ES2443116T3 - Procedure and installation of combustion of poor fuel gas, without support, with the help of a burner and associated burner - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para realizar la combustión de un gas combustible pobre con ayuda de al menos unquemador que comprende un cabezal de combustión sobre un eje central (x), caracterizado porque secrea una premezcla no inflamable que contiene aire de premezcla y un gas combustible pobre y porquedicho procedimiento comprende las siguientes etapas según las cuales se expulsa delante del cabezal decombustión: - la premezcla no inflamable en un flujo de premezcla en rotación alrededor del eje central, - un flujo complementario de manera que se alcanza un umbral de inflamabilidad de la mezcla delante delcabezal de combustión, expulsándose el flujo en el centro del flujo de premezcla por medio de un flujocomplementario central y/o alrededor del flujo de premezcla por medio de un flujo complementarioperiférico, realizándose esta combustión sin llama de soporte.Procedure for combustion of a poor fuel gas with the help of at least one burner comprising a combustion head on a central axis (x), characterized in that it cuts a non-flammable premix containing premix air and a poor fuel gas and because said procedure It comprises the following stages according to which it is ejected in front of the combustion head: - the non-flammable premix in a premix flow in rotation around the central axis, - a complementary flow so that a flammability threshold of the mixture is reached in front of the head of combustion, the flow being expelled at the center of the premix flow by means of a central complementary flow and / or around the premix flow by means of a complementary peripheral flow, this combustion being carried out without support flame.
Description
Procedimiento e instalación de combustión de gas combustible pobre, sin soporte, con ayuda de un quemador y quemador asociado Procedure and installation of combustion of poor fuel gas, without support, with the help of a burner and associated burner
5 La invención se refiere a un procedimiento para realizar la combustión de un gas combustible pobre sin llama auxiliar de soporte, con ayuda de un quemador que comprende un cabezal de combustión sobre un eje central, en el que se crea una mezcla de gas combustible y de aire de combustión en rotación alrededor del eje central, delante del cabezal de combustión. The invention relates to a process for combustion of a poor fuel gas without auxiliary support flame, with the aid of a burner comprising a combustion head on a central axis, in which a mixture of combustible gas is created and of combustion air rotating around the central axis, in front of the combustion head.
10 También se refiere a una estructura de quemador, concretamente de gran potencia, para la puesta en práctica del procedimiento y a cualquier instalación de combustión de gas que use este quemador. 10 It also refers to a burner structure, specifically of great power, for the implementation of the procedure and to any gas combustion installation using this burner.
La invención encuentra aplicación, en particular, en las diferentes instalaciones siguientes: 15 The invention finds application, in particular, in the following different installations:
- --
- calderas de gases de poderes caloríficos muy bajos, gases de recuperación (gases de alto horno,...), biogases y gases de descargas, gases procedentes de diversos procedimientos; gas boilers with very low calorific powers, recovery gases (blast furnace gases, ...), biogas and discharge gases, gases from various processes;
- --
- torres de quemado y antorchas de gases pobres, residuales y biogases; 20 burner towers and torches of poor, residual and biogas gases; twenty
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- hornos y estufas de calentamiento y secado de diversos materiales y productos; ovens and stoves for heating and drying various materials and products;
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- hornos y dispositivos de secado y tratamiento de lodos residuales de diversos procedimientos; ovens and devices for drying and treating sludge from various procedures;
25 - instalación de quemado de compuestos orgánicos volátiles “COV”. Estos compuestos proceden de secados o de cocciones en diferentes procedimientos; se trata con frecuencia de vapores de disolventes o de aceites y se encuentran a concentraciones muy bajas (de un pequeño % a algunos ppm o trazas) en gases vectores neutros o en aire. Pueden bloquearse mediante filtros dedicados o destruirse por vías térmicas. La baja concentración no permite quemarlos directamente y el gran volumen de aire que los contiene perturba en gran medida la combustión de los 25 - installation of burning of volatile organic compounds "VOC". These compounds come from drying or cooking in different procedures; these are often solvent or oil vapors and are found at very low concentrations (from a small% to a few ppm or traces) in neutral vector gases or in air. They can be blocked by dedicated filters or destroyed by thermal means. The low concentration does not allow them to be burned directly and the large volume of air that contains them greatly disrupts the combustion of
30 quemadores “clásicos”. 30 "classic" burners.
Por gas pobre se entiende cualquier gas de bajo poder calorífico (PCi) inferior a 138 kJ (3000 Kcal) por m3 y en particular cualquier gas muy pobre que presente un PCi inferior a 4200 kJ (1000 Kcal) y que esté relacionado más particularmente con el objeto de la presente invención. Poor gas means any gas of low calorific value (PCi) less than 138 kJ (3000 Kcal) per m3 and in particular any very poor gas that has a PCi less than 4200 kJ (1000 Kcal) and that is more particularly related to the object of the present invention.
35 Los quemadores de gases pobres o residuales comprenden generalmente diferentes conductos de alimentación de fluidos combustibles al cabezal del quemador, estando los conductos configurados, concretamente de forma coaxial, de manera que implementan una o varias coronas de combustibles centradas sobre el eje del quemador. 35 Poor or residual gas burners generally comprise different fuel fluid feed lines to the burner head, the pipes being configured, specifically coaxially, so that they implement one or more fuel crowns centered on the burner shaft.
40 Se describe un quemador de este tipo en el documento US 6 019 595. 40 A burner of this type is described in US 6 019 595.
Estos fluidos combustibles se distribuyen generalmente en un flujo de aire de combustión o en la periferia de este último. These combustible fluids are generally distributed in a combustion air flow or on the periphery of the latter.
45 Las disposiciones anteriores tienen la finalidad de realizar una mezcla de aire/combustible suficiente que permita una combustión localizada y estabilizada en el cabezal del quemador. 45 The above provisions are intended to make a sufficient air / fuel mixture that allows localized and stabilized combustion in the burner head.
En las calderas de grandes potencias (>100 MW) que comprenden varios quemadores (>4 quemadores), generalmente se distribuye el aire de combustión a partir de un cajón común a los diferentes quemadores y se pone 50 en rotación mediante mariposas regulables desde el exterior por medio de elementos de desviación y de bieletas. In large-capacity boilers (> 100 MW) comprising several burners (> 4 burners), combustion air is usually distributed from a common drawer to the different burners and 50 is rotated by means of butterflies adjustable from the outside by means of deflection elements and connecting rods.
Este aire de combustión se lleva generalmente al cabezal del quemador (denominado a continuación de combustión) en un flujo, incluso en dos. This combustion air is generally carried to the burner head (referred to below as combustion) in one flow, even in two.
55 Estos quemadores comprenden generalmente tubos de distribución de gas rico en corona periférica y tubos auxiliares (quemador de encendido, tubo de control de presencia de llama,...) que perturban la rotación del flujo de aire. 55 These burners generally comprise gas distribution tubes rich in peripheral crown and auxiliary tubes (ignition burner, flame presence control tube, ...) that disturb the rotation of the air flow.
La mayoría de los quemadores de gases pobres o residuales son de diseños complejos y requieren regulaciones y 60 ajustes aleatorios y condiciones de explotación muy rígidas, debiéndose una parte importante de los incidentes a la inestabilidad de la combustión, generando la estabilización de la llama paradas inoportunas de la instalación. Most of the burners of poor or residual gases are of complex designs and require regulations and 60 random adjustments and very rigid operating conditions, with an important part of the incidents to the instability of combustion, generating the stabilization of the flame inopportune stops of the installation.
Estos quemadores requieren el calentamiento del combustible y sobre todo del aire de combustión a temperaturas elevadas (de 250 a 350ºC) para mejorar la combustión, lo que supone más material adaptado y costes adicionales. 65 Los combustibles pobres son generalmente muy difícilmente combustibles ya que están constituidos en su mayor These burners require the heating of fuel and especially combustion air at elevated temperatures (from 250 to 350ºC) to improve combustion, which means more adapted material and additional costs. 65 Poor fuels are generally very difficult fuels since they are mostly constituted
parte por gases neutros, y se presentan distribuidos en grandes volúmenes y a bajas presiones. part by neutral gases, and they are distributed in large volumes and at low pressures.
Sus mezclas con el aire de combustión son muy difíciles de obtener en proporciones adecuadas teniendo en cuenta los volúmenes empleados, lo que interfiere considerablemente con la combustión y no favorece la estabilidad y la 5 estructura de las llamas obtenidas. Their mixtures with combustion air are very difficult to obtain in adequate proportions taking into account the volumes used, which significantly interferes with combustion and does not favor the stability and structure of the flames obtained.
La inestabilidad de las llamas producidas provoca variaciones de presiones importantes en el hogar, lo que genera vibraciones de la estructura de las calderas o instalaciones afectadas. The instability of the produced flames causes variations of significant pressures in the home, which generates vibrations of the structure of the boilers or affected facilities.
10 Debido a ello, los quemadores requieren siempre una llama de soporte, que representa del 10 al 20% de la potencia total del quemador, para garantizar la estabilidad de la llama principal y garantizar la seguridad de la instalación. Las normas de funcionamiento EN 746-2 imponen disponer de sistemas de llama de soporte en los quemadores. 10 Due to this, the burners always require a support flame, which represents 10 to 20% of the total burner power, to guarantee the stability of the main flame and ensure the safety of the installation. The operating standards EN 746-2 require the availability of support flame systems in the burners.
Estas llamas de soporte se obtienen con gases ricos (gas natural, gas de petróleo licuado (GPL): butano y propano). These support flames are obtained with rich gases (natural gas, liquefied petroleum gas (LPG): butane and propane).
15 Esta obligación aumenta la complejidad del quemador y genera inevitablemente sobrecostes de explotación muy importantes teniendo en cuenta el precio de los gases ricos. 15 This obligation increases the complexity of the burner and inevitably generates very important operating costs, taking into account the price of rich gases.
Estos quemadores requieren con frecuencia una explotación con un exceso de aire importante con el fin de que These burners frequently require an operation with a significant excess of air in order to
20 todas las fracciones combustibles puedan encontrar oxígeno para arder en su totalidad y garantizar la calidad de los productos de combustión, lo que hace que baje enormemente el rendimiento, aumente el consumo específico de gas rico y por tanto el coste de explotación y agrava inevitablemente el nivel de emisiones contaminantes. 20 all combustible fractions can find oxygen to burn in its entirety and guarantee the quality of combustion products, which greatly reduces the yield, increases the specific consumption of rich gas and therefore the cost of exploitation and inevitably aggravates the level of polluting emissions.
La invención tiene como objetivo resolver los inconvenientes mencionados anteriormente. The invention aims to solve the aforementioned drawbacks.
25 Se refiere en particular a un diseño de quemador que permite: 25 It refers in particular to a burner design that allows:
- --
- la supresión de un soporte con gas rico; the suppression of a support with rich gas;
30 - la supresión del calentamiento del gas o del aire de combustión; 30 - suppression of heating of gas or combustion air;
- --
- la reducción del contenido en oxígeno de los humos; the reduction of the oxygen content of the fumes;
- --
- la supresión de las vibraciones; 35 the suppression of vibrations; 35
- --
- la reducción del consumo eléctrico de los ventiladores de aires y humos. the reduction of the electric consumption of air and smoke fans.
Un principio de base preferido del procedimiento es fraccionar al máximo la cantidad de aire necesaria para la combustión e incorporarla lo antes posible y lo más íntimamente posible en el flujo gaseoso combustible (o a la A preferred basic principle of the process is to fractionate the maximum amount of air necessary for combustion and incorporate it as soon as possible and as intimately as possible in the combustible gas flow (or
40 inversa), mejorando la mezcla mediante impactos de chorros a gran velocidad, creando turbulencias y poniendo la mezcla en rotación máxima para reducir la velocidad axial de la mezcla y garantizar la compacidad y la continuidad de la combustión. 40 inverse), improving the mixture through high-speed jet impacts, creating turbulence and putting the mixture in maximum rotation to reduce the axial velocity of the mixture and ensure the compactness and continuity of combustion.
Para reducir la velocidad axial y aumentar la superficie de la llama, el gas pobre se pone en rotación mediante aletas 45 y la corriente particular de la fracción de aire de combustión aportada en la periferia en la salida del quemador. To reduce the axial velocity and increase the surface of the flame, the poor gas is rotated by means of fins 45 and the particular stream of the fraction of combustion air provided in the periphery at the burner outlet.
Dado que los gases pobres tienen un gran volumen, es difícil mezclar íntimamente los elementos combustibles de este gas con el oxígeno del aire de combustión. Para paliar esta dificultad, la invención consiste en fragmentar el aire de combustión y en incorporar progresivamente cantidades elegidas en el flujo de gas pobre según un Since poor gases have a large volume, it is difficult to intimately mix the combustible elements of this gas with the oxygen from the combustion air. To alleviate this difficulty, the invention consists in fragmenting the combustion air and gradually incorporating chosen quantities in the flow of poor gas according to a
50 procedimiento tal como se describe en la reivindicación 1. The method as described in claim 1.
El procedimiento consiste por tanto en realizar una premezcla de aire-combustible (fuera del límite de inflamabilidad), preferiblemente en el cuerpo del quemador, y en aportar al cabezal del quemador sólo el complemento de aire a ambos lados de esta mezcla por medio de chorros a una velocidad muy grande (superior a The procedure therefore consists in making an air-fuel premix (outside the flammability limit), preferably in the burner body, and in providing the burner head with only the air complement on both sides of this mixture by means of jets at a very high speed (greater than
55 80 m/s) haciendo que el gas quede “intercalado”. 55 80 m / s) causing the gas to be “interleaved”.
El aire de combustión llevado al cabezal del quemador tiene corrientes específicas a gran velocidad: The combustion air taken to the burner head has specific currents at high speed:
- --
- el aire central se expulsa en rotación y en corriente divergente para penetrar en el gas pobre; 60 the central air is expelled in rotation and in divergent current to penetrate the poor gas; 60
- --
- el aire periférico es convergente y con gran rotación. the peripheral air is convergent and with great rotation.
Estas dos corrientes de aire también tienen cada una como función implementar un obstáculo frente a eventuales “retornos de llama” a un régimen bajo o durante una parada de la instalación. These two air currents also each have the function of implementing an obstacle against eventual "flame returns" at a low rate or during a shutdown of the installation.
65 Según modos particulares de puesta en práctica del procedimiento: 65 According to particular ways of implementing the procedure:
- --
- el flujo complementario es un flujo de aire; the complementary flow is an air flow;
- el flujo de premezcla se obtiene mediante incorporación de aire de premezcla en del gas combustible; 5 - the premix flow is obtained by incorporating premix air into the fuel gas; 5
- --
- la incorporación se obtiene en un cajón conectado al quemador; the incorporation is obtained in a drawer connected to the burner;
- --
- la incorporación se realiza en una entrada del gas combustible en el quemador mediante inyección de aire de premezcla en el gas combustible de manera que se arrastra el gas combustible a un espacio de premezcla, se the incorporation is carried out in an inlet of the combustible gas in the burner by injection of premix air into the combustible gas so that the combustible gas is drawn into a premix space,
10 realiza la premezcla mediante turbulencias como resultado de la inyección y se dirige la premezcla en dirección al cabezal de combustión al tiempo que se inicia una rotación alrededor del eje central; 10 performs the premix by turbulence as a result of the injection and the premix is directed in the direction of the combustion head while rotating around the central axis;
- --
- la mezcla de gas combustible y de aire de combustión se realiza mediante incorporación de una cantidad necesaria fragmentada de uno en el otro mediante numerosos chorros orientados. The mixture of combustible gas and combustion air is carried out by incorporating a necessary amount fragmented from one into the other by means of numerous oriented jets.
15 Según otro modo de puesta en práctica del procedimiento: 15 According to another method of implementing the procedure:
a) el flujo de aire complementario central se expulsa en rotación delante del cabezal de combustión y en corriente divergente para penetrar en el flujo de premezcla, 20 b) el flujo de aire complementario periférico se expulsa en corriente convergente y con gran rotación en espiral. a) the central complementary air flow is ejected in rotation in front of the combustion head and in divergent current to penetrate the premix flow, 20 b) the peripheral complementary air flow is expelled in convergent current and with large spiral rotation.
La invención también tiene por objeto un quemador para gas combustible pobre según el objeto de la reivindicación A subject of the invention is also a burner for poor fuel gas according to the object of the claim
9. 9.
25 El quemador se distingue principalmente porque está configurado de manera que se expulsa delante del cabezal de combustión: 25 The burner is distinguished mainly because it is configured so that it is ejected in front of the combustion head:
- --
- un flujo de premezcla no inflamable que contiene una mezcla de aire de premezcla y de gas combustible, 30 a non-flammable premix stream containing a mixture of premix air and combustible gas, 30
- --
- un flujo complementario de manera que se alcanza un umbral de inflamabilidad de la mezcla delante del cabezal de combustión, expulsándose dicho en el centro del flujo de premezcla por medio de un flujo de aire complementario central y/o alrededor del flujo de premezcla por medio de un flujo de aire complementario periférico. a complementary flow so that a flammability threshold of the mixture is reached in front of the combustion head, said ejection being ejected at the center of the premix flow by means of a central complementary air flow and / or around the premix flow by means of a peripheral complementary air flow.
35 Según la invención, el quemador está configurado de manera que divide un flujo de aire en al menos un flujo de aire de premezcla y un flujo de aire complementario que comprende al menos un flujo de aire complementario central y/o un flujo de aire complementario periférico. According to the invention, the burner is configured so that it divides an air flow into at least one premix air flow and a complementary air flow comprising at least one central complementary air flow and / or a complementary air flow peripheral.
La invención también tiene por objeto una instalación de combustión de un gas combustible que pone en práctica el 40 procedimiento o que comprende al menos un quemador según la invención. The object of the invention is also a combustion installation of a combustible gas that implements the process or that comprises at least one burner according to the invention.
Según una característica ventajosa, la instalación pone en práctica o comprende al menos dos quemadores configurados de manera que el movimiento de rotación global como resultado de sus flujos de mezcla delante del cabezal de combustión se engrana en un sentido común. According to an advantageous feature, the installation implements or comprises at least two burners configured so that the overall rotation movement as a result of its mixing flows in front of the combustion head is engaged in a common sense.
45 Otras particularidades y numerosas ventajas de la invención se desprenderán tras la lectura de la siguiente descripción, facilitada a modo de ejemplo ilustrativo y no limitativo, y realizada con referencia a las figuras adjuntas para las que: Other features and numerous advantages of the invention will be apparent upon reading the following description, given by way of illustrative and non-limiting example, and made with reference to the attached figures for which:
50 - la figura 1 ilustra una instalación de combustión de gas pobre dotada de un quemador según un modo de realización de la invención; 50 - Figure 1 illustrates a poor gas combustion installation provided with a burner according to an embodiment of the invention;
- --
- la figura 2 ilustra una vista en sección según el eje AA de la figura 1; Figure 2 illustrates a sectional view along the axis AA of Figure 1;
55 - la figura 3 ilustra la parte trasera del quemador según una vista desde la derecha B de la figura 1; 55 - Figure 3 illustrates the rear part of the burner according to a view from the right B of Figure 1;
- --
- la figura 4 ilustra una vista en sección parcial de una viga según la sección CC de la figura 2; Figure 4 illustrates a partial sectional view of a beam according to section CC of Figure 2;
- --
- la figura 5 ilustra una vista desde abajo parcial según D-D de la figura 4; 60 Figure 5 illustrates a partial bottom view according to D-D of Figure 4; 60
- --
- la figura 6 ilustra una vista principal aislada del cajón 7 del quemador de la figura 1; Figure 6 illustrates an isolated main view of the drawer 7 of the burner of Figure 1;
- --
- las figuras 7, 8, 9 ilustran respectivamente diferentes vistas de la figura 6: una vista en sección según E-E, una Figures 7, 8, 9 respectively illustrate different views of Figure 6: a sectional view according to E-E, a
vista desde la derecha según F y una vista desde la izquierda según G; 65 view from the right according to F and a view from the left according to G; 65
- --
- las figuras 10, 11 y 11A ilustran respectivamente una vista principal aislada del tubo central 13 del quemador de la figura 1, una vista desde la izquierda según H y una vista desde la derecha; comprendiendo la figura 10 elementos (36, 56, 57) asociados al uso de gas rico que no forman parte de la invención; Figures 10, 11 and 11A respectively illustrate an isolated main view of the central tube 13 of the burner of Figure 1, a view from the left according to H and a view from the right; Figure 10 comprising elements (36, 56, 57) associated with the use of rich gas that are not part of the invention;
- --
- la figura 12 ilustra una vista principal aislada de la barra central 50 según la figura 1; 5 Figure 12 illustrates an isolated main view of the central bar 50 according to Figure 1; 5
- la figura 13 ilustra una vista de una variante de realización que no forma parte de la invención de un cono de quemado de la barra central; - Figure 13 illustrates a view of an embodiment variant that is not part of the invention of a burner cone of the central bar;
- --
- la figura 14 ilustra un detalle 1 de la figura 9; 10 Figure 14 illustrates a detail 1 of Figure 9; 10
- --
- las figuras 15, 16 ilustran respectivamente las secciones según L-L y K-K de la figura 14; Figures 15, 16 illustrate respectively the sections according to L-L and K-K of Figure 14;
En la figura 1 se muestra una instalación 1 para la combustión de gas combustible pobre usando un quemador 2 dispuesto entre cuatro partes principales ZA, ZB, ZC, ZD separadas por tres paredes 3, 4, 5. Figure 1 shows an installation 1 for the combustion of poor combustible gas using a burner 2 arranged between four main parts ZA, ZB, ZC, ZD separated by three walls 3, 4, 5.
15 Las partes representan, respectivamente, una zona ZA de hogar en la que se realiza la combustión, una zona ZB que contiene, o está en comunicación con, el gas pobre combustible, una zona ZC que contiene, o está en comunicación con, aire de combustión, una zona ZD exterior a la instalación a la que pueden acceder personas. 15 The parties represent, respectively, a home zone ZA in which the combustion takes place, a zone ZB that contains, or is in communication with, the poor fuel gas, a zone ZC that contains, or is in communication with, air of combustion, a zone ZD outside the facility to which people can access.
20 La instalación es por ejemplo una instalación de producción de vapor sobrecalentado de 40 T/hora en la que debe quemarse gas de altos hornos, a temperatura ambiente (humedad = 2,5% de H2O en volumen), alimentado a baja presión (<0,029 bares (300 mm de CE) de presión relativa) y con una composición media en gas seco: N2=58%, H2=1,7%, CO2=20,3%, CO=20% (PCi = 2760 kJ/m3n (660 kcal/m3n)), debiendo contener los productos de combustión menos de 50 ppm de CO con menos del 1% de oxígeno en estos humos. 20 The installation is, for example, a 40 T / hour superheated steam production facility in which blast furnace gas must be burned at room temperature (humidity = 2.5% H2O by volume), fed at low pressure (< 0.029 bar (300 mm CE) relative pressure) and with a medium composition in dry gas: N2 = 58%, H2 = 1.7%, CO2 = 20.3%, CO = 20% (PCi = 2760 kJ / m3n (660 kcal / m3n)), the combustion products must contain less than 50 ppm of CO with less than 1% oxygen in these fumes.
25 La inflamabilidad de este gas ocurre cuando hay del 35% al 73% de gas en la mezcla. 25 The flammability of this gas occurs when there is 35% to 73% of gas in the mixture.
El quemador comprende un cabezal de combustión 6 que desemboca en la zona A del hogar; el cabezal está centrado sobre un eje central X que resulta ser, en este caso, el eje principal del quemador en la medida en que éste The burner comprises a combustion head 6 that flows into the A zone of the home; the head is centered on a central axis X which turns out to be, in this case, the main axis of the burner to the extent that it
30 presenta una forma general de revolución alrededor de este eje. 30 presents a general form of revolution around this axis.
El quemador también comprende medios de alimentación de este cabezal, que son adecuados para expulsar un flujo de aire y de gas combustible en rotación alrededor de un eje central centrado sobre el cabezal de combustión. The burner also comprises means for feeding this head, which are suitable for expelling a flow of air and combustible gas in rotation about a central axis centered on the combustion head.
35 Este cabezal, que constituye el extremo delantero del quemador, está destinado a recibir delante o sobre el mismo, en la parte izquierda de la figura, un flujo de gas combustible y de aire de combustión que se pone en rotación alrededor del eje central, con medios de alimentación de este cabezal previstos para ello, que se describen más adelante. 35 This head, which constitutes the front end of the burner, is intended to receive a flow of combustible gas and combustion air in the left part of the figure which is rotated around the central axis, with feeding means of this head provided for this, which are described below.
40 El quemador también comprende un cajón central 7 conectado al cabezal y aguas arriba del mismo (con respecto al sentido en el que discurren los flujos), dispuesto en la zona ZB entre las paredes 3 y 4, y que tiene al menos una luz 8 que desemboca en esta zona ZB. The burner also comprises a central drawer 7 connected to the head and upstream thereof (with respect to the direction in which the flows flow), arranged in the zone ZB between the walls 3 and 4, and having at least one light 8 which flows into this zone ZB.
En la zona ZC se encuentra un extremo trasero 7B del quemador conectado al cajón 7, aguas arriba del mismo, y 45 que presenta al menos un acceso para al menos una llegada de aire de combustión de la zona ZC. In the zone ZC there is a rear end 7B of the burner connected to the drawer 7, upstream thereof, and 45 which has at least one access for at least one arrival of combustion air from the zone ZC.
La alimentación con aire en el ejemplo preferido se realiza totalmente por la cara trasera del quemador para obtener varias ventajas: The air supply in the preferred example is carried out entirely by the rear face of the burner to obtain several advantages:
50 - garantizar la estanqueidad del conjunto, 50 - ensure the tightness of the assembly,
- --
- facilitar el acceso a los controles de aire de premezcla, facilitate access to premix air controls,
- --
- poder instalar el quemador en un cajón de aire, 55 be able to install the burner in an air drawer, 55
- --
- poder realizar, según la aplicación, alimentaciones separadas de diferentes aires de combustión. be able to make, depending on the application, separate feeds of different combustion airs.
Según la invención, el procedimiento puede comprender una primera etapa en la que se divide un flujo de aire destinado a la combustión en al menos un flujo de aire de premezcla y un flujo de aire complementario. El aire According to the invention, the process may comprise a first stage in which a flow of air intended for combustion is divided into at least one premix air flow and a complementary air flow. The air
60 complementario está constituido por al menos un flujo de aire central y/o por un flujo de aire periférico. Complementary 60 is constituted by at least one central air flow and / or by a peripheral air flow.
En el ejemplo ilustrado se usa a la vez el flujo de aire central y el periférico para una mejor eficacia y flexibilidad de uso y la división se realiza mediante diferentes entradas del aire en la parte trasera del quemador o encaminamiento del aire en el quemador. In the illustrated example, the central and peripheral air flow are used at the same time for better efficiency and flexibility of use and the division is carried out by means of different air inlets at the back of the burner or air routing in the burner.
65 Para ello, en el ejemplo de realización ilustrado, el quemador está configurado para dividir el aire procedente del espacio ZC en varios flujos. Comprende varias llegadas o accesos en su extremo trasero: un acceso central 9 para recibir una llegada de flujo de aire central, un acceso 10 periférico para recibir una llegada de aire periférico y al menos un acceso principal 10A para recibir una llegada de aire de premezcla. Pueden añadirse otros accesos tal como se indica más adelante. 65 For this, in the illustrated embodiment, the burner is configured to divide the air from the ZC space into several flows. It comprises several arrivals or accesses at its rear end: a central access 9 to receive a central air flow arrival, a peripheral access 10 to receive a peripheral air arrival and at least a main access 10A to receive a premix air arrival . Other accesses can be added as indicated below.
5 En una variante de puesta en práctica, esta etapa de división puede realizarse de otro modo, por ejemplo mediante tuberías externas en el exterior del quemador, y cada uno de los flujos de aire puede llevarse mediante estas tuberías independientes y externas. 5 In a variant of implementation, this stage of division can be carried out in another way, for example by external pipes outside the burner, and each of the air flows can be carried through these independent and external pipes.
10 En una segunda etapa de este modo de puesta en práctica, se expulsa delante del cabezal de combustión un flujo de premezcla, que contiene una mezcla de aire de premezcla y de gas combustible, en rotación alrededor del eje central, siendo el flujo de premezcla no inflamable en la medida en que se mezcla a una tasa alejada de los intervalos de inflamabilidad, por ejemplo superior a un umbral de inflamabilidad. En efecto, en el ejemplo descrito se pasa de una tasa de gas pobre del 100% a una tasa del 80-85% de gas (en la mezcla gas+aire) mientras que los 10 In a second stage of this mode of implementation, a premix flow is expelled in front of the combustion head, which contains a mixture of premix air and combustible gas, rotating around the central axis, the premix flow being non-flammable to the extent that it mixes at a rate far from the flammability intervals, for example exceeding a flammability threshold. In fact, in the example described, a low gas rate of 100% is passed at a rate of 80-85% of gas (in the gas + air mixture) while the
15 limites de inflamabilidad son del 30 al 73% de gas en la mezcla. 15 flammability limits are 30 to 73% of gas in the mixture.
Esto supone que la premezcla y la puesta en rotación de esta última se realizan previamente, tal como se expone a continuación. This assumes that the premixing and rotation of the latter are done previously, as set out below.
20 Para mejorar la combustión y garantizar una buena estabilización de la llama, resulta interesante e importante realizar una premezcla lo más importante posible y lo antes posible. 20 To improve combustion and ensure good flame stabilization, it is interesting and important to make a premix as important as possible and as soon as possible.
Para esta segunda etapa, el quemador, en el ejemplo descrito, está configurado para realizar la premezcla previamente en el interior del mismo, en este caso en un espacio 16 denominado de premezcla del cajón 7. For this second stage, the burner, in the example described, is configured to pre-mix previously inside it, in this case in a space 16 called drawer premix 7.
25 También está configurado para poner la premezcla en rotación. Esta rotación, en el ejemplo ilustrado, también se realiza preferiblemente en el cajón aguas arriba del cabezal de combustión. 25 It is also set to rotate the premix. This rotation, in the illustrated example, is also preferably carried out in the drawer upstream of the combustion head.
Para ello, los accesos de aire de premezcla 10A mencionados anteriormente desembocan en el cajón del mismo 30 modo que las luces de acceso 8 de gas combustible para que se realice en ese punto una premezcla con ayuda de medios de mezclado 11 descritos más adelante. For this, the premix air accesses 10A mentioned above flow into the drawer of the same 30 so that the fuel gas access lights 8 so that a premix is made at that point with the aid of mixing means 11 described below.
Para el gas en cuestión del ejemplo, la mezcla se realiza a una tasa superior del 5 al 20% con respecto al umbral de inflamabilidad con una tasa de aire insuficiente (las proporciones van del 78 al 95% de gas en la mezcla). For the gas in question, the mixing is carried out at a rate higher than 5 to 20% with respect to the flammability threshold with an insufficient air rate (the proportions range from 78 to 95% of gas in the mixture).
35 Por motivos de seguridad y de eficacia, se prefiere adoptar una tasa inferior del 10 al 20% del aire total que debe proporcionarse. 35 For reasons of safety and efficiency, it is preferred to adopt a lower rate of 10 to 20% of the total air to be provided.
En una variante, para determinadas aplicaciones, puede ponerse en práctica el procedimiento realizando una 40 premezcla con una tasa de gas combustible insuficiente en las mismas proporciones del 5 al 20% o con proporciones diferentes para aplicaciones particulares de biogás o de quemados de COV. In a variant, for certain applications, the procedure can be carried out by performing a premix with an insufficient fuel gas rate in the same proportions of 5 to 20% or with different proportions for particular applications of biogas or VOC burns.
En una tercera etapa de puesta en práctica, el flujo complementario se expulsa en el centro del flujo de premezcla por medio del flujo de aire complementario central y/o alrededor del flujo de premezcla por medio del flujo de aire 45 complementario periférico, de manera que se alcanza el umbral de inflamabilidad en el cabezal de combustión. In a third stage of implementation, the complementary flow is expelled at the center of the premix flow by means of the central complementary air flow and / or around the premix flow by means of the peripheral complementary air flow 45, so that the flammability threshold is reached in the combustion head.
En el ejemplo descrito, la expulsión del flujo complementario se realiza a la vez en el centro y en la periferia de manera que se alcanza una mejor mezcla final. In the described example, the expulsion of the complementary flow is carried out both in the center and in the periphery so that a better final mixture is achieved.
50 Para ello, el quemador está configurado para hacer que desemboque el flujo de premezcla en forma de corona 12 situada entre una tubería central 13 y la periferia 14 del extremo delantero del cajón. 50 To this end, the burner is configured to cause the crown-shaped premix flow 12 located between a central pipe 13 and the periphery 14 of the front end of the drawer to flow out.
Según un modo de puesta en práctica del procedimiento, el flujo de premezcla se obtiene mediante incorporación de aire de premezcla en gas combustible. According to a method of implementing the process, the premix flow is obtained by incorporating premix air into combustible gas.
55 En efecto, los combustibles pobres, generalmente residuales, se distribuyen a presiones muy bajas y, teniendo en cuenta los volúmenes importantes puestos a menudo en práctica, es importante facilitar la corriente de estos gases mediante efectos de arrastres mecánicos. 55 Indeed, poor fuels, usually residual, are distributed at very low pressures and, taking into account the significant volumes often put into practice, it is important to facilitate the flow of these gases by means of mechanical dragging effects.
60 Para esta puesta en práctica, el quemador comprende los medios de incorporación 11 mencionados anteriormente que inyectan aire en el gas combustible. 60 For this implementation, the burner comprises the above-mentioned incorporation means 11 that inject air into the combustible gas.
La incorporación se realiza directamente en un recinto del cajón que tiene un espacio de premezcla 16 (figura 2) delimitado entre una tubería central 13 y una pared interna 31 del cajón. 65 Según un modo de puesta en práctica, la incorporación se realiza mediante inyección de aire de premezcla, en una The incorporation is carried out directly in an enclosure of the drawer that has a premix space 16 (Figure 2) delimited between a central pipe 13 and an internal wall 31 of the drawer. 65 According to a mode of implementation, the incorporation is carried out by injection of premix air, in a
entrada del gas combustible en el quemador de manera que: fuel gas entering the burner so that:
- --
- se arrastra el gas combustible a un espacio de premezcla 16, the combustible gas is drawn into a premix space 16,
5 - se realiza la premezcla mediante turbulencias como resultado de la inyección, 5 - the premix is made by turbulence as a result of the injection,
- --
- y se dirige la premezcla en dirección al cabezal de combustión al tiempo que se inicia una rotación alrededor del eje central. and the premix is directed in the direction of the combustion head while rotating around the central axis.
10 Para ello, el quemador puede comprender medios de inyección que comprenden boquillas 17 u orificios calibrados direccionales de gran caudal dispuestos en los medios de incorporación 11 perfilados y orientados hacia el espacio de premezcla 16 a nivel de las luces 8. 10 To this end, the burner may comprise injection means comprising nozzles 17 or high-flow directional calibrated holes arranged in the incorporation means 11 profiled and oriented towards the premix space 16 at the level of the lights 8.
El gas situado en la proximidad y alrededor de las luces 8 se arrastra por la depresión generada por los chorros de The gas located in the vicinity and around the lights 8 is dragged by the depression generated by the jets of
15 aire en la salida de las boquillas, se dirige mediante la orientación de los chorros y se mezcla mediante las turbulencias de los chorros. También se inicia un movimiento de rotación de la mezcla a este nivel en el espacio de premezcla mediante la orientación de los chorros de aire. 15 air at the outlet of the nozzles, is directed by the orientation of the jets and mixed by the turbulence of the jets. A rotation movement of the mixture at this level in the premix space is also initiated by orientation of the air jets.
Estos medios de inyección tienen preferiblemente un régimen permanente. These injection means preferably have a permanent regime.
20 Los medios de incorporación comprenden medios de inyección de aire de premezcla dispuestos de manera que se realiza una incorporación de aire en paralelo al eje central y dirigiendo el flujo de premezcla en dirección al cabezal de combustión. Estos medios de inyección tienen un régimen progresivo según el nivel de potencia usada y pueden estar formados, como en el ejemplo ilustrado, por tubos 21 alrededor de orificios 22 en la pared 23 del extremo The incorporation means comprise premix air injection means arranged so that an incorporation of air is carried out in parallel to the central axis and directing the premix flow in the direction of the combustion head. These injection means have a progressive rate according to the level of power used and can be formed, as in the illustrated example, by tubes 21 around holes 22 in the wall 23 of the end
25 trasero del quemador (figuras 3, 10, 11). Estos tubos tienen preferiblemente longitudes diferentes y su número es de cinco en el ejemplo. Se extienden al interior del espacio de premezcla a partir de llegadas de aire o de orificios 22 dispuestos en la pared 23 o cara trasera del quemador. 25 burner rear (figures 3, 10, 11). These tubes preferably have different lengths and their number is five in the example. They extend into the premix space from air arrivals or holes 22 arranged in the wall 23 or rear face of the burner.
Los orificios 22 se obturan preferiblemente mediante válvulas (no ilustradas) maniobrables mediante resortes 30 tarados o controles eléctricos. The holes 22 are preferably sealed by valves (not shown) maneuverable by means of tared springs 30 or electrical controls.
Las válvulas pueden disponerse en los orificios con o sin tubos. Los tubos permiten, por un lado, evitar que se perturben las corrientes respectivas y, por otro lado, llevar aire en puntos diferentes con garantía de su distribución. The valves can be arranged in the holes with or without tubes. The tubes allow, on the one hand, to prevent the respective currents from being disturbed and, on the other hand, to carry air at different points with guarantee of their distribution.
35 Los orificios tienen un tamaño determinado de manera que se evita encontrarse de manera muy excesiva en los límites de inflamabilidad, y que haya localmente condiciones favorables para una combustión que deterioraría el quemador. 35 The holes have a certain size so as to avoid being too excessively within the flammability limits, and that there are locally favorable conditions for combustion that would deteriorate the burner.
Según un modo de puesta en práctica, el flujo de aire complementario central se expulsa en rotación delante del 40 cabezal de combustión y en corriente divergente para penetrar en el flujo de premezcla y el flujo de aire complementario periférico se expulsa en corriente convergente y con gran rotación en espiral. According to a mode of implementation, the central complementary air flow is ejected in rotation in front of the combustion head and in divergent current to penetrate the premix flow and the peripheral complementary air flow is expelled in convergent current and with large spiral rotation
Para ello, el quemador está configurado en el ejemplo con un deflector cónico 18 en la salida de la tubería central 13 y aletas 19 en la tubería que ponen el flujo de aire central en rotación. También pueden resultar convenientes otros 45 medios equivalentes, tales como por ejemplo orificios calibrados direccionales o luces orientadas en una pared de separación. For this, the burner is configured in the example with a conical deflector 18 at the outlet of the central pipe 13 and fins 19 in the pipe that put the central air flow in rotation. Other equivalent means may also be convenient, such as for example directional calibrated holes or lights oriented on a separation wall.
Preferiblemente, el aire central es divergente con un ángulo en el vértice de 60 a 180º o de 30 a 90º con respecto al eje del quemador. Preferably, the central air is divergent with an angle at the vertex of 60 to 180 ° or 30 to 90 ° with respect to the axis of the burner.
50 Esta expulsión así producida permite obtener una buena penetración del aire en la premezcla de manera que se completa lo mejor posible la tasa de aire que falta. 50 This expulsion thus produced allows a good penetration of air into the premix so that the missing air rate is completed as best as possible.
El flujo de aire central del ejemplo ha penetrado previamente en la entrada 9 en el conducto interno de la tubería 13, 55 en el espacio anular alrededor de la barra central 51. The central air flow of the example has previously penetrated the inlet 9 in the internal conduit of the pipe 13, 55 in the annular space around the central bar 51.
Dado el caso, este aire central puede tener otra función, que se explica más adelante, que es alimentar en su base de expulsión un gas rico que se distribuirá en corona alrededor del aire central durante su uso en arranques. If necessary, this central air can have another function, which is explained below, which is to feed a rich gas in its ejection base that will be distributed in the crown around the central air during its use in startups.
60 En cuanto al aire complementario periférico, el quemador está configurado con boquillas de inyección 20a, 20b dispuestas en una corona 14 del extremo delantero o cara delantera del cajón 26a. Las boquillas están a la vez orientadas tangencialmente a un círculo centrado sobre el eje central y orientadas hacia delante. La rotación en espiral se obtiene mediante esta doble inclinación de las boquillas. 60 As for the peripheral complementary air, the burner is configured with injection nozzles 20a, 20b arranged in a crown 14 of the front end or front face of the drawer 26a. The nozzles are both tangentially oriented to a circle centered on the central axis and facing forward. The spiral rotation is obtained by this double inclination of the nozzles.
65 El aire periférico envuelve el flujo de gas pobre y acentúa la rotación. Se distribuye a gran velocidad y optimiza la mezcla. 65 Peripheral air envelops the flow of poor gas and accentuates rotation. It is distributed at high speed and optimizes the mix.
Las boquillas 20a, 20b se alimentan por el espacio de preexpulsión periférico 30 situado en una pared doble del cajón en la parte delantera del cajón, a su vez alimentado mediante los medios de llegada 10A dispuestos en la proximidad del extremo trasero 26b del cajón. The nozzles 20a, 20b are fed by the peripheral pre-ejection space 30 located in a double wall of the drawer in the front part of the drawer, in turn fed by means of arrival means 10A arranged in the vicinity of the rear end 26b of the drawer.
5 A continuación van a describirse subpartes del quemador, en referencia a las figuras correspondientes, a saber, el cajón, el tubo central y la barra central. 5 Subparts of the burner will now be described, with reference to the corresponding figures, namely the drawer, the central tube and the central bar.
El cajón del quemador: The burner drawer:
10 En referencia a las figuras 6 a 9, el cajón 7 tiene una forma general de revolución y comprende: 10 Referring to figures 6 to 9, drawer 7 has a general form of revolution and comprises:
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- una pared doble periférica formada por una pared externa 24 y una interna 25, a peripheral double wall formed by an external wall 24 and an internal wall 25,
15 - un extremo delantero o cara delantera 26a, formada por una corona 14 que comprende los medios de inyección periférica 20a, 20b; 15 - a front end or front face 26a, formed by a crown 14 comprising the peripheral injection means 20a, 20b;
- --
- un extremo trasero o cara trasera 7B que comprende diferentes llegadas o alimentaciones 10, 10A al menos de a rear end or rear face 7B comprising different arrivals or feeds 10, 10A at least of
flujo de aire periférico y de premezcla, 20 peripheral and premix air flow, 20
- --
- un espacio 27 de circulación de aire delimitado por la pared doble que permite poner los dos extremos 26a y 26b en comunicación, an air circulation space 27 delimited by the double wall which allows the two ends 26a and 26b to be put in communication,
- --
- luces de admisión 8 en la pared doble periférica, estando estas luces destinadas a interponerse entre un espacio 25 interno 16 en el cajón, denominado espacio de premezcla, y el exterior, intake lights 8 in the double peripheral wall, these lights being intended to interpose between an internal space 25 in the drawer, called premix space, and the exterior,
- --
- conductos, en forma de vigas huecas 11, situados en el grosor de la pared doble. Estos conductos se extienden entre las luces 8, entre un espacio de recepción de flujo de aire 10A o llegada dispuesto en el extremo trasero 7B y un espacio de preexpulsión 30 del aire periférico situado en el extremo delantero, ducts, in the form of hollow beams 11, located in the thickness of the double wall. These ducts extend between the lights 8, between an air flow receiving space 10A or arrival disposed at the rear end 7B and a preexpulsion space 30 of the peripheral air located at the front end,
- --
- boquillas de inyección de aire de premezcla 17 dispuestas bajo los conductos. Estas boquillas están configuradas de manera que se realiza dicha primera inyección permanente de aire de premezcla; estos conductos y las boquillas forman partes de los medios de incorporación mencionados anteriormente. premix air injection nozzles 17 arranged under the ducts. These nozzles are configured such that said first permanent premix air injection is performed; these ducts and the nozzles form parts of the incorporation means mentioned above.
35 Estas boquillas son de hecho perforaciones de salida dispuestas en la corona, una de cuyas funciones es cerrar el extremo delantero de la pared doble del cajón; cerrándose el otro extremo trasero de la pared doble mediante una pared 23B. 35 These nozzles are in fact outlet perforations arranged in the crown, one of whose functions is to close the front end of the double wall of the drawer; the other rear end of the double wall being closed by a wall 23B.
Estas perforaciones se comunican con el espacio de preexpulsión 30 de la pared doble y desembocan en el exterior These perforations communicate with the preexpulsion space 30 of the double wall and open outwards.
40 a través de una pared interna del cajón; las boquillas están dispuestas en la corona estando desplazadas con respecto al eje radial R del cajón e inclinadas hacia delante con respecto a un plano perpendicular al cajón. 40 through an internal wall of the drawer; the nozzles are arranged in the crown being displaced with respect to the radial axis R of the drawer and inclined forward with respect to a plane perpendicular to the drawer.
Las boquillas están desplazadas e inclinadas de diferentes maneras según una alternancia. Los ángulos propuestos son específicos para esta potencia de quemador, pero se modificarán inevitablemente para otro tamaño de 45 quemador. Estos ángulos se determinan para que los chorros de los orificios consecutivos no se vean perturbados, y que no lleguen a golpear contra el extremo del tubo 13 ni interfieran en la corriente de los fluidos que salen de la corona de gas contenida entre 13 y 56, ni en el aire complementario central divergente. Este cono divergente debe casi “engranarse” con el chorro complementario periférico convergente cuyo ángulo es el más cerrado (en este caso 15º). El ángulo del orificio siguiente está más abierto con el fin de continuar, más adelante en la rotación, el trabajo The nozzles are displaced and inclined in different ways according to an alternation. The proposed angles are specific for this burner power, but will inevitably be modified for another size of burner. These angles are determined so that the jets of the consecutive orifices are not disturbed, and that they do not hit the end of the tube 13 or interfere with the flow of the fluids leaving the gas crown contained between 13 and 56, nor in the divergent central complementary air. This divergent cone must almost “engage” with the convergent peripheral complementary jet whose angle is the most closed (in this case 15º). The angle of the next hole is more open in order to continue, later in the rotation, the work
50 del orificio anterior. 50 of the previous hole.
Una primera serie de boquillas (20a) puede estar inclinada de 5º a 45º hacia delante, (prefiriéndose 15º en el ejemplo de realización) y de 30 a 65º con respecto al eje radial (R), (prefiriéndose 44º en el ejemplo) y una segunda serie de boquillas (20b) inclinadas de 25 a 65º hacia delante (prefiriéndose 45º en el ejemplo) y de 30 a 70º con A first series of nozzles (20a) may be inclined from 5 ° to 45 ° forward, (15 ° being preferred in the exemplary embodiment) and from 30 to 65 ° with respect to the radial axis (R), (44 ° being preferred in the example) and a second series of nozzles (20b) inclined from 25 to 65 ° forward (45 ° being preferred in the example) and from 30 to 70 ° with
55 respecto al eje radial (prefiriéndose 53º en el ejemplo). 55 with respect to the radial axis (53 ° being preferred in the example).
El cajón también puede comprender orificios 55 dispuestos en la pared interna 25 a nivel de la cámara de preexpulsión 30. Estos orificios permiten alimentar el dispositivo de aletas 37 a partir de la cámara 30 para mejorar la mezcla de aire/gas pobre entre las aletas. The drawer can also comprise holes 55 arranged in the inner wall 25 at the level of the pre-ejection chamber 30. These holes allow feeding the fin device 37 from the chamber 30 to improve the poor air / gas mixture between the fins.
60 El tubo central: 60 The central tube:
En referencia a las figuras 10 y 11, un tubo central 13, destinado a montarse centrado sobre el eje central, está dimensionado para extenderse longitudinalmente entre los dos extremos del cajón y ponerlos en comunicación. Referring to Figures 10 and 11, a central tube 13, intended to be mounted centered on the central axis, is sized to extend longitudinally between the two ends of the drawer and put them in communication.
65 Este tubo comprende: - una superficie externa 35 destinada a delimitar el espacio de premezcla con la pared interna 25 o cara interna 31 de la pared doble del cajón, y una superficie interna 52; 65 This tube comprises: - an external surface 35 intended to delimit the premix space with the internal wall 25 or internal face 31 of the double wall of the drawer, and an internal surface 52;
5 - medios de fijación al cajón y de recepción de un cajón 36 de aire o de gas dispuesto(s) en la parte trasera del tubo; 5 - means for fixing to the drawer and receiving an air or gas drawer 36 disposed at the rear of the tube;
- --
- un primer dispositivo de aletas 37, dispuesto en la parte delantera del tubo; extendiéndose dichas aletas 37 en el espacio en el que discurre la premezcla entre la pared externa 35 del tubo y la pared interna del cajón 25 o cada interna 31; están perfiladas de manera que se crea una rotación del flujo de premezcla mientras discurre hacia la a first fin device 37, arranged at the front of the tube; said fins 37 extending in the space in which the premix runs between the outer wall 35 of the tube and the inner wall of the drawer 25 or each inner 31; are profiled so that a rotation of the premix flow is created as it runs towards the
10 salida del cajón; un espacio entre el cajón y el tubo forma un conducto 38 (figura 1) en forma de corona, destinado a transportar el flujo de aire de premezcla; 10 drawer exit; a space between the drawer and the tube forms a conduit 38 (figure 1) in the form of a crown, intended to transport the premix air flow;
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- una pared 23 que forma un reborde radial del tubo central, separando dicha pared el espacio de premezcla con la parte trasera del tubo central a su vez en comunicación con el cajón de aire. a wall 23 forming a radial flange of the central tube, said wall separating the premix space with the rear part of the central tube in turn in communication with the air drawer.
15 La barra central: 15 The center bar:
En referencia a la figura 12, la barra central 51 está destinada a disponerse en el tubo central 13 y centrada sobre el eje central. Referring to Figure 12, the central bar 51 is intended to be arranged in the central tube 13 and centered on the central axis.
20 El quemador también comprende un segundo dispositivo de aletas 19 dispuesto en el interior y en la proximidad de la parte delantera del tubo central. The burner also comprises a second fin device 19 disposed inside and in the vicinity of the front part of the central tube.
Las aletas están fijadas, en el ejemplo, en la barra central 51 que atraviesa el tubo central; están destinadas a 25 extenderse desde la superficie de la barra 50 hasta la pared interna 52 del tubo central. The fins are fixed, in the example, on the central bar 51 that crosses the central tube; they are intended to extend from the surface of the bar 50 to the inner wall 52 of the central tube.
El quemador también puede comprender un “cono de quemado” 18 que forma un deflector situado aguas abajo del tubo central y separado del mismo de manera que se produce un escape divergente del flujo de aire central. En el ejemplo ilustrado, el cono de quemado está dispuesto en el extremo delantero de la barra axial 51. The burner may also comprise a "burn cone" 18 which forms a deflector located downstream of the central tube and separated therefrom so that a divergent escape from the central air flow occurs. In the illustrated example, the burn cone is arranged at the front end of the axial bar 51.
30 El gas se expulsa en el extremo de la barra, según un ángulo divergente definido por par una serie de orificios calibrados 54 dispuestos en corona alrededor del deflector cónico 18 que permite expulsar este gas en una circunferencia máxima. 30 The gas is expelled at the end of the bar, according to a divergent angle defined by a pair of calibrated holes 54 arranged in a crown around the conical baffle 18 which allows this gas to be expelled at a maximum circumference.
35 Preferiblemente, para obtener mejores resultados, el deflector cónico puede ser un deflector 18b que comprende un dentado periférico 52, y que tiene orificios centrales 53 que desembocan en el interior del conducto de la barra central. 35 Preferably, for best results, the conical deflector may be a deflector 18b comprising a peripheral teeth 52, and having central holes 53 leading into the interior of the center bar conduit.
De una manera general, el quemador está dimensionado para recibir, en régimen normal de funcionamiento, una 40 expulsión de flujo complementario a una velocidad muy grande superior a 100 m/s mientras que el flujo de premezcla se expulsa a una velocidad comprendida entre 40 y 80 m/s. In general, the burner is sized to receive, in normal operating mode, an expulsion of complementary flow at a very large speed exceeding 100 m / s while the premix flow is ejected at a speed between 40 and 80 m / s
En una variante que no forma parte de la invención, el quemador puede comprender una alimentación de gas rico. En el ejemplo, el gas rico se lleva a presión en la periferia del tubo central directamente al espacio de premezcla. In a variant that is not part of the invention, the burner may comprise a rich gas feed. In the example, the rich gas is brought under pressure at the periphery of the central tube directly to the premix space.
45 Preferiblemente, para quemadores de potencias muy grandes (superiores a 20 megavatios), el gas rico se distribuye alrededor del tubo central de manera que se mezcla íntimamente con la premezcla. Preferably, for very large power burners (greater than 20 megawatts), the rich gas is distributed around the central tube so that it is intimately mixed with the premix.
Para ello, el tubo central puede comprender: 50 For this, the central tube can comprise: 50
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- un cajón anular 36 de recepción y de distribución del gas alrededor de varios orificios que atraviesan la pared trasera 23 en forma de reborde anular del tubo central; an annular drawer 36 for receiving and distributing the gas around several holes that pass through the rear wall 23 in the form of an annular flange of the central tube;
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- una porción de tubo 56 dispuesta en la pared doble parcial alrededor del tubo central de manera que se transporta 55 el flujo que entra en la cámara de premezcla sensiblemente hasta una media distancia de la cámara; a portion of tube 56 disposed in the partial double wall around the central tube so that the flow entering the premix chamber is transported substantially up to a half distance from the chamber;
- y un cono de conexión 57 de la pared doble al cajón por medio del reborde de manera que se recoge el gas rico; - and a cone of connection 57 of the double wall to the drawer by means of the flange so that the rich gas is collected;
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- de manera auxiliar, un deflector anular 58 colocado separado del extremo de la pared doble de manera que se 60 hace divergir el gas rico y se favorece una agitación con el aire; in an auxiliary manner, an annular baffle 58 positioned separately from the end of the double wall so that the rich gas is diverged and agitation with the air is favored;
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- alternativamente o como complemento al deflector anterior, una serie de orificios 59 calibrados y dispuestos a través del tubo central, está dispuesta en corona justo aguas arriba del deflector 58 de manera que se permite expulsar el aire complementario central en el flujo de gas rico y contribuir así a hacerlo divergir. alternatively or as a complement to the previous deflector, a series of holes 59 calibrated and arranged through the central tube, is arranged in a crown just upstream of the deflector 58 so that it is allowed to expel the complementary central air in the rich gas flow and contribute So do it diverge.
65 Según una variante de realización que no forma parte de la invención, el cajón 36 puede estar conectado a un tubo de alimentación de gas rico (estando los orificios 10A2 obturados) u otro cajón 36B (no representado) que envuelve al cajón 36 y que está conectado al tubo de alimentación. Pueden disponerse orificios calibrados dispuestos según un ángulo divergente en un casquillo que conecta los dos tubos 13 y 56B en el extremo delantero. 65 According to an embodiment variant that is not part of the invention, the drawer 36 may be connected to a rich gas supply tube (the holes 10A2 being sealed) or another drawer 36B (not shown) that envelops the drawer 36 and which It is connected to the feeding tube. Calibrated holes arranged at a divergent angle can be arranged in a bushing that connects the two tubes 13 and 56B at the front end.
5 Eventualmente, la porción de tubo 56 (pared doble) puede extenderse hasta el extremo del tubo central 13 formando una pared doble central 56B de manera que se expulsa el gas rico directamente al cabezal de combustión alrededor del aire central. 5 Eventually, the tube portion 56 (double wall) may extend to the end of the central tube 13 forming a central double wall 56B so that the rich gas is expelled directly to the combustion head around the central air.
Por el contrario, para quemadores de menor potencia que no forman parte de la invención (por ejemplo inferior a On the contrary, for lower power burners that are not part of the invention (for example, less than
10 20 megavatios), el gas rico se lleva siempre a presión pero en la barra central. Se expulsa, según un ángulo divergente definido, por una serie de orificios calibrados 53 dispuestos en corona alrededor de un dispositivo particular (deflector con dentados periféricos 52) que permite expulsar este gas en una circunferencia máxima, con el fin de que los chorros de gas rico se inicien lo más cerca posible del aire de combustión, y tengan un impulso máximo golpeando contra la corriente de gas pobre. 10 20 megawatts), the rich gas is always brought under pressure but in the central bar. It is ejected, according to a defined divergent angle, by a series of calibrated holes 53 arranged in a crown around a particular device (deflector with peripheral teeth) that allows this gas to be expelled at a maximum circumference, so that the gas jets rich start as close as possible to the combustion air, and have a maximum momentum hitting the poor gas stream.
15 Estas configuraciones anteriores permiten obtener una llama consistente y de estructura continua y de superficie máxima (optimización de las transferencias térmicas en el hogar). El gas rico se alimenta de este modo con aire de combustión en su base independientemente de la composición/proporción de los combustibles: gas único y puro o gases en mezclas. 15 These previous configurations allow to obtain a consistent flame with a continuous structure and maximum surface area (optimization of thermal transfers in the home). The rich gas is thus fed with combustion air at its base regardless of the composition / proportion of the fuels: single and pure gas or gases in mixtures.
20 El quemador está diseñado en módulos mecanosoldados que permiten un máximo de flexibilidad y de facilidad de diseño, de adaptación, de construcción, de instalación y de mantenimiento, sabiendo que: 20 The burner is designed in mechanically welded modules that allow maximum flexibility and ease of design, adaptation, construction, installation and maintenance, knowing that:
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- el aire de combustión puede estar más o menos caliente, 25 the combustion air may be more or less hot, 25
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- para instalaciones de quemadores múltiples dispuestos unos al lado de otros, los sentidos de rotación de los fluidos deben engranarse para no perturbar la combustión y las corrientes en el hogar, for multi-burner installations arranged next to each other, the directions of fluid rotation must be engaged so as not to disturb combustion and currents in the home,
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- permite sustituir fácilmente quemadores existentes. It allows to easily replace existing burners.
30 Ahora van a describirse las posibles corrientes de los diferentes flujos según un modo de funcionamiento del quemador. 30 The possible currents of the different flows will now be described according to a mode of operation of the burner.
Se aporta una llama de encendido delante del cabezal del quemador por medio de un tubo de guiado del quemador An ignition flame is provided in front of the burner head by means of a burner guide tube
35 de encendido 60 (figura 1). Entonces se activa el circuito de aire permanente mediante una bomba (no representada) que insufla aire de combustión en la parte trasera del quemador poniendo el cajón de alimentación de aire ZC a presión. 35 power 60 (figure 1). The permanent air circuit is then activated by a pump (not shown) that blows combustion air into the back of the burner by putting the ZC air supply drawer under pressure.
Una fracción del aire de combustión penetra en la pared doble 27 del cajón (figura 6) a través de los orificios de 40 entrada 10 por ejemplo rectangulares y dispuestos en la pared anular 23B que cierra la pared doble en la parte trasera; mientras que otra fracción penetra directamente en el doble cajón hacia las boquillas 20a, 20b. A fraction of the combustion air penetrates the double wall 27 of the drawer (Figure 6) through the inlet holes 10 for example rectangular and arranged in the annular wall 23B that closes the double wall at the rear; while another fraction penetrates directly into the double drawer towards the nozzles 20a, 20b.
Una parte de esta fracción penetra en las vigas 11 (figura 8) mientras que la otra parte alimenta directamente una cámara de preexpulsión de aire periférico 30 mediante una pared doble parcial del cajón (figura 7) denominada de 45 inflexión que carece de luces y que se extiende en un ángulo de aproximadamente 90º entre paredes radiales 32 y One part of this fraction penetrates the beams 11 (figure 8) while the other part directly feeds a peripheral air preexpulsion chamber 30 by means of a partial double wall of the drawer (figure 7) denominated of inflection that lacks lights and that extends at an angle of approximately 90 ° between radial walls 32 and
33. 33.
Las vigas se ponen a presión y se escapa aire de combustión desde las boquillas en dirección tangencial (figura 7) a un círculo centrado sobre el eje central y hacia las aletas del primer dispositivo de puesta en rotación. The beams are put under pressure and combustion air is escaped from the nozzles in a tangential direction (figure 7) to a circle centered on the central axis and towards the fins of the first rotating device.
50 El gas de combustión que puede estar a ligera presión (generalmente inferior a (0,02 bares (200 mm de CE)) entra transversalmente en el cajón por un efecto de arrastre de los chorros de aire a nivel de las aberturas 8 entre las vigas 11; las turbulencias realizan una premezcla o agitación en el espacio de premezcla 16 del cajón en la entrada del dispositivo de aletas (figura 7) concretamente mediante inflexión contra la pared de inflexión 31. 50 The combustion gas that may be at light pressure (generally less than (0.02 bar (200 mm CE)) enters the drawer transversely through a drag effect of the air jets at the level of the openings 8 between the beams 11; the turbulences make a premix or agitation in the premix space 16 of the drawer at the entrance of the fin device (figure 7) specifically by inflection against the inflection wall 31.
55 Dado que las vigas también desembocan en la cámara de preexpulsión 30 de aire periférico, contribuyen a conducir aire a la misma además del transportado por el interior de la pared doble de inflexión o de guiado 24, 25. 55 Since the beams also flow into the peripheral air pre-ejection chamber 30, they contribute to the conduction of air therein in addition to the one transported inside the double inflection or guide wall 24, 25.
También penetra aire de combustión por la entrada 9 del tubo central 13 (figuras 10, 11) y desemboca directamente Combustion air also enters through the inlet 9 of the central tube 13 (figures 10, 11) and flows directly
60 a nivel del cabezal 6 después de haber pasado al espacio entre las aletas del segundo dispositivo de aletas 19 (figura 2) en el que adopta un movimiento de rotación. Este aire sale delante del cabezal de manera divergente por medio del deflector cónico 18 colocado delante. 60 at the level of the head 6 after having passed into the space between the fins of the second fin device 19 (Figure 2) in which it adopts a rotational movement. This air exits in front of the head divergently by means of the conical deflector 18 placed in front.
Durante este tiempo, el aire periférico se expulsa desde la cámara 30 (figuras 9, 14-16) en forma de dos torbellinos 65 mediante las boquillas periféricas 20a, 20b delante del cabezal de combustión Cuando la premezcla llega a la salida antes del quemador donde se expulsa en un torbellino anular, queda aprisionada y se agita mediante los dos flujos de aire central y periférico que penetran íntimamente en la misma. During this time, the peripheral air is expelled from the chamber 30 (Figures 9, 14-16) in the form of two whirlpools 65 by means of the peripheral nozzles 20a, 20b in front of the combustion head When the premix reaches the outlet before the burner where It is ejected in an annular whirlwind, trapped and agitated by the two central and peripheral air flows that penetrate intimately into it.
Los sentidos de rotación de los diferentes flujos de aire pueden ser contrarios al del flujo de premezcla pero 5 preferiblemente son en el mismo sentido. The directions of rotation of the different air flows may be contrary to that of the premix flow but they are preferably in the same direction.
Dado el caso, puede entrar aire complementario en la cámara de premezcla por los tubos 21 o válvulas (figuras 10, 11) dispuestas en una pared anular 23 que forma un reborde del tubo central y enriquecer la mezcla con aire. If necessary, complementary air may enter the premix chamber through the tubes 21 or valves (figures 10, 11) arranged in an annular wall 23 that forms a flange of the central tube and enrich the mixture with air.
10 También puede provenir aire de la parte trasera del cajón 36 por orificios 10A2 y enriquecer la premezcla. 10 Air may also come from the back of the drawer 36 through holes 10A2 and enrich the premix.
Dado el caso (figura 6), puede escaparse aire del cajón a partir de la cámara de preexpulsión 30 a través de los orificios 55 dispuestos en la pared inferior del cajón y penetrar radialmente en el dispositivo de aletas 37 entre las aletas. Esto permite mejorar la agitación de la mezcla de gas con el aire. If necessary (Figure 6), air can be drawn from the drawer from the pre-ejection chamber 30 through the holes 55 arranged in the bottom wall of the drawer and radially penetrate the fin device 37 between the fins. This allows to improve the agitation of the gas mixture with the air.
15 En caso de uso de varios quemadores dispuestos en proximidad unos de otros en una cámara de combustión de una instalación, debe tenerse cuidado de que los diferentes torbellinos se engranen. Para ello, debe adaptarse la orientación de diferentes boquillas y de aletas. Por ejemplo, los torbellinos periféricos deben ser contrarios entre dos quemadores. 15 In the case of the use of several burners arranged in close proximity to each other in a combustion chamber of an installation, care must be taken that the different whirlpools engage. To do this, the orientation of different nozzles and fins must be adapted. For example, peripheral whirlpools must be contrary between two burners.
20 Así, la invención proporciona las siguientes ventajas: Thus, the invention provides the following advantages:
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- la llama es estable y está correctamente estabilizada, y se eliminan todas las vibraciones debidas a las The flame is stable and correctly stabilized, and all vibrations due to the
inestabilidades de la combustión; 25 combustion instabilities; 25
- --
- no se requiere ninguna regulación; no regulation is required;
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- es posible una fragmentación del aire de combustión en más de dos, incluso más de tres fracciones; a fragmentation of combustion air is possible in more than two, even more than three fractions;
30 - no hay ninguna necesidad de combustible de soporte para compensar irregularidades de mezclado o pobreza del gas combustible, ni dispositivos o equipos asociados, lo que permite ahorrar combustible rico en caso de escasez de gas pobre; 30 - there is no need for support fuel to compensate for irregularities in mixing or poverty of the combustible gas, or associated devices or equipment, which saves rich fuel in case of poor gas shortage;
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- supresión del calentamiento de gas o del aire de combustión como resultado de la capacidad del quemador para suppression of gas heating or combustion air as a result of the burner's ability to
35 quemar correctamente gases de PCi muy bajos (< 3140 kJ/m3 (750 Kcal/m3)) en gas frío y aire frío; generalmente, el calentamiento del aire de combustión de un quemador de 20 MW se realizaba a 200ºC; 35 properly burn very low PCi gases (<3140 kJ / m3 (750 Kcal / m3)) in cold gas and cold air; generally, the heating of the combustion air of a 20 MW burner was carried out at 200 ° C;
- --
- reducción del contenido en oxígeno de los humos debido a una combustión muy buena gracias a una mezcla de reduction of the oxygen content of the fumes due to a very good combustion thanks to a mixture of
aire-combustible optimizada. El contenido en oxígeno de los humos se ha reducido al 0,6 - 1% en lugar de 2%; 40 optimized air-fuel. The oxygen content of the fumes has been reduced to 0.6-1% instead of 2%; 40
- --
- hay un aumento de la temperatura de llama de 60 a 80ºC, lo que provoca un gran aumento de las transferencias térmicas en los hogares (+15%). La productividad de la caldera mejora de hecho si puede seguir un recalentamiento; there is an increase in the flame temperature from 60 to 80 ° C, which causes a large increase in heat transfers in homes (+ 15%). The productivity of the boiler actually improves if it can continue to overheat;
- --
- hay una reducción importante de las pérdidas en los humos (a temperatura constante) ya que el volumen de humos there is a significant reduction in smoke losses (at constant temperature) since the volume of fumes
45 se reduce en la misma proporción que el factor de aire, es decir del 10 al 15%. El rendimiento de la caldera mejora debido a ello en al menos 1 punto. Para una caldera de 100 MW, esto representa más de 10 GWh/año de combustible; 45 is reduced in the same proportion as the air factor, ie from 10 to 15%. Boiler performance improves due to this by at least 1 point. For a 100 MW boiler, this represents more than 10 GWh / year of fuel;
- --
- reducción del consumo eléctrico de los ventiladores de aire y humos que deben agitarse en la medida en que los reduction of the electrical consumption of air and smoke fans that must be agitated to the extent that
50 volúmenes de aire y de humos que deben agitarse son más reducidos, también se obtiene como resultado una diminución del tamaño de los ventiladores de soplado y de aspiración del orden del 15 al 20% y una reducción de su consumo de más del 10%. 50 volumes of air and fumes that must be agitated are smaller, a decrease in the size of the blow and suction fans of the order of 15 to 20% and a reduction of their consumption of more than 10% is also obtained.
Claims (18)
- --
- la premezcla no inflamable en un flujo de premezcla en rotación alrededor del eje central, 10 the non-flammable premix in a premix flow rotating around the central axis, 10
- --
- un flujo complementario de manera que se alcanza un umbral de inflamabilidad de la mezcla delante del cabezal de combustión, expulsándose el flujo en el centro del flujo de premezcla por medio de un flujo complementario central y/o alrededor del flujo de premezcla por medio de un flujo complementario periférico, a complementary flow so that a flammability threshold of the mixture is reached in front of the combustion head, the flow being ejected at the center of the premix flow by means of a central complementary flow and / or around the premix flow by means of a peripheral complementary flow,
- --
- medios para la puesta en rotación de este flujo de premezcla alrededor de dicho eje central (x); means for rotating this premix flow around said central axis (x);
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- medios que permiten inyectar un primer flujo complementario en el centro del flujo de premezcla de manera que se alcanza un umbral de inflamabilidad de la mezcla delante del cabezal de combustión; y means allowing a first complementary flow to be injected into the center of the premix flow so that a flammability threshold of the mixture is reached in front of the combustion head; Y
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- medios que permiten inyectar un primer flujo complementario en el centro del flujo de premezcla delante del cabezal de combustión, comprendiendo estos medios un deflector cónico (18) en la salida de la tubería central (13) y aletas (19) que ponen el flujo de aire central en rotación; y means for injecting a first complementary flow in the center of the premix flow in front of the combustion head, these means comprising a conical deflector (18) at the outlet of the central pipe (13) and fins (19) that put the flow of central air in rotation; Y
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- una pared doble periférica (24, 25), un extremo delantero (26a) configurado para hacer que desemboque a peripheral double wall (24, 25), a leading end (26a) configured to cause it to open
- --
- luces de admisión (8) en la pared doble periférica que están destinadas a interponerse entre un espacio intake lights (8) in the double peripheral wall that are intended to interpose between a space
- --
- conductos, en forma de vigas huecas (11), situados en el grosor de la pared doble y que se extienden entre las luces (8), entre un espacio de recepción (10) de flujo de aire dispuesto en el extremo trasero (26b) ducts, in the form of hollow beams (11), located in the thickness of the double wall and extending between the lights (8), between a reception space (10) of air flow arranged at the rear end (26b)
- --
- una superficie externa (35) destinada a delimitar el espacio de premezcla (16) con la pared interna (31) de an external surface (35) intended to delimit the premix space (16) with the internal wall (31) of
- --
- medios de fijación al cajón y de recepción de un cajón de aire o de gas (36) dispuesto en la parte trasera del tubo, fixing means to the drawer and receiving an air or gas drawer (36) arranged at the rear of the tube,
- --
- un primer dispositivo de aletas (37), dispuesto delante del tubo, estando dichas aletas perfiladas de a first fin device (37), arranged in front of the tube, said fins being profiled of
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