ES2333411T3 - Quemadores de premezcla de gas sin condensacion. - Google Patents
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Abstract
Un método de disminución del punto de rocío del gas de escape de un quemador de premezcla, comprendiendo dicho método los pasos de: proporcionar un volumen de gas de chimenea Vp por combustión de una mixtura de gas combustible de premezcla, teniendo dicho gas de chimenea un punto de rocío Tdp; introducir un volumen de aire secundario Vs en dicho alojamiento del quemador, en donde la parte principal de dicho aire secundario no interviene en la combustión de dicha mixtura de gas combustible de premezcla; reunir dicho volumen de gas de chimenea Vp y dicho volumen de aire secundario para formar un volumen total de gas de escape Vtotal, teniendo dicho gas de escape un nuevo punto de rocío Tdtotal, que es menor que dicho punto de rocío Tdp de dicho gas de chimenea; determinar el nivel de dicho nuevo punto de rocío Tdtotal por ajuste de la relación Rsp, siendo Rsp Vs dividido por Vp.
Description
Quemadores de premezcla de gas sin
condensación.
La presente invención se refiere a quemadores de
premezcla de gas sin condensación y métodos para operar quemadores
de premezcla de gas sin condensación.
Los quemadores de premezcla de gas son bien
conocidos en la técnica. Una ventaja de los quemadores con premezcla
es que se mide un contenido bajo de NOx y CO en los gases de escape
y puede obtenerse una eficiencia relativamente alta. Lo último
especialmente cuando el quemador de premezcla se enciende utilizando
una carga de encendido inferior. De acuerdo con el estándar europeo
EN297, deben alcanzarse eficiencias bien definidas para los sistemas
quemadores de gas que tengan una carga de encendido máxima
especificada Pn (expresada en kW).
La mezcla de gas combustible premezclada puede
proporcionarse a la membrana del quemador en el quemador de
premezcla de muchas maneras diferentes. Se han realizado muchas
mejoras en la operación de tales quemadores de premezcla, v.g. para
reducir la "vibración" del frente de llama por división de la
corriente de aire en dos partes, que se conducen separadamente al
frente de llama como se explica en US 4752213.
Una ventaja de los quemadores de premezcla es
que, cuando la carga de encendido (o tasa de encendido) es menor,
los gases de escape se enfrían aún más, con lo que la eficiencia
aumenta, cuando tales quemadores de premezcla se "modulan"
hacia tasas de encendido más bajas.
Sin embargo, en este caso se tropieza también
con una desventaja. Dado que los gases de escape se enfrían a una
temperatura inferior cuando se encienden a tasas de encendido más
bajas, los gases de escape pueden condensarse. Dicha condensación
ocurre dependiendo de la tasa de encendido y la temperatura de la
unidad de intercambio de calor. Usualmente, la condensación puede
producirse a tasas de encendido inferiores a 40%. Puede producirse
también condensación en el sistema de escape. Para evitar esta
condensación, EP 0614045, así como EP 0866270, exponían que el
punto de rocío del gas de chimenea puede reducirse por suministro de
aire frío a la chimenea de la caldera o a la zona de combustión,
respectivamente.
US 4087962 describe una cámara de combustión en
la cual se alcanzan emisiones bajas de NOx por enfriamiento de la
llama mediante mezcla con aire secundario, que rebaja también
inevitablemente el punto de rocío de los gases de chimenea.
La presente invención tiene por objeto
proporcionar un método para la operación de quemadores de premezcla
de gas sin condensación, quemando gas combustible de premezcla a
tasas de encendido inferiores, reduciendo al mismo tiempo el punto
de rocío del gas de escape del quemador de premezcla de gas y
obteniendo una eficiencia requerida para esta tasa de encendido, de
acuerdo con EN297, que es mayor que 84+2*log(Pn) para Pn de
plena carga o "tasa de encendido máxima" y preferiblemente
mayor que 84+3*log(Pn) a carga parcial, que es 30% de Pn de
acuerdo con EN297. Es adicionalmente un objeto de la presente
invención proporcionar un quemador de premezcla de gas, que está
adaptado para operar utilizando dicho método de reducción del punto
de rocío del gas de escape.
De acuerdo con la presente invención, un método
para la operación de quemadores de premezcla de gas sin condensación
comprende el paso de aspirar un volumen total de gas de escape
Vtotal a través del alojamiento del quemador de premezcla de gas
sin condensación. Típicamente para los quemadores de premezcla de
gas como el objeto de la invención, debe proporcionarse una
aspiración forzada. Usualmente, pero no con carácter necesario, la
aplicación de un dispositivo de aspiración tal como una soplante o
un ventilador en la chimenea o sistema de evacuación del escape del
quemador proporciona esta aspiración forzada. Alternativamente, el
aire, tanto para la mixtura de premezcla como para el aire
secundario, se inyecta en el alojamiento del quemador por un
dispositivo de suministro de aire en lugar de un dispositivo de
aspiración. El aire se suministra entonces mediante v.g. una
soplante o un ventilador.
El método comprende adicionalmente el paso de
quemar una cantidad de gas combustible de premezcla. La cantidad
está determinada por la energía térmica, que debe ser suministrada
por el quemador de premezcla de gas sin condensación en dicho
momento. Esta operación de combustión proporciona una cantidad de
gas de chimenea Vp, que se proporciona en el alojamiento del
quemador y que se enfriará en el dispositivo de intercambio de calor
instalado dentro de este alojamiento del quemador, entre la
membrana del quemador, donde tiene lugar la combustión, y el
sistema de evacuación del escape. De acuerdo con el tipo y las
dimensiones del dispositivo de intercambio de calor, la superficie
y la capacidad de combustión de la membrana del quemador y el
dispositivo de aspiración, el volumen Vp puede variar entre un
volumen máximo Vpmax y un volumen mínimo Vpmin. Cuando se
proporciona el Vp máximo, la combustión se ejecuta a una tasa de
encendido FR de 100%, o, dicho de otro modo, a la tasa de encendido
máxima FRmax o a plena carga Pn. Cuando se proporciona menos Vp, la
tasa de encendido se define como FR = Vp/Vpmax*100.
La relación aire/gas del gas combustible de
premezcla se ajusta a un valor fijo. Usualmente, se ajusta un
exceso de aire en el intervalo de 10% a 40%, más habitualmente 30%
de exceso de aire, con independencia del volumen del gas
combustible de premezcla que se queme. Dicha relación fija de
aire/gas del gas combustible de premezcla aplicada proporciona un
gas combustible que tiene un punto de rocío Tdp ajustado a una
presión de operación en el alojamiento del quemador.
Usualmente, la tasa de encendido mínima FRmin =
Vpmin/Vpmax no es igual a 0%. Esta tasa de encendido mínima se
define como la FR mínima para tener un proceso de combustión
estable. FR menor que FRmin no garantiza una combustión
ininterrumpida o estable.
Cuando un quemador de premezcla se opera como se
conoce en la técnica, existe sin embargo otro límite inferior para
la tasa de encendido que está definido por la eficiencia para la
tasa de encendido máxima (Ymax) y la temperatura mínima que puede
existir en la unidad de intercambio de calor (Tmin). La unidad de
intercambio de calor de un quemador de premezcla está dimensionada
de tal manera que para FR = 100%, es decir para una carga de
encendido máxima de Pn, se obtiene una eficiencia especificada.
Usualmente esta eficiencia se ajusta de acuerdo con EN297, siendo
al menos 84+2*log(Pn). Para un quemador de premezcla que
opera como se conoce en la técnica, y para cierta tasa de encendido
inferior FR1, el volumen de gas de chimenea Vp1 se enfriaría hasta
su punto de rocío Tdp, debido a esta temperatura mínima (Tmin)
posible del cambiador de calor. La eficiencia obtenida aumenta
entonces hasta 100%. FR1 es mayor que FRmin, y usualmente mayor que
40%. Esto significa que para los quemadores de premezcla conocidos
actualmente, la tasa de encendido debe ser al menos FRmin, por
tanto usualmente mayor que 40% de la tasa de encendido máxima FRmax.
La modulación a tasas de encendido usualmente menores que 40% de la
tasa de encendido máxima, no se recomienda debido al riesgo de
condensación del gas de chimenea.
La mixtura combustible de premezcla utilizada se
ajusta a Tdp. Una mezcla combustible que no comprende exceso alguno
de aire tiene un punto de rocío de 58ºC. Un exceso de aire de 30%
causa un punto de rocío de 53ºC, mientras que un exceso de aire de
100% causa un punto de rocío de 48ºC.
De acuerdo con la presente invención, se
introduce cierto volumen de aire secundario Vs en el alojamiento
del quemador. Esto se hace de tal maneara que la parte principal del
aire secundario no interviene en el proceso de combustión. Vs y Vp
se reúnen para formar el volumen total de gas de escape Vtotal,
teniendo dicho gas de escape un nuevo punto de rocío Tdtotal. La
introducción de aire secundario relativamente frío hace que el
punto de rocío de Vtotal sea menor que Tdp. El método comprende
adicionalmente el paso de determinar el nivel del nuevo punto de
rocío Tdtotal por ajuste de la relación Rsp, siendo Rsp Vs dividido
por Vp.
La magnitud de Vs se ajusta de tal manera que,
para todas las tasas de encendido aplicables, se evita la
condensación del gas de escape en la superficie de la unidad de
intercambio de calor, aun cuando esta unidad de intercambio de
calor se encuentra a su temperatura mínima aplicable. Dado que Vs no
toma parte en la reacción de combustión, no se observó cambio
importante alguno en la producción de Nox o CO, comparado con la
operación sin suministro de aire secundario. Se comprende que
Vtotal es sustancialmente igual a Vp+Vs.
De acuerdo con la presente invención, el volumen
de aire secundario Vs añadido a una FR menor que FR1, se ajustará
de tal manera que para FR < FR1, el volumen de gas de escape
Vtotal no puede enfriarse a su punto de rocío Tdtotal ni siquiera
en la circunstancia en que la unidad de intercambio de calor pudiera
encontrarse a su temperatura mínima Tmin posible. Muy
preferiblemente, la temperatura mínima a la cual es enfriado el
volumen total de gas de escape por la unidad de intercambio de
calor, es Tdtotal+20K. Sin embargo, el Vtotal del gas de escape
puede enfriarse a una temperatura Tescape, que es mayor que su punto
de rocío Tdtotal, pero que es inferior al punto de rocío Tdp. Sin
embargo, el Vs añadido a una FR menor que FR1 se restringirá de tal
manera que la eficiencia será mayor que 84+2*log(Pn) o
incluso mayor que 84+3*log(Pn). Se prefiere una eficiencia
mayor que 84+3*log(Pn) cuando FR es igual o menor que 30% de
la tasa de encendido máxima FR (que es equivalente a la carga
parcial de 30% de Pn de acuerdo con EN279).
Se encontró que para evitar esta condensación en
el intervalo de tasa de encendido inferior a FR1, y que es todavía
mayor que 84+2*log(Pn) o incluso mayor que
84+3*log(Pn), la relación Rsp debe aumentarse para reducir
FR en el intervalo FRmin < FR < FR1. El ajuste de Rsp
determina el punto de rocío Tdtotal.
El método de encendido de un quemador de
premezcla como el objeto de la invención hace posible modular un
quemador de premezcla en un intervalo que es mayor que el conocido
en la técnica, todavía a una eficiencia aceptable. Otra ventaja es
que la eficiencia para FR = 100% puede ajustarse a un valor mayor,
evitando al mismo tiempo la condensación de los gases de escape en
un intervalo más amplio de tasas de encendido, lo que podría
ocurrir cuando se enciende el quemador de premezcla sin suministro
de aire secundario.
Supóngase que un volumen de gas de escape Vp1 es
proporcionado por un quemador de premezcla. La tasa de encendido es
FR1. De acuerdo con el método objeto de la invención, el dispositivo
de aspiración conducirá un volumen de gas Vtotal1 = Vp1+Vs1 a
través del cambiador de calor. Este volumen Vtotal1 se enfriará de
modo comparable a la situación de operación sin aire secundario.
Sin embargo, la mezcla de gas de combustión y aire secundario no se
condensará todavía, dado que la cantidad total de agua en este
volumen es menor comparada con el contenido de agua del gas de
chimenea cuando no se suministraba aire secundario alguno. Dado que
se añadió aire secundario relativamente frío en el alojamiento del
quemador de premezcla de gas, la eficiencia de la transmisión de
calor de Vtotal en la unidad de intercambio de calor se redujo en
cierta proporción. Dependiendo de la relación Rsp, esta reducción
de la eficiencia, no obstante, es limitada de acuerdo con Rsp.
De acuerdo con la presente invención, la Rsp
disminuye para FR creciente en el intervalo FR < FR1. Para
FR > FR1, no existe todavía necesidad alguna de aire secundario, dado que no hay riesgo de condensación de los gases de escape. Vs puede ser incluso 0 para este intervalo de FR. Sin embargo, preferiblemente, se introducen cantidades de Vs cuando FR > FR1, típicamente en el intervalo de FR 40% a 100%, dado que se ha encontrado que, especialmente para FR alta, la influencia de este Vs sobre la eficiencia es limitada y la eficiencia puede mantenerse mayor o igual a la eficiencia ajustada para FR = 100%. Cuando FR se reduce a tasas de encendido menores que
FR < FR1, v.g. menores que 40%, la Rsp se incrementa. Preferiblemente, la Rsp cambia de modo gradual, a medida que cambia FR, en el intervalo de 0 a 2,5. Para una tasa de encendido FR < FR1, la Rsp es preferiblemente mayor que 1, v.g. mayor que 1,5 o incluso mayor que 2, tal como 2,5. Para Fr > FR1, la Rsp es preferiblemente menor que 1, o incluso menor que 0,5, tal como 0,42.
FR > FR1, no existe todavía necesidad alguna de aire secundario, dado que no hay riesgo de condensación de los gases de escape. Vs puede ser incluso 0 para este intervalo de FR. Sin embargo, preferiblemente, se introducen cantidades de Vs cuando FR > FR1, típicamente en el intervalo de FR 40% a 100%, dado que se ha encontrado que, especialmente para FR alta, la influencia de este Vs sobre la eficiencia es limitada y la eficiencia puede mantenerse mayor o igual a la eficiencia ajustada para FR = 100%. Cuando FR se reduce a tasas de encendido menores que
FR < FR1, v.g. menores que 40%, la Rsp se incrementa. Preferiblemente, la Rsp cambia de modo gradual, a medida que cambia FR, en el intervalo de 0 a 2,5. Para una tasa de encendido FR < FR1, la Rsp es preferiblemente mayor que 1, v.g. mayor que 1,5 o incluso mayor que 2, tal como 2,5. Para Fr > FR1, la Rsp es preferiblemente menor que 1, o incluso menor que 0,5, tal como 0,42.
Es también un objeto de la presente invención
proporcionar un quemador de premezcla que puede operar de acuerdo
con el método operativo que se describe anteriormente.
Un quemador de premezcla comprende un
alojamiento de quemador, una membrana de quemador, una entrada de
gas combustible de premezcla y una unidad de mezcladura del gas
combustible de premezcla. La unidad de mezcladura del gas
combustible de premezcla proporciona gas combustible de premezcla a
la membrana del quemador por la vía de la entrada del gas
combustible de premezcla. Un quemador de premezcla como el objeto de
la invención, que opera de acuerdo con la presente invención,
comprendiendo medios suplementarios para hacer posible que el aire
secundario entre en el alojamiento del quemador, v.g. mediante
aberturas calibradas en la alojamiento del quemador y comprende
medios para ajustar la Rsp de acuerdo con las tasas de encendido
posibles.
Con objeto de evitar que una parte sustancial
del aire secundario intervenga en la reacción de combustión, los
medios para proporcionar aire secundario al quemador del gas de
premezcla están localizados suficientemente lejos de la membrana
del quemador, contemplándose preferiblemente una distancia mayor que
30 mm. Ventajosamente, al ser los medios aberturas, esas aberturas
están localizadas sustancialmente por encima de la membrana del
quemador, v.g. a una altura, que es mayor que 10 mm o mayor aún que
15 mm por encima de la membrana del quemador. Alternativamente, se
proporciona una barrera que rodea la membrana del quemador y se
extiende por encima de la membrana del quemador. Esta barrera se
extiende preferiblemente más de 10 mm o incluso más que 15 mm por
encima de la membrana del quemador. El aire secundario no puede
fluir directamente a través de las aberturas, que pueden estar
localizadas más cerca de la membrana del quemador, al frente de
llama en la membrana del quemador, sino que este aire secundario
tiene que fluir por encima de la barrera para encontrarse con el gas
de chimenea.
Un quemador de premezcla como el objeto de la
invención comprende adicionalmente diferentes elementos.
El mismo comprende un alojamiento del quemador,
un sistema de evacuación del escape, una entrada del gas combustible
de premezcla y una membrana de quemador. Una unidad de mezcladura
del gas combustible de premezcla, preferiblemente un sistema
Venturi está montada a la entrada del gas combustible de premezcla.
El gas combustible de premezcla se conduce a la membrana del
quemador. Posiblemente, existe una cámara de mezcladura y/o un
sistema difusor de gas entre la entrada del gas combustible de
premezcla y la membrana del quemador.
En un lado de la membrana del quemador, tiene
lugar la combustión del gas de premezcla. Este lado de combustión
de la membrana del quemador está orientado hacia el interior del
alojamiento del quemador.
Una unidad de aspiración, v.g. una soplante o
ventilador, puede estar montada en el sistema de evacuación del
escape y evacua cierta cantidad de volumen de gas fuera del
alojamiento del quemador.
Una unidad de intercambio de calor está montada
entre el sistema de evacuación del escape y la membrana del
quemador. El volumen de gas evacuado por el dispositivo de
aspiración se ve obligado a fluir sobre o a través de la unidad de
intercambio de calor.
De acuerdo con la presente invención, un
quemador de premezcla puede comprender adicionalmente cierto número
de rendijas o aberturas en su alojamiento del quemador y una válvula
instalada en la entrada del gas combustible de premezcla, que puede
cambiar la abertura de la entrada del gas combustible de premezcla
por apertura o cierre. En lo sucesivo se hace referencia a esta
válvula como "válvula de premezcla". Las dimensiones de las
aberturas o rendijas están calibradas y definidas, junto con las
características de cierre de la válvula de premezcla, de tal manera
que el quemador de premezcla se opera de acuerdo con el método
objeto de la invención.
Un primer tipo de quemador de premezcla está
equipado con un dispositivo de aspiración, cuyo volumen de gas
aspirado se ajusta de acuerdo con la tasa de encendido requerida en
un momento determinado. V.g. puede utilizarse una soplante con
velocidad de motor ajustable. Debido al dispositivo de aspiración,
se provee una depresión en el alojamiento del quemador. Entre la
entrada del gas combustible de premezcla y la unidad de mezcladura
del gas combustible de premezcla, está instalada una válvula de
premezcla, que se abre o se cierra de acuerdo con la depresión que
se aplica al lado de aguas abajo de la válvula. La fuerza utilizada
para cerrar la válvula cuando disminuye la depresión, puede ser
v.g. la fuerza de la gravedad o estar causada por un sistema de
resorte. Adicionalmente, se utiliza un conducto de entrada de gas
para proporcionar gas de combustión a la unidad de mezcladura de
gas combustible de premezcla, preferiblemente un sistema Venturi. En
este conducto de entrada del gas, se utiliza una válvula
controladora de la cantidad de gas que se suministra a la unidad de
mezcladura del gas combustible de premezcla. A esta válvula se hace
referencia en lo sucesivo como "grado de gas". Esta válvula de
gas está controlada de tal manera que, de acuerdo con el volumen que
pasa a través de la entrada de mezcladura del gas combustible de
premezcla, se suministra una cantidad de gas a la unidad de
mezcladura del gas combustible de premezcla para asegurar la
relación correcta aire/gas de la mixtura del gas combustible de
premezcla. Usualmente, se proporciona un 30% de exceso de aire.
El dispositivo de aspiración, que causa una
depresión determinada en el alojamiento del quemador, aspira un
volumen Vtotal a través del alojamiento del quemador. El valor de
Vtotal vendrá determinado determinará por la tasa de encendido
requerida. De acuerdo con las características de la válvula de
premezcla que se abre en cierto grado, se ajustará la superficie de
la abertura de la entrada de mezcladura del gas combustible de
premezcla. De acuerdo con esta superficie de la entrada de
mezcladura del gas combustible de premezcla, se aspirará una cierta
cantidad de mixtura del gas combustible de premezcla a través de la
entrada del gas combustible de premezcla y se quemará
proporcionando Vp. Una cantidad de aire secundario Vs se aspirará a
través de las aberturas adicionales del alojamiento del quemador, a
fin de establecer el equilibrio Vtotal = Vp+Vs. Este volumen Vtotal
se enfriará en la unidad de intercambio de calor, que se encuentra a
una temperatura mayor o igual a Tmin, hasta una temperatura
Tescape. Para una tasa de encendido FR, la relación Rsp = Vs/Vp se
ajustará a cierto valor de tal manera que Tdtotal < Tescape,
proporcionando mientras tanto una eficiencia de intercambio de
calor entre la unidad de intercambio de calor y el gas de escape que
es mayor que 84+2*log(Pn), o incluso mayor que
84+3*log(Pn). Se prefiere una eficiencia mayor que
84+3*log(Pn) cuando FR es igual o menor que 30% de la tasa
de encendido FR máxima. Por control de Rsp, pueden cumplirse estas
condiciones para la operación del quemador de premezcla que es el
objeto de la invención.
Cuando aumenta Vtotal (dado que se demanda un
valor FR más alto), la depresión aumentará y la válvula de premezcla
se abrirá en mayor proporción. Vp aumenta de acuerdo con ello, y
Rsp puede disminuir o mantenerse constante. En el caso de que la
válvula de premezcla estuviera ya completamente abierta, debido a la
mayor depresión, se aspirará mayor cantidad de la mixtura de gas
combustible de premezcla a través de la entrada de la mixtura de
gas combustible de premezcla, por lo que de nuevo aumentará Vp. Dado
que el mismo cambio de depresión causará un mismo aumento
proporcional de Vs, Rsp se mantendrá sustancialmente constante.
Cuando se reduce Vtotal (FR disminuye), la
válvula de premezcla se cerrará debido a la menor depresión. La
superficie de la entrada de mezcla de gas combustible de premezcla
disminuye, mientras que la superficie de las aberturas adicionales
para el suministro de aire secundario se mantiene constante. Por
esta razón, Vp disminuirá proporcionalmente más que Vs, por lo que,
para Vtotal decreciente, Rsp = Vs/Vp aumentará. Para un determinado
intervalo de tasa de encendido, siendo las tasas de encendido
relativamente bajas, y dependiendo de la temperatura de la unidad
de intercambio de calor, el gas de escape puede enfriarse a una
temperatura Tescape < Tdp, siendo Tdp el punto de rocío del gas
de chimenea.
Existe una cierta tasa de encendido FRmin que es
el límite inferior de una operación estable del quemador de
premezcla. Para esta FRmin,
Vtotalmin =
Vpmin +
Vsmin.
Un segundo tipo de quemador de premezcla está
equipado con un dispositivo de aspiración, cuyo volumen de gas
aspirado es constante, con independencia de la tasa de encendido
requerida en un momento dado. V.g., puede utilizarse una soplante
con velocidad de motor constante. Debido al dispositivo de
aspiración, se proporciona una depresión en el alojamiento del
quemador. En la entrada del gas combustible de premezcla, se instala
una válvula de premezcla, que se abre o se cierra de acuerdo con la
tasa de encendido requerida. La fuerza utilizada para controlar la
válvula cuando la depresión disminuye, puede ser v.g. un motor de
velocidad gradual. Alternativamente, se utiliza un conducto de
entrada de gas para proporcionar gas de combustión a la unidad
mezcladora de gas combustible de premezcla, preferiblemente un
sistema Venturi. En este conducto de entrada de gas, se utiliza
una válvula controladora de la cantidad de gas que se suministra a
la unidad de gas combustible de premezcla. A esta válvula se hace
referencia en lo sucesivo como "válvula de gas". Esta válvula
de gas está controlada de tal manera que, de acuerdo con el volumen
de gas que pasa a través de la entrada de mezcladura de gas
combustible de premezcla, se suministra una cantidad de gas a la
unidad de mezcladura de gas combustible de premezcla a fin de
asegurar la relación correcta aire/gas de la mixtura de gas
combustible de premezcla. Usualmente, se proporciona un 30% de
exceso de aire.
El dispositivo de aspiración, que causa una
cierta depresión en el alojamiento del quemador, aspira un volumen
Vtotal a través del alojamiento del quemador. De acuerdo con los
ajustes de la válvula de premezcla que se abre en cierto grado
debido a una tasa de encendido demandada, se ajustará la superficie
de la entrada de mezcladura del gas combustible de premezcla. De
acuerdo con esta superficie de la entrada de mezcladura de gas
combustible de premezcla, se quemará una cierta cantidad de la
mixtura de gas combustible de premezcla, proporcionando Vp. Una
cantidad de aire secundario Vs será aspirada a través de las
aberturas adicionales en el alojamiento del quemador, a fin de
establecer el equilibrio Vtotal = Vp+Vs. Este volumen Vtotal se
enfriará en la unidad de intercambio de calor, que se encuentra a
una temperatura mayor o igual a Tmin, hasta una temperatura
Tescape. Para una tasa de encendido FR, la relación Rsp = Vs/Vp se
ajustará a cierto valor de tal manera que Tdtotal<Tescape,
proporcionando entre tanto una eficiencia de intercambio de calor
entre la unidad de intercambio de calor y el gas de escape que es
mayor que 84+2*log(Pn) o incluso mayor que
84+3*log(Pn). Una eficiencia mayor que 84 + 3*log(Pn)
se prefiere cuando FR es igual o menor que 30% de la tasa de
encendido máxima FR. Por control de Rsp, pueden cumplirse estas
condiciones para la operación del quemador de premezcla como el
objeto de la invención.
Cuando se exige una FR mayor, la válvula de
premezcla se abrirá adicionalmente. Vp se incrementa de acuerdo con
ello, y Rsp puede disminuir o mantenerse constante.
Cuando se requiere una tasa de encendido FR
menor, la válvula de premezcla se cerrará debido al cambio en el
ajuste de la válvula. La superficie de la entrada de mezcla del gas
combustible de premezcla disminuye, en tanto que la superficie de
las aberturas adicionales para suministro de aire secundario se
mantiene constante. Por esta razón, Vp disminuirá
proporcionalmente, mientras que Vs, debido a la depresión creciente,
aumentará. Como resultado, aumenta Rsp. Preferiblemente, la Rsp se
ajusta al intervalo de 1 a 1,5. Para un cierto intervalo de tasa de
encendido, siendo las tasas de encendido relativamente bajas, y
dependiendo de la temperatura de la unidad de intercambio de calor,
el gas de escape puede enfriarse a una temperatura Tescape < Tdp,
siendo Tdp el punto de rocío del gas de chimenea.
Existe una cierta tasa de encendido FRmin, que
es el límite inferior de una operación estable del quemador de
premezcla. Para este valor FRmin,
Vtotalmin =
Vpmin +
Vsmin.
Para este tipo de quemadores de premezcla como
el objeto de la invención, la válvula de premezcla puede ajustarse
directamente dependiendo de la carga de encendido requerida. Sin
embargo, la válvula puede ajustarse indirectamente, dependiendo de
un cierto volumen de gas, que es proporcionado por la válvula de
gas. Esta válvula de gas se ajusta de acuerdo con la FR requerida.
Después de la válvula de gas, o en la entrada de gas combustible de
premezcla, se mide la presión obtenida. De acuerdo con esta presión,
se abre la válvula de premezcla, a fin de proporcionar una mixtura
de gas combustible de premezcla que tenga la relación correcta
aire/gas. La válvula de premezcla puede controlarse mediante v.g.
un sistema de resorte o un motor de velocidad gradual. Una unidad
de control puede controlar la apertura o cierre de la válvula de
premezcla por medio de este sistema de resorte o motor de velocidad
gradual.
Un quemador de premezcla de gas alternativo
utiliza los mismos elementos que un quemador de premezcla de gas
como se ha descrito arriba, excepto que no está presente el
dispositivo de aspiración. El aire, tanto para la mixtura de
premezcla como para aire secundario, se inyecta en el interior del
alojamiento del quemador por un dispositivo de suministro de aire
en lugar de ser aspirado en el mismo por un dispositivo de
aspiración. El aire se suministra v.g. por medio de una soplante o
ventilador a las aberturas o rendijas y a la unidad de mezcladura de
gas.
La invención se describirá a continuación con
mayor detalle haciendo referencia a los dibujos que se adjuntan, en
donde
- Figura 1 es una vista esquemática de un
quemador de premezcla de gas como el objeto de la invención;
- Figura 2, Figura 3, Figura 4, Figura 5 y
Figura 6 son realizaciones alternativas de un quemador de premezcla
de gas como el objeto de la invención.
Un quemador de premezcla como el objeto de la
invención, y que es capaz de operar utilizando un método para
reducir el punto de rocío del gas de escape, se muestra
esquemáticamente en la Figura 1. Un quemador de premezcla de gas
comprende un alojamiento del quemador 101, un sistema de evacuación
del escape 102, en el cual está comprendido un dispositivo de
aspiración 103, y una unidad de intercambio de calor 104. El
quemador de gas de premezcla comprende adicionalmente una membrana
de quemador 105, a la cual se proporciona una mixtura de gas
combustible de premezcla por la vía de una entrada de gas
combustible de premezcla 106. El gas combustible de premezcla se
mezcla en la unidad de mezcladura del gas combustible de premezcla
107, que es v.g. un sistema Venturi. Una cámara de mezcladura y
difusión 108 puede estar instalada entre la entrada del gas
combustible de premezcla 106 y la membrana del quemador 105. De
acuerdo con la presente invención, el alojamiento del quemador
comprende aberturas 109 y una válvula de premezcla 110. El
dispositivo de aspiración 103 fuerza un volumen total de gas de
escape al sistema de evacuación del escape 102 (como se indica con
la flecha 120), aspirando este volumen a través de la unidad de
intercambio de calor 104. El dispositivo de control 130 que,
controla por ejemplo la velocidad del dispositivo de aspiración, en
el caso en que el dispositivo es una soplante, en función de la
tasa de encendido requerida, controla este volumen. El volumen
Vtotal es aspirado parcialmente a través de las aberturas 109, y
parcialmente a través de la unidad mezcladora del gas combustible de
premezcla 107. Un volumen de aire secundario Vs es aspirado a
través de las aberturas 109 como se indica con la flecha 121. La
cantidad de aire aspirada a través de la unidad de mezcladura de
aire combustible de premezcla 107 (como se indica con la flecha
122) requiere un cierto volumen de gas, para ser suministrada y
mezclada con este aire a fin de proporcionar el gas combustible de
premezcla. Este volumen de gas es proporcionado por la entrada de
gas 111. Posiblemente, este volumen de gas es controlado por un
dispositivo de control 112, v.g. un manómetro, que mide la presión
en la unidad de mezcladura del gas combustible de premezcla en el
punto 113. Dependiendo de la presión, la válvula de gas 114 se abre
o se cierra. La mixtura de gas combustible de premezcla se
proporciona a y se quema en la membrana del quemador 105,
proporcionando un volumen de gas de chimenea Vp como se indica con
la flecha 123. El volumen de aire secundario, cuya parte principal
no interviene en la reacción de combustión, se lleva junto con el
volumen de gas de chimenea Vp al alojamiento del quemador,
reduciendo el punto de rocío del gas de escape comparado con el
punto de rocío del gas de chimenea. Dependiendo del volumen total
Vtotal que es demandado por el dispositivo de aspiración 103, la
válvula de premezcla 110 se abrirá o se cerrará en cierto grado.
Esta válvula de premezcla puede cerrarse mediante v.g. la fuerza de
la gravedad, o bien fuerza puede proporcionarse dicha fuerza, v.g.,
por un resorte. El nivel de apertura o cierre de la válvula de
premezcla 110 de acuerdo con el volumen Vtotal, controla la relación
Rsp, que es Vs/Vp.
Un quemador de premezcla de gas alternativo se
muestra en Figura 2. El quemador funciona de manera idéntica a la
que se muestra en Figura 1, excepto que este quemador no comprende
un dispositivo de aspiración. El quemador comprende un dispositivo
de suministro de aire 115, que proporciona cierta cantidad de aire a
la aberturas 109 y a la unidad de mezcladura del gas combustible de
premezcla 107. La cantidad de aire es controlada por un dispositivo
de control 130, controladora de la cantidad de aire suministrada al
quemador como se indica con la flecha 124.
Un quemador de premezcla de gas alternativo se
muestra en la Figura 3. El quemador funciona de manera idéntica a
la representada en la Figura 1, excepto que el dispositivo de
aspiración 103 aspira constantemente el mismo volumen de gas de
escape. La válvula de gas 114 está controlada por un dispositivo de
control, que ajusta la abertura de la válvula de gas de acuerdo con
la tasa de encendido requerida. Dependiendo de la cantidad de gas
que pasa a través de la válvula de gas, un dispositivo de control
116, v.g., un manómetro, controla el ajuste de la válvula de
premezcla 110. La abertura de la válvula de premezcla controlará la
relación Rsp, que es Vs/Vp.
Otro quemador alternativo de premezcla de gas se
muestra en la Figura 4. El quemador funciona de manera idéntica a
la presentada en Figura 1, excepto que la válvula de premezcla 110
está controlada directamente por un dispositivo de control 130 y
que el dispositivo de aspiración aspira un volumen constante de gas
de escape. La válvula de premezcla 110 se abre o se cierra de
acuerdo con la tasa de encendido requerida, v.g. utilizando un motor
de velocidad gradual. La abertura de la válvula de premezcla
controlará la relación Rsp, que es Vs/Vp.
Otro quemador alternativo de premezcla de gas
como el objeto de la invención se muestra en la Figura 5. Las
aberturas 109, que proporcionan aire secundario al quemador de
premezcla de gas, están localizadas notablemente lejos y por encima
de la membrana del quemador a una altura 501 de al menos 15 mm. El
aire secundario, que entra como se indica con la flecha 121, no
toma parte en la reacción de combustión.
Otro quemador alternativo de premezcla de gas
como el objeto de la invención se muestra en la Figura 6. Las
aberturas 109, que proporcionan aire secundario al quemador de
premezcla de gas, están localizadas más próximas a la membrana del
quemador, pero alrededor de la membrana del quemador, está provista
una barrera 601 (v.g. una brida metálica). Esta barrera 601 se
extiende al menos a una altura 602 de 15 mm por encima de la
membrana del quemador 105, y en el momento en que el aire
secundario, que entra como se indica con la flecha 121, se
encuentra con el gas de chimenea por encima de la barrera, la
reacción de combustión se ha completado ya.
Claims (12)
1. Un método de disminución del punto de rocío
del gas de escape de un quemador de premezcla, comprendiendo dicho
método los pasos de:
- \bullet
- proporcionar un volumen de gas de chimenea Vp por combustión de una mixtura de gas combustible de premezcla, teniendo dicho gas de chimenea un punto de rocío Tdp;
- \bullet
- introducir un volumen de aire secundario Vs en dicho alojamiento del quemador, en donde la parte principal de dicho aire secundario no interviene en la combustión de dicha mixtura de gas combustible de premezcla;
- \bullet
- reunir dicho volumen de gas de chimenea Vp y dicho volumen de aire secundario para formar un volumen total de gas de escape Vtotal, teniendo dicho gas de escape un nuevo punto de rocío Tdtotal, que es menor que dicho punto de rocío Tdp de dicho gas de chimenea;
- \bullet
- determinar el nivel de dicho nuevo punto de rocío Tdtotal por ajuste de la relación Rsp, siendo Rsp Vs dividido por Vp.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente el paso de enfriar dicho gas de escape
pasando por la unidad de intercambio de calor.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2,
en el que dicho enfriamiento se realiza con una eficiencia mayor
que 84+2*log(Pn), siendo dicha Pn la carga total de dicho
quemador de premezcla de gas.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 2
ó 3, en el que dicho enfriamiento se realiza con una eficiencia
mayor que 84+3*log(Pn), cuando dicho quemador de premezcla se
enciende a una carga de encendido del 30% de Pn.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 2
a 4, en el que dicho gas de escape se enfría hasta una temperatura T
menor que Tdp, siendo T mayor que Tdtotal.
6. Un quemador de premezcla para aplicación de
un método de operación conforme a cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, comprendiendo dicho quemador un alojamiento del
quemador (101), una membrana del quemador (105), una entrada de gas
combustible de premezcla (106) y una unidad de mezcladura del gas
combustible de premezcla (107), proporcionando dicha unidad de
mezcladura del gas combustible de premezcla (107) gas combustible de
premezcla a dicha membrana del quemador (105) por la vía de dicha
entrada del gas combustible de premezcla (106), comprendiendo dicho
alojamiento del quemador (101) aberturas (109) para introducir un
volumen de aire secundario Vs, caracterizado porque dicho
quemador comprende una válvula de premezcla (110), estando instalada
dicha válvula de premezcla (110) entre la unidad de mezcladura del
gas combustible de mezcla (107) y la entrada del gas combustible de
premezcla (106), controlando dicha válvula de premezcla (110) la
relación Rsp, siendo Rsp Vs dividido por Vp.
7. Un quemador de premezcla de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que dicha válvula de premezcla (110) se
cierra por la fuerza de la gravedad.
8. Un quemador de premezcla de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que dicha válvula de premezcla (110) se
controla por un sistema de resorte.
9. Un quemador de premezcla de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que dicha válvula de premezcla (110) se
controla por un motor de velocidad gradual.
10. Un quemador de premezcla de acuerdo con las
reivindicaciones 6 a 9, comprendiendo dicho quemador una unidad de
intercambio de calor (104).
11. Un quemador de premezcla de acuerdo con las
reivindicaciones 6 a 10, comprendiendo dicho quemador un
dispositivo de aspiración (103).
12. Un quemador de premezcla de acuerdo con las
reivindicaciones 6 a 10, en el que dicho quemador comprende un
dispositivo de suministro de aire (115).
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