ES2637981T3 - Tobera multimaterial de mezclado exterior - Google Patents

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ES2637981T3 ES11717209.8T ES11717209T ES2637981T3 ES 2637981 T3 ES2637981 T3 ES 2637981T3 ES 11717209 T ES11717209 T ES 11717209T ES 2637981 T3 ES2637981 T3 ES 2637981T3
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Abstract

Tobera multimaterial de mezclado exterior para pulverizar fluidos con la ayuda de un gas de atomización caliente con respecto a los fluidos que van a pulverizarse, en particular vapor o gas caliente, con una carcasa (2), en la que la carcasa (2) presenta una abertura de salida (60) central para el gas de atomización, que rodea concéntricamente un eje medio longitudinal de la tobera multimaterial, una primera rendija anular (21), que rodea la abertura de salida (60) para el fluido que va a pulverizarse, y una segunda rendija anular (29), que rodea la primera rendija anular (21) para el gas de atomización, en la que la abertura de salida (60) para el gas de atomización, el extremo de la primera rendija anular (21) para el fluido que va a pulverizarse, y el extremo de la segunda rendija anular (29) para el gas de atomización se encuentran exactamente a la misma altura, visto transversalmente con respecto a la dirección de flujo, o bien la primera rendija anular (21) para el fluido que va a pulverizarse está retranqueada con respecto a la posición de la boca de la tobera de una a diez veces la anchura de la primera rendija anular (21), o está dispuesta a la misma altura que la abertura de salida (60), y presenta una pieza de distribución (18) central monobloque, en la que la pieza de distribución (18) presenta por lo menos un canal de flujo para el fluido que va a pulverizarse desde una tubería de conexión (4) hasta la primera rendija anular (21), y por lo menos un canal de flujo desde una tubería de conexión (11) de gas de atomización hasta la abertura de salida (60) para gas de atomización, y en la que una única tubería de suministro (4) para el fluido que va a pulverizarse está conectada centralmente a la pieza de distribución y el gas de atomización se suministra a través de un único espacio anular (23) en la carcasa (2), en la que dicho por lo menos un canal de flujo para gas de atomización comprende un taladro (25) en la pieza de distribución (18) que conduce hacia dentro en dirección al eje medio longitudinal

Description

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DESCRIPCION
Tobera multimaterial de mezclado exterior.
La presente invencion se refiere a una tobera multimaterial de mezclado exterior para pulverizar fluidos con ayuda de un gas de atomizacion caliente con relacion a los fluidos que van a pulverizarse, en particular vapor o gas caliente.
En muchas instalaciones tecnicas de procedimientos, que son atravesadas por un fluido primario, en particular gas de humo, se plantea el problema de mezclar un fluido secundario, en particular agua, de la manera mas homogenea posible con el fluido primario y, frecuentemente tambien, de evaporarlo por la via mas corta. A este fin, se utilizan frecuentemente toberas de dos materiales. En estas toberas de dos materiales se atomiza el lfquido gracias a un medio auxiliar en forma de gas o vapor. Estas toberas de dos materiales se distinguen por un espectro de gotas especialmente fino y un comportamiento de carga parcial muy bueno. En algunas instalaciones, en particular en centrales electricas e instalaciones de incineracion de basura, esta disponible vapor de agua. Por motivos de coste, puede ser conveniente entonces utilizar el vapor de agua como medio auxiliar de atomizacion debido a que el suministro de una cantidad de aire comprimido correspondiente estarfa ligado a elevados costes de inversion y funcionamiento.
Para la atomizacion con toberas de dos materiales, estan disponibles dos tipos basicos de tobera, a saber, por un lado, toberas de mezclado interior y, por otro lado, toberas de mezclado exterior. Ejemplos de toberas de mezclado interior y de mezclado exterior estan representados en Nasr, Jule y Bendig, Industrial Sprays and Atomization, Springer-Verlag, 2002, por ejemplo en la pagina 24.
Por la patente US 3.770.207 se conoce una tobera de secado por pulverizacion en la que se distribuye un gas de atomizacion en dos rendijas anulares concentricas. Entre las dos rendijas anulares para el gas de atomizacion, esta dispuesta una rendija anular para la solucion que va a secarse. La rendija anular mas interior para el gas de atomizacion se forma por la insercion de una pieza conica en la abertura de salida central.
Por la publicacion alemana DE 195 26 404 A1 se describe una tobera de dos materiales para atomizar fluidos pastosos o con contenido de solidos, por ejemplo lodo, en la que el fluido que va a atomizarse se suministra a traves de un canal cilfndrico central y el gas de atomizacion se insufla en el fluido que va a atomizarse en el extremo de este canal a traves de toberas individuales dispuestas en forma de anillo.
Por la patente alemana DE 85 79 24 se describe una tobera de secado en la que se atomiza el lfquido que va a atomizarse entre una corriente conica interior y una corriente conica exterior de un medio auxiliar de atomizacion gaseoso.
Otras toberas multimaterial de mezclado exterior son conocidas por los documentos EP 0 190 688 A2 y DE 10 2005 002 392 A1.
Con la invencion debe mejorarse una tobera multimaterial de mezclado exterior para pulverizar fluidos.
Para ello, segun la invencion, esta prevista una tobera multimaterial de mezclado exterior para pulverizar fluidos con ayuda de un gas de atomizacion caliente, en particular vapor o gas caliente, en comparacion con los fluidos que van a pulverizarse, que presenta una carcasa, en la que la carcasa presenta una abertura de salida para el gas de atomizacion, una primera rendija anular que rodea la abertura de salida para el fluido que va a pulverizarse y una segunda rendija anular que rodea la primera rendija anular para el gas de atomizacion y una pieza de distribucion, en la que la pieza de distribucion presenta por lo menos un canal de flujo para el fluido que va a pulverizarse desde una tuberfa de conexion hasta la primera rendija anular y por lo menos un canal de flujo desde una tuberfa de conexion de gas de atomizacion hasta la abertura de salida para el gas de atomizacion.
La prevision de una pieza de distribucion de este tipo dentro de la carcasa de la tobera cuida de que se conduzcan el fluido que va a pulverizarse y el gas de atomizacion por una via corta hasta la primera rendija anular o la abertura de salida y la segunda rendija anular. Solo gracias a la prevision de la pieza de distribucion y la via corta condicionada por ella se logra una transmision de calor solo reducida del fluido que va a pulverizarse al gas de atomizacion. Por tanto, puede impedirse que el gas de atomizacion caliente pueda ya enfriarse antes de dejar la carcasa e incluso, eventualmente, pueda condensarse. Se logra asf una accion de atomizacion claramente mejor. Preferentemente, la pieza de distribucion esta fabricada de material macizo y los canales de flujo estan previstos dentro del material macizo.
En un perfeccionamiento de la invencion la carcasa presenta un canal anular para gas de atomizacion que rodea la pieza de distribucion por lo menos a tramos.
De esta manera, el gas de atomizacion puede conducirse desde el canal anular por la via corta hasta la segunda rendija anular y, dado que ventajosamente el canal de flujo de la pieza de distribucion para el gas de atomizacion
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parte del canal anular, el gas de atomizacion puede conducirse tambien a la abertura de salida en la via corta. Con la presente invencion, se propone un nuevo concepto de tobera, en el que el gas de atomizacion se produzca dentro de un pequeno distribuidor integrado en la carcasa de tobera en una corriente de gas de atomizacion central a traves de la abertura de salida y en una corriente de rendija anular exterior. En este distribuidor el fluido que va a atomizarse se asigna tambien a una rendija anular que esta dispuesta entre la corriente central y la corriente exterior de rendija anular del gas de atomizacion. Este distribuidor o los canales de flujo en el distribuidor estan dimensionados de modo que son recorridos con una velocidad relativamente alta tanto por el fluido que va a atomizarse como tambien por el gas de atomizacion, de modo que apenas quede tiempo para la transicion de calor. Ademas, las superficies que conducen a la transicion de calor entre el gas de atomizacion y el fluido estan dimensionadas muy pequenas y las distancias entre los canales de flujo individuales, que conducen el fluido frfo o el gas de atomizacion caliente, estan dimensionadas tan grandes como sea posible. Por tanto, condicionado por la construccion la transicion de calor interior del gas de atomizacion caliente, en particular del vapor de agua, al fluido que va a atomizarse, es minimizada o limitada a un valor ventajoso. Un cierto precalentamiento del lfquido puede ser absolutamente ventajoso porque, con ello, en interes de una buena atomizacion, se pueden reducir la tension superficial y la viscosidad del fluido que va a atomizarse.
Sin embargo, la invencion no se refiere exclusivamente a la calidad de la atomizacion, tal como esta puede verificarse en el laboratorio en condiciones marginales ideales presentes en una tobera virgen. Por el contrario, puede considerarse que la calidad de atomizacion en la practica industrial sufre ocasionalmente debido a la formacion de revestimientos dentro de las toberas o en la boca de las mismas. Esto se aplica particularmente cuando se utiliza agua sanitaria como fluido que va a atomizarse. Aun cuando las materias en suspension se eliminan ampliamente por filtracion, en muchos casos, puede verificarse una formacion de revestimientos en la tobera o en la boca de la tobera debido la precipitacion de solidos disueltos. Esto se aplica sobre todo al caso en el que se utilice un gas de atomizacion caliente, con lo que se produce entonces un calentamiento de las paredes que estan en contacto con el agua sanitaria. Por tanto, una limitacion de la transicion de calor dentro de la tobera segun la invencion puede solucionar tambien el problema de la formacion de revestimientos en la tobera.
En un perfeccionamiento de la invencion, un aislamiento termico esta previsto por lo menos a tramos entre el canal de flujo para el fluido que va a atomizarse en la pieza de distribucion y la pieza de distribucion.
De esta manera, puede reducirse una transicion de calor entre el fluido frfo que va a atomizarse y la pieza de distribucion calentada por el gas de atomizacion caliente.
En un perfeccionamiento de la invencion, el canal de flujo para fluido que va a atomizarse en la pieza de distribucion esta formado por lo menos a tramos por medio de un tubo insertado en la pieza de distribucion.
De esta manera se puede reducir ya claramente una transicion de calor entre el canal de flujo y la pieza de distribucion. Ventajosamente, una rendija de aire esta prevista por lo menos a tramos entre el tubo y la pieza de distribucion. Un aislamiento de rendija de aire lleva a una reduccion adicional clara de la transicion de calor desde el fluido frfo que va a pulverizarse hasta la pieza de distribucion.
En un perfeccionamiento de la invencion, la tuberfa de conexion para el fluido que va a atomizarse esta configurada con doble pared por lo menos en la zona de conexion con la pieza de distribucion.
De esta manera, se puede lograr un buen aislamiento termico, por ejemplo por una rendija de aire, entre la tuberfa de conexion y la carcasa de la tobera.
En un perfeccionamiento de la invencion, entre la primera rendija anular y la carcasa y entre la primera rendija anular y la segunda rendija anular, esta prevista una capa de aislamiento termico.
De esta manera, puede minimizarse aun, en la zona de la rendija anular hasta la salida del fluido que va a atomizarse desde la tobera, una transicion de calor entre el fluido frfo y el gas de atomizacion caliente. En la tobera de dos materiales de mezclado exterior segun la invencion esto es una ventaja considerable.
En un perfeccionamiento de la invencion, la abertura de salida para el gas de atomizacion presenta la forma de una tercera rendija anular.
El fluido que va a atomizarse es recibido asf entre dos corrientes de rendija anular del gas de atomizacion caliente, de modo que se logre una accion de atomizacion muy buena. La tercera rendija anular puede formarse, por ejemplo, por la insercion de una pieza conica en la abertura de salida.
En un perfeccionamiento de la invencion, el lfmite de la primera rendija anular como se ve en la direccion de flujo esta dispuesto delante de un lfmite exterior de la segunda rendija anular.
De esta manera, el fluido que va a atomizarse sale de la primera rendija anular y entra en contacto con el gas de atomizacion procedente de la segunda rendija anular, todavfa antes de que el gas de atomizacion haya
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abandonado la boca de la tobera en el extremo de la segunda rendija anular. El gas de atomizacion procedente de la segunda rendija anular no puede desviarse asf aun lateralmente, de modo que se realiza una aceleracion del fluido que va a atomizarse a traves de las corrientes de gas flanqueantes todavfa antes de dejar la boca de la tobera. De esta manera, puede lograrse una atomizacion mas fina del fluido que va a pulverizarse.
En un perfeccionamiento de la invencion, el lfmite de la primera rendija anular esta dispuesto delante del lfmite exterior de la segunda rendija anular, como se ve en la direccion de flujo, de una a diez veces la anchura de la primera rendija anular.
En un perfeccionamiento de la invencion, por lo menos la pieza de distribucion esta formada a partir de un material, en particular acero inoxidable de alta aleacion, con un coeficiente de conduccion de calor sensiblemente reducido, en particular en un factor 8, con respecto al laton.
La prevision de un material poco conductivo del calor para la pieza de distribucion ya puede reducir sensiblemente una transicion de calor entre el fluido que va a pulverizarse y el gas de atomizacion caliente.
En un perfeccionamiento de la invencion, una seccion del canal de flujo para el gas de atomizacion caliente en la carcasa, situada directamente aguas arriba de la abertura de salida, esta configurada de modo que dicha seccion, como se ve en la direccion de flujo, se estrecha inicialmente y, despues de pasar por una estrangulacion, se ensancha de nuevo hasta la abertura de salida.
De esta manera, una tobera de salida para el gas de atomizacion puede configurarse convergente/divergente. En particular, esta tobera de salida puede configurarse como tobera Laval, de modo que el gas de atomizacion caliente sale entonces de la abertura de salida con una velocidad ultrasonica
Otras caracterfsticas y ventajas de la invencion resultan de las reivindicaciones y de la siguiente descripcion de formas de realizacion preferidas de la invencion junto con los dibujos. En los dibujos muestran:
La figura 1, una tobera multimaterial de mezclado exterior segun la invencion en una vista en seccion segun una primera forma de realizacion preferida,
La figura 2, un detalle ampliado de la tobera multimaterial de la figura 1,
La figura 3, una tobera multimaterial segun la invencion de acuerdo con una segunda forma de realizacion preferida, y
La figura 4, un detalle de una tobera multimaterial segun la invencion de acuerdo con una tercera forma de realizacion.
La vista en seccion de la figura 1 muestra una tobera multimaterial 1 segun la invencion. En la tobera multimaterial 1 segun la invencion, el problema de impedir en gran medida perdidas de entalpfa prematuras del gas de atomizacion por efecto de la transicion de calor al lfquido que va a atomizarse y evitar la formacion de revestimientos en la tobera por efecto de una precipitacion dependiente de la temperatura de los componentes de los lfquidos disueltos a baja temperatura, se resuelve de la siguiente manera: la corriente de vapor 10 suministrada a traves de la tuberfa de alimentacion de vapor de la tobera multimaterial 1 se descompone en dos corrientes parciales en una nueva pieza de distribucion 18 dimensionada pequena que, por tanto, puede integrarse en la tobera 1. Se genera una corriente parcial exterior 30 y una corriente parcial central 28 en el vapor o el gas de atomizacion caliente. La corriente parcial exterior 30 se expulsa a traves de una rendija anular exterior 29, mientras que la corriente parcial central 28 se expulsa a traves de una tobera central 62 que termina en una abertura de salida 60. Entre la tobera central 62 con la abertura de salida 60 y una tobera de rendija anular externa 31 esta dispuesta una tobera de rendija anular 20 para la expulsion del fluido que va a pulverizarse, especialmente el agua que va a atomizarse. El recurso de una atomizacion del lfquido por una corriente central y una corriente de rendija anular exterior del medio auxiliar de atomizacion facilita la atomizacion. No obstante, es esencial para la invencion la configuracion de la pieza de distribucion 18 para distribuir fluido que va a pulverizarse y gas de atomizacion caliente a las aberturas de salida individuales de la tobera 1.
Un rasgo caracterfstico de la tobera 1 es que el fluido que va a atomizarse no se expulsa a traves de una tobera central sino a traves de una rendija anular. Esta rendija anular puede dimensionarse relativamente grande debido a que aquf no es necesaria una elevada velocidad de salida del lfquido. La atomizacion se realiza segun la invencion por que la pelfcula de lfquido se dispone entre dos corrientes de gas de atomizacion de alta velocidad. Por medio de la accion de la tension de cizalladura de estas corrientes de alta velocidad se extrae de la rendija anular la pelfcula de lfquido en forma de una delgada laminilla de lfquido que se descompone en pequenas gotas. Por tanto, se reduce tambien fuertemente el riesgo de una erosion del material en las paredes de rendija anular de la tobera de lfquido, a saber, en la rendija anular 21 y la estabilidad de larga duracion de la caracterfstica de flujo de una tobera de esta tipo no representa asf ningun problema. Sin embargo, una tobera de
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este tipo dispone tambien de un comportamiento muy bueno de carga parcial, enteramente en contraste con las toberas de un material segun el estado de la tecnica con generador de vortice en la conduccion de liquido.
La tobera central 62 para gas de atomizacion caliente con la abertura de salida 60 esta realizada segun la figura 1 en la direccion de flujo como tobera convergente-divergente. Cuando, por ejemplo, se suministra vapor con una relacion de presion supercrftica, esta configuracion trabaja como tobera Laval y el vapor sale entonces con velocidad ultrasonica de la tobera central 62 en la abertura de salida 60. No obstante, es importante tambien que la tobera 1 no presente ninguna superficie extrema banada por agua sanitaria. Esto se consigue por las delimitaciones de la rendija anular 21 configuradas muy estrechas. Por tanto, no surge aquf tampoco el problema de revestimientos en forma de estalactitas como puede observarse en superficies extremas de las toberas segun el estado de la tecnica.
Las caracterfsticas esenciales de la tobera 1 segun la invencion se refieren al desacoplamiento termico entre el gas de atomizacion caliente, especialmente vapor, y el agua frfa en la conexion de la tobera y en el interior de la tobera. A este fin, la tuberfa de suministro 4 para el agua 5 esta realizada con doble pared.
Ademas, unos taladros de paso de la pieza de distribucion 18, a traves de los cuales se suministran el agua 5 a la rendija anular 21 y el vapor a la tobera central 62 con la abertura de salida 60 y la rendija anular exterior 29, respectivamente, estan dispuestos a una distancia lo mas grande posible uno de otro. En los taladros 19 para el suministro de agua a la parte de salida de la tobera 1 se insertan unos tubos interiores 38 que estan destalonados en el lado exterior, es decir en su principio y en su final, de modo que solo en secciones estrechas exista un contacto de pared que centre los tubos interiores 38 en el taladro 12 de la pieza de distribucion 18. Por tanto, entre el tubo interior 38 que lleva agua y la pieza de distribucion 18, se genera una cavidad llena de aire que sirve como aislamiento termico. Ademas, la envolvente exterior de la tobera central 62 con la abertura de salida 60 y la envolvente interior de la tobera de rendija anular 20 con la rendija anular 21 se recubren con una capa termicamente aislante 35, 36, de modo que el liquido que va a atomizarse, practicamente en todo su paso por la tobera 1 hasta la proximidad inmediata a la boca de tobera, este equipado con un aislamiento termico contra la carcasa de tobera y, especialmente, contra la pieza de distribucion 18 y, por tanto, tambien contra la circulacion del gas atomizador caliente. De esta manera, se logra que el liquido se caliente solo de manera insignificante o que el gas de atomizacion caliente, en particular el vapor caliente, experimente solo pequenas perdidas de entalpfa por enfriamiento.
Por supuesto, existe la posibilidad de aplicar un aislamiento termico tambien sobre el lado de la tobera solicitado con vapor. Sin embargo, esto podrfa suponer en general una complejidad desproporcionadamente mayor debido a que la superficie que esta en contacto con el vapor es sensiblemente mayor que la que se presente en el lado del agua.
Otra posibilidad interesante consiste en utilizar, por lo menos para la pieza de distribucion 18, una sustancia con pequena conduccion de calor que, por otro lado, sea adecuada para la temperatura de funcionamiento predeterminada de, por ejemplo, 300°C. La transicion del laton a un acero inoxidable de alta aleacion lleva ya a una reduccion de la conduccion de calor en la medida del factor 8.
La figura 1 y la figura 2 muestran como ampliacion de detalle de la figura 1 la tobera 1 en una vista en seccion. La tobera 1 esta prevista para disponerse dentro de un canal 3 que lleva un fluido primario, por ejemplo gas de humo, en el que debe inyectarse un fluido que va a atomizarse. El canal 3 esta representado solo esquematicamente por una de sus delimitaciones. Por tanto, la tobera 1 se encuentra dentro de la corriente del fluido primario en el canal 3.
El liquido 5 que va a atomizarse se suministra a la pieza de distribucion 18 de la tobera 1 a traves de una tuberfa de conexion 4 por medio de una conexion central 17 de la carcasa de tobera 2. A traves de por lo menos un taladro 19 de la pieza de distribucion 18, en el que se inserta un tubo interior 38, el liquido 5 llega a un espacio anular de las toberas de rendija anular 20 que esta limitado hacia dentro por una pieza de tobera central 27 y hacia fuera por un capuchon intermedio 34. Desde este espacio anular, el liquido llega por la via mas corta a la salida de liquido en la rendija anular 21.
El gas de atomizacion, por ejemplo vapor caliente 10, se suministra primero a un espacio anular 23 en la carcasa de tobera 2 a traves de una tuberfa 11 que, al igual que la tuberfa de conexion 4, sale del canal 3. El gas de atomizacion llega desde este espacio anular 23, a traves de por lo menos un fresado 24 y a traves de por lo menos un taladro 25 en la pieza de distribucion 18, hasta un espacio central 26 de la pieza de distribucion 18. El taladro 25 esta dimensionado de modo que se realice una distribucion definida del vapor caliente 10 en dos corrientes parciales, a saber, por un lado, a traves del taladro 25 hacia la abertura de salida 60 de la tobera central 62 y, por otro lado, a traves del espacio anular de la tobera de rendija anular 31 hacia la rendija anular 29 de la boca de la tobera.
En la forma de realizacion representada de la tobera 1, la pieza de tobera central 27 esta atornillada en la pieza de distribucion 18 y forma la tobera central 62 para el chorro de vapor central 28. Un trayecto de flujo de la tobera
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central 62 discurre a continuacion al espacio central 26 en la pieza de distribucion 18 en primer lugar de forma convergente en una primera seccion que se estrecha conicamente. A esta primera seccion que se estrecha conicamente se une una seccion cilfndrica que forma una estrangulacion. A continuacion de esta, sigue una seccion que se ensancha conicamente hasta la abertura de salida 60. Por tanto, como es usual en toberas Laval, la tobera central 62 discurre primero de manera convergente y a continuacion divergente y las dimensiones en seccion transversal de la tobera central 62 son corresponsables de la distribucion de la corriente de vapor 10 sobre la tobera central 62 y sobre la tobera de rendija anular exterior 31. La corriente de vapor exterior, tambien denominada corriente de vapor de rendija anular 30, se suministra primero al espacio anular de la tobera de rendija anular 31 a traves del fresado 24 y llega desde aquf hasta la rendija anular exterior 29. En consecuencia, el vapor sale tanto de la tobera central 62 en forma de chorro de vapor central 28 como tambien de la rendija anular exterior 29.
La rendija anular exterior 29 esta formada entre un capuchon exterior 49 y el capuchon intermedio 34. De la rendija anular exterior 29 y de la abertura de salida 60 sale el vapor con alta velocidad hasta altas velocidades ultrasonicas como esta representado en la figura 2 por las flechas 32, 33. Por medio de la interaccion entre el chorro de lfquido anular, que sale de la primera rendija anular 21, y los chorros de vapor flanqueantes segun las flechas 32 y 33, se origina un chorro de pulverizacion de gotas con el lfmite 22, como esta indicado por lfneas discontinuas en la figura 1.
En muchos casos, la configuracion anteriormente descrita podrfa provocar ya un desacoplamiento termico suficiente de vapor caliente 10 como gas de atomizacion y del lfquido frfo 5 que va a atomizarse. Para mejorar un desacoplamiento termico de este tipo y reducir una transicion de calor entre el fluido 5 que va a pulverizarse y el vapor caliente 10, la tuberfa de conexion 4 para el fluido 5 esta configurada con doble pared, en la que esta previsto un tubo interior 37 hasta la conexion con la pieza de distribucion 18. Por tanto, la tuberfa de conexion 4 esta configurada con doble pared y esta provista de un espacio intermedio de aire 44 termicamente aislante. Alternativamente, la tuberfa de conexion puede realizarse tambien con un manguito de grafito para conseguir un aislamiento termico.
Ademas, el canal de corriente en dicho por lo menos un taladro 19 en la pieza de distribucion 18 para el suministro del agua al espacio anular de la tobera de rendija anular 20 esta realizado con doble pared con el tubo interior 38, quedando un espacio intermedio de aire, como se ha explicado anteriormente, entre el tubo interior 38 y el taladro 19 de la pieza de distribucion 18.
El espacio anular de conduccion de agua de la tobera de rendija anular 20 esta termicamente aislado por medio de capas 35, 36 de material adecuado tanto hacia la pieza de tobera central 27 como tambien hacia el capuchon intermedio 34. Estas capas de aislamiento 35, 36 pueden constar, por ejemplo, de metal con peor conductividad termica, o bien de material ceramico.
Para reducir adicionalmente la transicion de calor entre el fluido 5 y el vapor caliente 10, esta previsto en una superficie de fondo 39 de la pieza de distribucion 18, en la que esta asentada la tuberfa de conexion 4 para el fluido 5, un disco 40 fabricado de un material termicamente aislante. Por tanto, puede reducirse sensiblemente una transicion de calor desde el fluido 5 de la tuberfa de conexion 4 hasta la pieza de distribucion 18. El disco 40 esta provisto de taladros de paso para conducir el fluido 5 al por lo menos un taladro 19 o al tubo interior 38 de la pieza de distribucion 18.
La extension en que se tomen las medidas anteriormente descritas depende de las condiciones de funcionamiento de la tobera. Gracias a la prevision de la pieza de distribucion 18 en la carcasa 2 de la tobera 1 se consigue ya en muchos casos un desacoplamiento termico suficiente de vapor caliente 10 y de lfquido 5 que va a atomizarse, de modo que, en general, puede renunciarse a medidas de aislamiento adicionales costosas de este tipo.
La carcasa de tobera 2 esta configurada de varias partes y presenta un primer componente 64, por ejemplo en forma de cubeta, con la tuberfa de conexion 11 para vapor caliente y la conexion 17 para la tuberfa de conexion 4 para el fluido 5. La pieza de distribucion 18 esta insertada en el componente 64 en forma de cubeta y esta atornillada en la tuberfa de conexion 4 atornillada tambien en el componente 64 y se apoya en direccion radial por medio de almas 66 en la pared interior del componente 64 en forma de cubeta. Entre las almas 66 estan previstos los fresados 24, a traves de los cuales llega vapor caliente 10 al canal de flujo de la pieza de distribucion 18, formado por el taladro 25, y a la rendija anular exterior 31.
El capuchon exterior 49 esta atornillado en el componente 64 en forma de cubeta. Dentro del capuchon exterior 49 esta dispuesto el capuchon intermedio 34, que esta atornillado en la pieza de distribucion 18. Por tanto, entre el capuchon exterior 49 y el capuchon intermedio 34 esta configurada la tobera de rendija anular exterior 31 para gas de atomizacion caliente, que termina en la boca de tobera en la rendija anular exterior 29.
Dentro del capuchon intermedio 34, la pieza de tobera central 27 esta atornillada en la pieza de distribucion 18. Entre la pieza de tobera central 27 y el capuchon intermedio 34 esta formada la tobera de rendija anular 20 para
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el fluido que va a atomizarse y que termina en la boca de tobera en la rendija anular 21. Como ya se ha descrito, un lado exterior de la pieza de tobera central 27 que limita por un lado la tobera de rendija anular 20 se cubre a tramos con una capa aislante 35. Tan solo directamente aguas arriba de la rendija anular 21 ya no esta prevista ninguna capa aislante 35 para poder hacer que la rendija anular 21 sea estrecha.
Un lado interior del capuchon intermedio 34 que limita la tobera de rendija anular 20 hacia fuera, esta cubierto tambien a tramos con una capa aislante 36. Tan solo directamente aguas arriba de la rendija anular 21 ya no esta prevista ninguna capa aislante 36.
La tobera 1 segun la invencion esta realizada de manera evidentemente muy compacta y realiza especialmente una distribucion del vapor caliente 10 en la tobera central 62 y la tobera de rendija anular exterior 31 dentro de la carcasa 2 de la tobera 1 en la via corta. El canal de flujo para vapor caliente de la pieza de distribucion 18, formado por el taladro 25, a traves del cual llega vapor caliente a la tobera central 62, esta dispuesto en un angulo con respecto al canal de flujo previsto tambien en la pieza de distribucion 18 para el fluido que va a atomizarse 5, formado por el taladro 19 y el tubo interior 38. Por tanto, el canal de flujo para vapor caliente y el canal de flujo para fluido estan dispuestos cruzados dentro de la pieza de distribucion 18. En la forma de realizacion representada, hay un angulo de aproximadamente 45° entre los ejes medios longitudinales del canal de flujo para vapor caliente y del canal de flujo para fluido.
La pieza de distribucion 18 esta fabricada de acero inoxidable de alta aleacion, que presenta una escasa conductividad termica. Frente a las toberas de laton convencionales, se consigue asf ya una transmision de calor reducida en un factor de aproximadamente 8 desde el vapor caliente 10 hasta el fluido frfo 5.
El tubo interior 38, que esta insertado en el taladro 19 de la pieza de distribucion 18, forma un canal de flujo para el fluido 5 a traves de la pieza de distribucion 18. El tubo interior 38 esta realizado como parte giratoria y se aplica solamente a la pared interior del taladro 19 en las zonas 68, 70. Fuera de las zonas 68, 70 representadas en negro en la figura 1, una rendija de aire 72 aislante esta entre el tubo interior 38 y la pieza de distribucion 18.
La figura 2 muestra la boca de la tobera con la abertura de salida 60 de la tobera 1 en representacion ampliada. Puede apreciarse que la abertura de salida 60 de la tobera central 62, el extremo de la rendija anular 21 de la tobera de rendija anular 20 y la rendija anular 29 que define la salida de la tobera de rendija anular 31 se encuentran exactamente a la misma altura visto transversalmente con respecto a la direccion de flujo. Solamente fuera de la tobera 1 se realiza asf un mezclado de los chorros de vapor caliente procedentes de la tobera de rendija anular 31 y de la tobera central 62 con la corriente de rendija anular del fluido que va a atomizarse procedente de la tobera de rendija anular 20.
La representacion de la figura 3 muestra otra tobera multimaterial 80 segun la invencion de acuerdo con una segunda forma de realizacion preferida. La tobera multimaterial 80 esta montada en amplias partes identicamente a la tobera multimaterial 1 en la figura 1, de modo solo se explican las caracterfsticas diferentes con respecto a la tobera 1 en la figura 1.
Como puede apreciarse en la figura 3, un cuerpo central 41 esta atornillado en la pieza de distribucion 18, que se extiende a traves de una tobera central 82 para vapor caliente. Por tanto, el cuerpo central 41 es banado completamente por vapor caliente desde la camara central 26 de la pieza de distribucion 18. En la zona de la abertura de salida 60, el cuerpo central esta configurado en forma de un cono 42 que se ensancha, de modo que la abertura de salida 60 este configurada en forma anular y se forme una rendija anular interior 43 para la salida de la proporcion del vapor caliente 10 suministrada a traves del taladro 25. Por tanto, la corriente anular en el fluido 5 que va a atomizarse se contiene entre dos corrientes de vapor caliente tambien anulares.
Por medio de la prevision del cono 42, el vapor central escapa tambien a traves de la rendija anular 43. No obstante, el cono central 42 es banado en este caso solo por vapor caliente que esta en gran medida libre de solidos, de modo que no exista ningun riesgo relevante de formacion de revestimientos en el cono 42. Por medio del cono 42 puede reducirse algo mas el consumo de vapor de la tobera 80 con respecto a la tobera 1, sin que esto tenga efectos negativos en la calidad de la atomizacion. Asimismo, en la tobera 80 con el cono central 42, la tobera central 82 puede realizarse como tobera Laval. Sin embargo, en la representacion de la figura 3, no es este el caso. Para configurar la tobera central 82 como tobera Laval, la seccion transversal de corriente de la rendija anular debe presentar un recorrido divergente entre el cuerpo central 41 y la parte de salida de la tobera central 82 hacia la boca de la tobera.
La representacion de la figura 4 muestra a tramos una tobera multimaterial 90 segun la invencion de acuerdo con una tercera forma de realizacion preferida. La tobera 90 esta configurada con amplias partes de manera identica a la tobera 1 en la figura 1, de modo que solo se describen las caracterfsticas diferentes con respecto a la tobera 1.
La tobera 90 presenta un capuchon exterior 92 que se alarga con respecto al capuchon exterior 49 de la tobera 1. Por tanto, la abertura de salida 60 de la tobera central 62 y la rendija anular 21 de la tobera de rendija anular
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20 para el fluido que va a atomizarse estan retranqueadas con respecto a la boca de tobera. La boca de tobera esta formada en este caso por medio del extremo del capuchon exterior 92 situado aguas abajo. Por tanto, en la tobera 90, dentro ya de la carcasa de tobera, aparece un contacto entre la corriente de lfquido anular procedente de la rendija anular 21 y las corrientes de gas caliente procedentes de la abertura de salida 60 y la rendija anular 29. Dentro de la carcasa de la tobera, si bien cerca de la boca de la tobera, ya se origina asf una laminilla de lfquido libre, que ya no es frenada por el rozamiento de la pared, sino que se acelera fuertemente por las corrientes flanqueantes de alta velocidad del medio auxiliar de atomizacion, por ejemplo vapor caliente. Implementar esto ya dentro de la tobera 90 ofrece la ventaja de que aquf las corrientes del medio auxiliar de atomizacion y, especialmente, de la corriente de gas caliente procedente de la rendija anular 29 no pueden desviarse aun lateralmente, como es el caso tras abandonar la tobera. De esta manera, se provoca una atomizacion todavfa mas fina del lfquido. La retraccion de la salida de la tobera de lfquido con respecto a la posicion de la boca de la tobera asciende ventajosamente de una a diez veces la anchura de la rendija anular 21 de la tobera de rendija anular 20 para el lfquido en la desembocadura de la tobera. En el dibujo representado solamente a modo de ejemplo, la anchura de la rendija anular 21 para el lfquido asciende aproximadamente a 1 mm y esta rendija anular esta retranqueada con respecto a la boca de la tobera en aproximadamente 5 mm, es decir, cinco veces la anchura de la rendija anular 21.
Con la invencion se proporciona asf una tobera multimaterial de mezclado exterior en la que se materializa una transicion de calor interior minima entre el fluido que va a pulverizarse y el gas de atomizacion. La distribucion del lfquido que va a atomizarse y del gas de atomizacion se realiza en un distribuidor que esta integrado en el cuerpo de tobera o la carcasa de tobera. Por medio de esta configuracion segun la invencion se consigue que la transicion de calor del gas de atomizacion caliente al lfquido que va a atomizarse dentro de la tobera, especialmente dentro de la carcasa de la tobera, se minimice o se limite a un valor ventajoso. Las toberas multimaterial de mezclado exterior segun la invencion se utilizan en canales de gas de humo o en instalaciones de depuracion de humo en centrales electricas o en la industria del cemento.

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    REIVINDICACIONES
    1. Tobera multimaterial de mezclado exterior para pulverizar fluidos con la ayuda de un gas de atomizacion caliente con respecto a los fluidos que van a pulverizarse, en particular vapor o gas caliente, con una carcasa (2), en la que la carcasa (2) presenta una abertura de salida (60) central para el gas de atomizacion, que rodea concentricamente un eje medio longitudinal de la tobera multimaterial, una primera rendija anular (21), que rodea la abertura de salida (60) para el fluido que va a pulverizarse, y una segunda rendija anular (29), que rodea la primera rendija anular (21) para el gas de atomizacion, en la que la abertura de salida (60) para el gas de atomizacion, el extremo de la primera rendija anular (21) para el fluido que va a pulverizarse, y el extremo de la segunda rendija anular (29) para el gas de atomizacion se encuentran exactamente a la misma altura, visto transversalmente con respecto a la direccion de flujo, o bien la primera rendija anular (21) para el fluido que va a pulverizarse esta retranqueada con respecto a la posicion de la boca de la tobera de una a diez veces la anchura de la primera rendija anular (21), o esta dispuesta a la misma altura que la abertura de salida (60), y presenta una pieza de distribucion (18) central monobloque, en la que la pieza de distribucion (18) presenta por lo menos un canal de flujo para el fluido que va a pulverizarse desde una tuberfa de conexion (4) hasta la primera rendija anular (21), y por lo menos un canal de flujo desde una tuberfa de conexion (11) de gas de atomizacion hasta la abertura de salida (60) para gas de atomizacion, y en la que una unica tuberfa de suministro (4) para el fluido que va a pulverizarse esta conectada centralmente a la pieza de distribucion y el gas de atomizacion se suministra a traves de un unico espacio anular (23) en la carcasa (2), en la que dicho por lo menos un canal de flujo para gas de atomizacion comprende un taladro (25) en la pieza de distribucion (18) que conduce hacia dentro en direccion al eje medio longitudinal.
  2. 2. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la carcasa (2) presenta un canal anular (23) para gas de atomizacion que rodea la pieza de distribucion (18) por lo menos a tramos.
  3. 3. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun la reivindicacion 2, caracterizada por que el canal de flujo de la pieza de distribucion (18) para el gas de atomizacion parte del canal anular (23).
  4. 4. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que un aislamiento termico esta previsto, por lo menos a tramos, entre el canal de flujo para el fluido que va a atomizarse y la pieza de distribucion (18).
  5. 5. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun la reivindicacion 4, caracterizada por que el canal de flujo para el fluido que va a atomizarse esta formado, por lo menos a tramos, por medio de un tubo (38) insertado en la pieza de distribucion (18).
  6. 6. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun la reivindicacion 5, caracterizada por que una rendija de aire (72) esta prevista, por lo menos a tramos, entre el tubo (38) y la pieza de distribucion (18).
  7. 7. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la tuberfa de conexion (4) para el fluido que va a atomizarse esta configurada con doble pared por lo menos en la zona de conexion con la pieza de distribucion (18).
  8. 8. Tobera de dos materiales de mezclado exterior segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que una capa aislante termica (35, 36) esta prevista entre la primera rendija anular (21) y la carcasa (2) y entre la primera rendija anular (21) y la segunda rendija anular (29).
  9. 9. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la abertura de salida (60) para gas de atomizacion presenta la forma de una tercera rendija anular.
  10. 10. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el lfmite de la primera rendija anular (21), como se ve en la direccion de flujo, esta dispuesto delante de un lfmite exterior de la segunda rendija anular (29).
  11. 11. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun la reivindicacion 10, caracterizada por que el lfmite de la primera rendija anular (21) esta dispuesto delante del lfmite exterior de la segunda rendija anular (29), como se ve en la direccion de flujo, de una a diez veces la anchura de la primera rendija anular.
  12. 12. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que por lo menos la pieza de distribucion (18) esta formada a partir de un material, en particular acero inoxidable de alta aleacion, con un coeficiente de conductividad termica sensiblemente reducido, en particular en un factor 8, con respecto al laton.
  13. 13. Tobera multimaterial de mezclado exterior segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que una seccion, situada directamente aguas arriba de la abertura de salida (60), del canal de flujo para gas de
    atomizacion en la carcasa (2), se estrecha inicialmente, y despues de pasar por una estrangulacion, se ensancha de nuevo hasta la abertura de salida (60), como se ve en la direccion de flujo.
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