo poroso, se
avería, mediante la zona de mezcla se evita, de una forma segura, un
retorno de la llama a la línea de abastecimiento del combustible. La
zona de mezcla está bien definida espacialmente. Así, se puede
conseguir un mezclado homogéneo y completo de la mezcla. Es común a
las dos soluciones acordes a la presente invención que la mezcla se
efectúe primero en la zona de mezcla y a continuación la mezcla se
queme en la zona de combustión separada espacialmente de la zona de
mezcla. No se produce ningún mezclado y combustión simultáneamente
en la misma zona.
La zona de mezcla muestra apropiadamente un
número de Péclet de menos de 65+/-25, preferiblemente de 65. Debido
a la definición del número de Péclet y a los criterios para la
selección de un número Péclet, se hace referencia a la DE 43 22 109
A1. El método sugerido es particularmente seguro. Mediante a la
introducción por separado y directa del combustible y del oxidante
gaseoso en la zona de mezcla, se evita una inflamación de ésta hasta
la formación completa de la mezcla de una manera segura.
La zona de mezcla se puede formar a partir de
una placa perforada, de un primer elemento poroso o también de una
ranura estrecha. Se ha demostrado que resulta ventajoso que la
mezcla se guíe por un segundo elemento poroso que forme la zona de
combustión y se queme con la formación de una llama en su espacio
poroso. Una combustión de este tipo es particularmente homogénea y
poco contaminante. La placa perforada y/o el primer y/o el segundo
elemento poroso se pueden elaborar a partir de cerámica. Sin
embargo, el primer y/o el segundo elemento poroso también se pueden
conformar a partir de una espuma metálica de poros abiertos, un
tejido metálico o de un relleno de cuerpos elaborados con cerámica,
preferiblemente bolas.
El primer y el segundo elemento poroso pueden
situarse directamente uno al lado del otro. En este caso, es
posible una conducción directa del calor desde el segundo elemento
poroso al primer elemento poroso. El calor del primer elemento
poroso, ocasionado de este modo, contribuye además a la formación de
una mezcla especialmente homogénea.
Durante la evaporación, se puede añadir a la
mezcla un gas no oxidante. Así, puede reducirse la capacidad de
inflamación del combustible vaporizado.
El caudal másico del combustible conducido a la
zona de mezcla y/o del caudal másico del oxidante gaseoso se
controlan apropiadamente. Cada uno de los dos caudales másicos se
puede controlar, así, por separado, o también regularse en función
de un rendimiento preestablecido o una cantidad preestablecida de
expulsión de contaminantes. Una regulación como ésta se puede
automatizar usando los microprocesadores según un programa
preestablecido.
Además, se ha demostrado que resulta apropiado
que el combustible y/o el oxidante gaseoso se precaliente/n. Para
el precalentamiento, los gases residuales generados durante la
combustión se pueden mezclar con el combustible vaporizado y/o el
oxidante gaseoso. Así, la expulsión de contaminantes se puede
reducir aún más. Además, así puede aumentar el rendimiento de un
quemador que funcione según el método propuesto.
Según otras condiciones de la presente
invención, se ha previsto un dispositivo para la combustión poco
contaminante no catalítica de un combustible líquido con una zona de
mezcla y una zona de combustión situada a contracorriente de la zona
de mezcla, donde se conectan con la zona de mezcla un medio para la
introducción por separado del líquido o del combustible vaporizado
en un estado no inflamable y un medio para la introducción por
separado de un oxidante gaseoso, y donde la zona de mezcla se
conforma de tal modo que no sea posible una combustión ni cuando se
alcance la temperatura de inflamación de la mezcla dentro de la zona
de mezcla. El dispositivo propuesto muestra una dinámica de
rendimiento extremamente alta. Por ejemplo, el rendimiento se puede
variar entre los márgenes de 1 kilovatio a 20 kilovatios.
Debido a los acondicionamientos ventajosos del
dispositivo, se hace referencia a la descripción de las
características precedentes, que se pueden aplicar
correspondientemente de la misma forma.
A continuación se describen más detalladamente
de la presente invención mediante los dibujos. Se muestra:
Figura 1: Esquemáticamente, la función de un
primer dispositivo,
Figura 2: Esquemáticamente, la función de un
segundo dispositivo,
Figura 3: Esquemáticamente, la función de un
tercer dispositivo,
Figura 4: Esquemáticamente, la función de un
cuarto dispositivo,
Figura 5: Esquemáticamente, la función de un
quinto dispositivo,
Figura 6: Esquemáticamente, la función de un
sexto dispositivo.
En la Figura 1 se muestra esquemáticamente la
función de un primer dispositivo. Aquí se mezcla un mezclador, por
ejemplo, a partir de una cerámica porosa con un número de Péclet de
menos de 65. El mezclador se abre hacia una zona de combustión.
Generalmente, el mezclador está rodeado, por todos los lados, por
una cubierta impermeable al gas. La cubierta se apoya directamente
en la superficie de la cerámica porosa. En la cubierta, se han
previsto conexiones para una línea para el abastecimiento de
combustible y una línea para el abastecimiento de un oxidante
gaseoso, como por ejemplo el aire. Se puede conectar un ventilador
en la línea para el abastecimiento de un oxidante gaseoso.
El combustible se puede expandir en el mezclador
directamente en el estado líquido. También es posible suministrar al
mezclador una mezcla formada por combustible y un gas no inflamable.
Una mezcla inflamable se forma en el mezclador a partir del
combustible y el oxidante gaseoso. No es posible una combustión de
la mezcla inflamable en el mezclador, debido a la porosidad
escogida, es decir, un número de Péclet de menos de 65. La mezcla
sale del mezclador y se quema en la zona de combustión prevista
corriente abajo.
Los caudales másicos, tanto del oxidante gaseoso
como del combustible, se pueden regular por separado. Así, el
rendimiento del quemador se puede modular en un margen amplio.
Además, puede alcanzarse una combustión poco contaminante en cada
zona de rendimiento seleccionada.
La Figura 2 muestra un quemador de acuerdo con
la Figura 1. El combustible se elabora aquí mediante un dispositivo
para vaporizar el gasóleo de calefacción. Se forma a partir de un
vapor no inflamable de gasóleo. Se selecciona el vapor de la razón
de aire \lambda o de gasóleo de modo que no se presente una
capacidad de inflamación.
El gasóleo de calefacción usado aquí se puede
mezclar con el gasóleo de calefacción precalentado E_{\ddot{o}l}
y, así, se acelera la evaporación. Sin embargo, el gasóleo de
calefacción utilizado también se precalienta, por ejemplo, por
energía eléctrica o por el calor emitido por los gases residuales
formados durante la combustión. De la misma forma, el oxidante
gaseoso utilizado, como por ejemplo, el aire, se puede precalentar
con el aire precalentado eléctricamente o mediante el calor de gases
residuales de escape. También es posible mezclar tanto el
combustible líquido utilizado como el oxidante gaseoso con los gases
residuales, y suministrarlos al mezclador.
La Figura 3 muestra una tercera variante de un
dispositivo acorde a la presente invención. Aquí, un dispositivo
para la evaporación del combustible líquido se acopla directamente
al mezclador. El combustible líquido, como por ejemplo el gasóleo
ligero de calefacción, se suministra a un dispositivo de evaporación
formado a partir de otro elemento poroso. El otro elemento poroso se
calienta mediante el calor de la combustión. El combustible líquido
se vaporiza en el elemento poroso. El gas formado entra en el
mezclador que se coloca corriente abajo. Además, el oxidante gaseoso
que se introduce por separado mediante el dispositivo de
evaporación, alcanza el mezclador. La mezcla se forma primero en el
mezclador.
La Figura 4 muestra una cuarta variante de un
dispositivo proporcionado acorde a la presente invención. El
dispositivo es similar al dispositivo mostrado en la Figura 2. El
gas residual se reconduce aquí. El gas residual reconducido se
utiliza para la evaporación del combustible líquido, así como para
la mezcla del vapor formado así y para el precalentamiento y la
mezcla del oxidante gaseoso.
La Figura 5 muestra una quinta variante de un
dispositivo acorde a la presente invención. Con esto, el combustible
líquido, como por ejemplo, gasóleo de calefacción, se vaporiza en
otro elemento poroso. El vapor formado así entra en una ranura
estrecha y se mezcla ahí con el oxidante y/o aire gaseoso
suministrado. El ancho de la ranura se escoge de modo que no se
pueda producir una inflamación dentro de la ranura. La premezcla
creada entra, entonces, en el mezclador que, una vez más, se puede
formar a partir de un elemento poroso que muestre un número de
Péclet de menos de 65. Corriente abajo del mezclador, se ha vuelto a
prever una zona de combustión en la que la mezcla homogénea que sale
del mezclador se quema.
La Figura 6 muestra un sexto dispositivo acorde
a la presente invención. Mediante este dispositivo, el oxidante
gaseoso, como por ejemplo el aire, y el vapor no inflamable, se
guían por separado hacia una placa perforada. Las toberas de las
líneas de alimentación para el combustible y el oxidante gaseoso se
disponen de modo que no de pueda producir una inflamación por encima
a corriente arriba de la zona de mezcla. Con respecto a su diámetro
de perforación, se vuelve a formar la zona de mezcla en sí de tal
modo que tampoco se pueda producir una inflamación de la mezcla
formada. La mezcla se quema en una zona de combustión situada a
continuación de las zonas de mezcla.
Claims (28)
1. Un método para la combustión poco
contaminante no catalítica de un combustible líquido, con los
siguientes pasos:
- 1.1
- Introducción por separado del combustible líquido en un estado no inflamable en una zona de mezcla,
- 1.2
- Evaporación del combustible líquido en la zona de mezcla,
- 1.3
- Introducción por separado de un oxidante gaseoso en la zona de mezcla,
- 1.4
- Mezcla del combustible y el oxidante gaseoso en la zona de mezcla, de modo que se cree una mezcla inflamable, donde se la zona de mezcla se conforma de tal modo que no sea posible una combustión, ni siquiera al alcanzar la temperatura de inflamación de la mezcla dentro de la zona de mezcla, y
- 1.5
- Combustión de la mezcla en una zona de combustión situada a continuación, a contracorriente, en la zona de mezcla.
2. Un método para la combustión poco
contaminante no catalítica de un combustible líquido con los
siguientes pasos:
- 2.1
- Evaporación del combustible líquido en un vaporizador,
- 2.2
- Introducción por separado del combustible vaporizado en un estado no inflamable en una zona de mezcla a contracorriente del vaporizador,
- 2.3
- Introducción por separado de un oxidante gaseoso en la zona de mezcla,
- 2.4
- Mezcla del combustible y el oxidante gaseoso en la zona de mezcla, de modo que se forme una mezcla inflamable, donde la zona de mezcla se conforma de tal modo que tampoco es posible una combustión al alcanzar la temperatura de inflamación de la mezcla dentro de la zona de mezcla, y
- 2.5
- Combustión de la mezcla en una zona de combustión situada a contracorriente de la zona de mezcla.
3. El método, según la reivindicación 1 ó 2,
donde la zona de mezcla muestra un número de Péclet de menos de
65.
4. El método, según una de las reivindicaciones
de la 1 a la 3, donde la zona de mezcla se forma a partir de una
placa perforada, un primer elemento poroso o una ranura
estrecha.
5. El método, según una de las reivindicaciones
anteriores, donde la mezcla se guía por segundo elemento poroso que
forma la zona de combustión, y se quema con la formación de una
llama en su espacio poroso.
6. El método, según una de las reivindicaciones
anteriores, donde el primer y el segundo elemento poroso se sitúan
directamente de forma consecutiva.
7. El método, según una de las reivindicaciones
anteriores, donde la chapa perforada y/o el primer y/o el segundo
elemento poroso se elabora/n a partir de una cerámica.
8. El método, según una de las reivindicaciones
de la 2 a la 7, donde, durante la evaporación, se añade mezclando
al vaporizador, un gas oxidante.
9. El método, según una de las reivindicaciones
anteriores, donde el caudal másico del combustible y/o el caudal
másico del oxidante gaseoso guiado hacia la zona de mezcla se
controla/n.
10. El método, según una de las reivindicaciones
anteriores, donde el combustible y/o el oxidante gaseoso se
precalienta/n.
11. El método, según la reivindicación 10, donde
los gases residuales formados durante la combustión se añaden al
combustible vaporizado y/o al oxidante gaseoso para el
precalentamiento.
12. Un dispositivo para la combustión poco
contaminante no catalítica de un combustible líquido con una zona
de mezcla y una zona de combustión situada a contracorriente de la
zona de mezcla, donde se conectan con la zona de mezcla un medio
para la introducción por separado del líquido o del combustible
vaporizado en un estado no inflamable y un medio para la
introducción por separado de un oxidante gaseoso,
caracterizado porque la zona de mezcla se conforma de tal
modo que no sea posible una combustión ni cuando se alcance la
temperatura de inflamación de la mezcla dentro de la zona de mezcla.
El dispositivo propuesto muestra una dinámica de rendimiento
extremamente alta.
13. El dispositivo, según la reivindicación 12,
donde la zona de mezcla muestra un número de Péclet de menos de
65.
14. El dispositivo, según la reivindicación 12 ó
13, donde la zona de mezcla se forma a partir de una primera placa
perforada, un primer elemento poroso o una ranura estrecha.
15. El dispositivo, según una de las
reivindicaciones de la 12 a la 14, donde la zona de combustión se
forma a partir de un segundo elemento poroso que posibilita una
combustión de la mezcla.
16. El dispositivo, según una de las
reivindicaciones de la 12 a la 15, donde la placa perforada y/o el
primer y/o el segundo elemento poroso se elabora/n a partir de una
cerámica.
17. El dispositivo, según una de las
reivindicaciones de la 12 a la 16, donde el primer y el segundo
elemento poroso se sitúan de forma directamente consecutiva.
18. El dispositivo, según una de las
reivindicaciones de la 12 a la 17, donde, corriente arriba de la
zona de mezcla, se ha previsto un sistema para la evaporación del
combustible líquido.
19. El dispositivo, según la reivindicación 18,
donde, con el sistema para la evaporación, se une un sistema para
la adición por mezcla de otro gas no oxidante.
20. El dispositivo según la reivindicación 18 ó
19, donde el sistema para la evaporación del combustible líquido es
un componente de la zona de mezcla.
21. El dispositivo, según una de las
reivindicaciones de la 12 a la 20, donde se ha previsto un medio
para el control del caudal másico del gas guiado hacia la zona de
mezcla y/o del caudal másico del oxidante gaseoso guiado hacia la
zona de mezcla.
22. El dispositivo, según una de las
reivindicaciones de la 12 a la 21, donde se ha/n previsto un sistema
para el precalentamiento del gas y/o un sistema para el
precalentamiento del oxidante gaseoso.
23. El dispositivo, según la reivindicación 22,
donde, para el precalentamiento del gas y/o del oxidante gaseoso, se
ha previsto un sistema para la mezcla de gases residuales.
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