ES2345521B1 - Camara de combustion. - Google Patents
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Abstract
Cámara de combustión.
La cámara de la invención está constituida a
base de materiales flexibles y ligeros que permiten eliminar la
aparición de fisuras, grietas, fracturas en los materiales y otras,
así como asumir el problema de las dilataciones. La cámara se
constituye a partir de un cuerpo paralelepipédico inferior (1') y
una campana tronco-piramidal superior (6), estando
las caras laterales dotadas de enrejados (2), determinando un
soporte para la fijación tanto de una cubierta exterior metálica
como de una doble capa interior de aislante, sobre la que a su vez
se adosa internamente una chapa de acero refractario expuesto
directamente a la llama, complementándose con las correspondientes
toberas de inyección (3), así como remates (4) a 45º en dos de las
esquinas y unas chapas superiores (5) situadas por encima de las
toberas (3) y en vértices contrarios a ellas, para evitar que el
torbellino formado por los flujos de los correspondientes
ventiladores no asciendan hasta la parte superior de la cámara,
aumentando de esta manera el tiempo de residencia del combustible y
disminuyendo la formación de inquemados.
Description
Cámara de combustión.
La presente invención se refiere a una cámara de
combustión que ha sido prevista para su aplicación en instalaciones
de secado (biomasa, lodos y otras materias) o de generación de
energía, en las que sea necesario disponer de una mezcla controlada
de gases de combustión y aire como fluido calefactor, estando
inicialmente concebida para el acondicionamiento del alperujo
obtenido en los procesos de elaboración de la aceituna para obtener
aceite, con el fin de utilizar dicho alperujo como biocombustible
para la producción de energía eléctrica. Sin embargo, el diseño
básico está adaptado a cualquier tipo de biocombustible (residuos de
madera, bagazo, huesos o cáscaras, y otras materias orgánicas con
poder calorífico entre 2 y 5 termias por Kg, convenientemente
acondicionados).
El objeto de la invención es conseguir una
cámara de combustión que consigue aumentar la eficiencia del
combustible mediante la mejora y control de la calidad del caudal de
gases de combustión, dando lugar a una reducción de emisiones.
La obtención del aceite de oliva se basa en un
proceso que ha sufrido muy pocos cambios a lo largo de los años,
aunque una mayor conciencia sobre el medio ambiente ha hecho que se
plantee el proceso de producción, en busca de métodos que consuman
menos materia prima y a la vez tratar los residuos sólidos y
líquidos que se generan.
Concretamente, una de las medidas que se han
tomado es la reutilización del alperujo como biocombustible en
hornos de combustión para la producción de energía eléctrica, aunque
para emplear el alperujo en los hornos de combustión es necesario
que el mismo tenga unas condiciones de humedad que, en principio, no
cumple. Es decir, el alperujo debe ser acondicionado en base a un
sistema de secado por gases calientes en hornos rotativos que
reducen la humedad hasta los valores prefijados, de manera que al
tratarse de combustibles, la temperatura del secadero ha de estar
perfectamente controlada y mantenida muy por debajo de la de
ignición del producto a secar.
En este sistema es importante que se pueda
controlar rápida y fácilmente la temperatura dentro del secadero,
por lo que cualquier mejora tendente a reducir la inercia térmica
repercute directamente en la seguridad de la opera-
ción.
ción.
Pues bien, las cámaras de combustión que se
utilizan en la actualidad son estructuras de gran tamaño que han de
soportar el peso de los elementos de materiales refractarios y
aislantes que conforman las paredes, así como las dilataciones que
se dan a causa de las elevadas temperaturas.
Por otro lado, las citadas cámaras de combustión
u hornos tienen una gran inercia térmica que en muchos casos
requiere de horas para su encendido y apagado, lo cual se debe a que
al encender el horno, el calor que se genera en principio se emplea
para calentar todos los elementos que conforman la estructura del
mismo, resultando el efecto contrario en la parada. Es decir, desde
que se corta el suministro de combustible hasta que se enfría
transcurre mucho tiempo debido a la capacidad de retener el calor de
los elementos que conforman el horno. Por el mismo motivo los
transitorios que normalmente suceden en la operación normal sufren
retardos en su corrección por la recuperación o cesión de calor de
los elementos constituyentes del horno, restando eficiencia y
rendimiento.
Teniendo en cuenta que las cámaras de combustión
u hornos del tipo referido se fabrican con materiales pesados,
grandes elementos de fundición, grandes y gruesas planchas de acero,
materiales refractarios de base mineral, hormigón gunitado, etc.,
son frecuentes las roturas, fracturas y deterioro como consecuencia
de las dilataciones producidas por las altas temperaturas que se
alcanzan en el interior de los hornos, con gran coste de
mantenimiento y pérdida de tiempo en paradas.
La cámara de combustión que se preconiza ha sido
concebida para resolver la problemática anteriormente expuesta, en
base a unas características novedosas, tanto estructurales como de
constitución, ya que la cámara en cuestión incluye un panel
refractario de alta eficiencia, como a continuación se
describirá.
Mas concretamente, la cámara de la invención
utiliza en su fabricación materiales flexibles y ligeros, a base de
perfiles laminados de series bajas, chapas de acero de espesor
pequeño, materiales aislantes ligeros, etc., que permiten asumir
perfectamente el problema añadido de las dilataciones, eliminando la
aparición de fisuras, grietas, fracturas en los materiales, etc.
Así pues, la cámara de la invención se
constituye a partir de una estructura base de naturaleza metálica,
con una configuración paralelepipédica, cuyas caras son ocupadas
mediante un enrejado, como soporte para el correspondiente panel
refractario de alta eficiencia.
Tanto la estructura base como el enrejado están
materializados a base de perfiles laminados de acero al carbono, y
la fijación entre ellos se realiza por soldadura.
En cuanto al panel refractario, se constituye a
partir de un panel aislante de alta eficiencia, determinado por tres
capas, una primera de chapa de acero al carbono, una segunda de lana
de roca, y una tercera constituida por una lámina de fieltro
cerámico, siendo la primera capa la que se fija mediante soldadura
al enrejado, mientras que la tercera capa determina la superficie
interna sobre la que se dispone la pared interna de la cámara
constituida por una chapa de acero inoxidable refractario y
destinada a recibir directamente la llama del hogar.
La cámara así constituida se complementa por su
parte superior con una campana tronco piramidal, realizada de la
misma forma, cuyo montaje deja una ranura horizontal de ancho
determinado, por la que se introduce aire fresco durante la
operación, debido a que la presión en la cámara de combustión es
ligeramente inferior a la atmosférica. En el interior de esta
campana se produce la mezcla controlada de gases de combustión y el
aire. En la parte inferior del cuerpo recto de la cámara de
combustión se dispone una capa horizontal de material refractario y
resistente, que hace de sello térmico entre la propia cámara y el
exterior y sobre la que se depositarán posibles cenizas o inquemados
que serán evacuados de la cámara.
La cámara incluye una cubierta exterior que la
cubre completamente, y que dispone de una serie de ventanas por
donde entra el aire exterior debido a la presión mas baja en el
espacio entre dicha cubierta y la cámara de combustión. Se forma así
un espacio entre la propia cámara de combustión y el exterior que
también permite la refrigeración continua de la parte externa de la
cámara al haber siempre corrientes de aire forzadas. Esta cubierta
exterior está compuesta por un conjunto de paneles desmontables
realizados en perfilería metálica ligera y cubiertos con chapa
ondulada, y luego ensamblados entre si por tornillos.
Asimismo, se ha previsto que la cámara cuente
con las correspondientes toberas de inyección, realizadas en acero
refractario e insertadas dentro del conjunto que forman las paredes,
ubicándose concretamente en paredes opuestas y dispuestas de forma
asimétrica, todo ello con el objeto de conseguir que los flujos de
uno y otro ventilador formen un torbellino en el interior de la
cámara, permitiendo la combustión mas eficiente y uniforme.
La cámara incluye también unos deflectores a 45º
de material refractario, dispuesto en las esquinas contrarias a las
toberas de inyección, que sirven para evitar pérdidas de energía del
flujo de la combustión, suavizándose de esta manera las trayectorias
de las líneas de corriente.
Finalmente, la cámara se complementa con unas
placas refractarias ubicadas en las esquinas, rematadas a 45º y
dispuestas a una altura determinada por encima de las toberas de
inyección, placas que establecen que el torbellino formado por el
flujo de los ventiladores primarios no ascienda hacia la parte
superior de la cámara, mejorando de esta forma el tiempo de
residencia del combustible y disminuyendo la formación de
inquemados.
En base a las características referidas, son
numerosas y notables las ventajas de la cámara de combustión frente
a las convencionales, pudiendo citar como más importantes las
siguientes:
- -
- Construcción mas liviana que permite reducir costes de construcción en relación a las cámaras de combustión convencionales.
- -
- Diseño que permite dilataciones y movimientos relativos de sus componentes al variar las temperaturas sin generar esfuerzos.
- -
- Ahorro sustancial de combustible al reducir las necesidades de energía para mantenimiento de la propia cámara.
- -
- Disminución sustancial de las inercias térmicas de la cámara, lo que facilita el control de la misma y aumenta la seguridad de la operación.
- -
- Mejora de la combustión al poder alcanzar temperaturas de funcionamiento superiores a las de las cámaras convencionales, lo que se traduce en una mejora de las emisiones y reducción de inquemados.
- -
- Completo aislamiento térmico del exterior, por la doble cubierta, eliminando las pérdidas por este concepto.
- -
- Ahorro tanto de peso del conjunto de la cámara como de materiales y tiempo de ejecución, montaje y mantenimiento de la misma.
- -
- Optimo aislamiento térmico y buena distribución del calor dentro de la cámara, permitiendo parar y después alcanzar rápidamente el régimen de funcionamiento.
- -
- Cámara de rápida reacción a los cambios de temperatura o acciones de control de la misma, por lo que aumenta la seguridad de las instalaciones.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de
realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de
dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una representación según
una perspectiva general de la estructura base correspondiente a la
cámara de combustión objeto de la invención, con dos partes
diferenciadas que forman la cámara: la base recta y la campana en
forma de pirámide truncada.
La figura 2.- Muestra otra vista en perspectiva
de la estructura base complementada con el enrejado de sus caras
laterales.
La figura 3.- Muestra una representación según
una perspectiva esquemática de la cámara de combustión objeto de la
invención.
Las figuras 4 y 5.- Muestran sendas vistas en
alzado lateral y de perfil, respectivamente, de la cámara
representada en la figura anterior.
Como se puede ver en las figuras referidas, la
cámara de la invención se constituye a partir de una estructura base
(1) formada por perfiles laminados de acero al carbono, unidos entre
si mediante soldadura, para formar un paralelepípedo, sobre cuya
estructura base (1) va montado un enrejado (2) ocupando las paredes
laterales del paralelepípedo, como se muestra en la figura 2,
estando ese enrejado (2) constituido igualmente mediante perfiles
laminados de acero al carbono, fijándose a la estructura base (1)
mediante soldadura de gran penetración.
Sobre el cuerpo paralelepipédico (1') formado
por la estructura (1) y enrejado (2) de los laterales, se monta el
correspondiente panel aislante compuesto de alta eficiencia, el cual
está constituido por tres capas, la primera de ellas formada por una
chapa de acero al carbono y que se fija a la estructura (1) y
enrejado (2) mediante soldadura discontinua, montándose los paños de
chapa desde el interior y colocándose los mismos a tope, sin solape,
también con soldadura discontinua por dos caras, adaptándose a la
forma interior de la estructura base. La segunda capa del panel
aislante está constituida en lana de roca de 50 mm de espesor, que
es un material con una conductividad térmica pequeña que hace la
función de aislante térmico, resultando fácilmente manipulable y se
monta en paño de pequeño tamaño sobre la chapa correspondiente de la
capa primera. La tercera capa es una lámina de fieltro cerámico de 9
mm de espesor, constituyendo un aislante térmico con menor
conductividad que la lana de roca, de manera que su baja
conductividad le permite aislar térmicamente la cámara del exterior
con un espesor muy reducido, resultando también fácilmente
manipulable y montándose en paño de pequeño tamaño a continuación de
la capa de lana de roca.
El panel aislante constituido por las tres
comentadas capas es de alta eficiencia y sobre él se dispone la
pared interna de la cámara constituida en chapa de acero inoxidable
refractario de 5 mm de espesor, u otro material conveniente a la
naturaleza de los gases de combustión, estando prevista para recibir
directamente la llama del hogar y está compuesta por paños de tamaño
regular y montada en su conjunto sobre dos capas de aislante de
distintas conductividades térmicas, montando los paños solapándose
unos milímetros unos con otros para evitar tensiones por
dilataciones y abonamientos por choques entre chapas, de manera que
la fijación de los paños a la chapa exterior se realiza apoyándose
directamente sobre la capa de aislante mediante uniones
desmontables, como son tornillos, con holgura suficiente que permita
la dilatación de las chapas en todas direcciones, no existiendo por
tanto soldaduras en ningún punto de las caras internas de la
cámara.
Sobre la parte superior se incluye una campana
tronco-piramidal (6), cuyo montaje establece una
ranura horizontal para entrada de aire fresco.
La cámara así constituida se complementa con las
correspondientes toberas de inyección (3) realizadas en acero
refractario e insertadas con ajuste deslizante dentro del conjunto
que forman las paredes, ubicándose concretamente en dos paredes
opuestas, como se representa en las figuras 3 y 4, y dispuestas de
forma simétrica, así se consigue que los flujos de uno y otro
ventilador formen un torbellino en el interior, permitiendo una
combustión mas eficiente y uniforme.
En el extremo opuesto al de las toberas (3), las
esquinas correspondientes de la cámara presentan unos deflectores o
remates (4) de 45º y materializados mediante material refractario,
estando previstos para evitar la aparición de vórtices y la
consiguiente pérdida de energía del flujo en la combustión, con lo
que permite suavizar las trayectorias de las líneas de
corriente.
Interiormente, en las esquinas se han previsto
igualmente unas placas refractarias (5) dispuestas a una altura que
queda por encima de las toberas de inyección (3), de manera que
mediante estas placas (5) se consigue que el torbellino formado por
los flujos de los ventiladores no ascienda hacia la parte superior
de la cámara, aumentado con ello el tiempo de residencia del
combustible y disminuyendo la formación de inquemados.
La cámara así constituida se complementa con una
cubierta exterior desmontable a base de perfilería metálica ligera y
chapa ondulada, determinando un espacio entre la propia cámara y
dicha cubierta para permitir una refrigeración continua de la pared
exterior de la cámara, al haber siempre corrientes de aire forzadas.
Evidentemente la cámara de combustión descrita minimiza los
problemas que presentan las cámaras convencionales, al trabajar de
manera distinta, ya que no genera tensiones cuando se calienta,
permitiendo las dilataciones libremente en todas direcciones, y en
donde sus elementos no se ven afectados por interferencias entre
ellos, de manera que al dimensionar cada uno de los elementos
constitutivos de la cámara, se tendrá en cuenta la temperatura y la
resistencia mecánica que han de tener, pero sin los esfuerzos
debidos a las dilataciones de una estructura rígida, como son las
convencionales.
Claims (5)
1. Cámara de combustión, prevista para su
aplicación en instalaciones de secado (biomasa, lodos y otras
materias) o de generación de energía, en las que sea necesario
disponer de una mezcla controlada de gases de combustión y aire como
fluido calefactor, estando inicialmente concebida para el
acondicionamiento del alperujo obtenido en los procesos de
elaboración de la aceituna para obtener aceite, con el fin de
utilizar dicho alperujo como biocombustible para la producción de
energía eléctrica, estando diseñada para admitir cualquier tipo de
biocombustible (residuos de madera, bagazo, huesos o cáscaras, y
otras materias orgánicas con poder calorífico entre 2 y 5 termias
por kilogramo), se caracteriza porque se constituye a partir
de un cuerpo paralelepipédico inferior (1') y una campana superior
tronco piramidal (6), estableciéndose entre cuerpo (1') y campana
(6) una ranura para el paso de aire entre ambos, todo ello
permitiendo controlar el proceso de combustión y la mezcla de los
gases producidos con aire exterior.
2. Cámara de combustión, según reivindicación
1ª, caracterizada porque la estructura que constituye la
pared resistente del cuerpo inferior (1') y que compensa las
dilataciones de sus elementos en todas direcciones evitando las
tensiones, está constituida mediante perfiles metálicos (1) en
correspondencia con las aristas y un enrejado (2) en correspondencia
con las caras laterales; con la particularidad de que sobre el
interior de dichas paredes laterales va montado un panel aislante
compuesto, de alta eficiencia y constituido mediante la
superposición de tres capas, una de acero al carbono, una segunda
capa de lana de roca, y una tercera capa de lámina de fieltro
cerámico, superponiéndose a dicho panel aislante una chapa de acero
inoxidable refractario, constituyendo la pared interna de la propia
cámara, fijándose a la capa constituida por la lámina de fieltro
mediante tornillos, determinando uniones desmontables, con holgura
suficiente para su funcionamiento a alta temperatura.
3. Cámara de combustión, según reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque en correspondencia con dos
zonas próximas a dos esquinas opuestas se han previsto de sendas
toberas de inyección (3) realizadas en acero refractario, para
generar las mejores condiciones de flujo de gases, mientras que en
las esquinas opuestas a las de disposición de las toberas de
inyección (3), se han previsto deflectores o remates de control de
flujo (4) de material refractario; habiéndose previsto a 45º y en
correspondencia con dichas esquinas, placas refractarias
horizontales (5) para conducir y controlar el flujo, dispuestas a
una altura determinada situada por encima de las toberas de
inyección (3).
4. Cámara de combustión, según reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque el panel aislante de alta
eficiencia es doble, de manera que su disposición y montaje utiliza
los elementos de unión a través de la capa que constituye la chapa
de acero al carbono sobre la estructura base (1) y enrejado (2),
habiéndose previsto que la capa interior de ese panel aislante
constituya un elemento absorbedor de movimientos relativos entre la
capa exterior y la interior ante las variaciones de temperatura.
5. Cámara de combustión, según reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque incluye una cubierta
exterior con ventanas determinantes de medios de paso a través de
las cuales fluye el aire por depresión, en orden a eliminar toda
pérdida de calor y consiguiendo además refrigerar por circulación el
espacio entre cubierta y cámara, introduciéndose dicho aire por la
ranura entre el cuerpo inferior (1') y la campana tronco piramidal
(6).
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| ES200800737A ES2345521B1 (es) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Camara de combustion. |
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- 2008-03-13 ES ES200800737A patent/ES2345521B1/es not_active Expired - Fee Related
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| CN108170947B (zh) * | 2017-12-27 | 2021-03-26 | 重庆大学 | 一种基于萤火虫算法获取新型点阵结构的方法 |
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