ES2273875T3 - Camara de combustion superatmosferica permitiendo la combustion de concentraciones pobres de gas combustible. - Google Patents
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Abstract
1. Equipo de combustión superatmosférica que incluye un dispositivo de combustión superatmosférica (400) que comprende una cámara de gas pobre (412), una cámara de combustión (430), una sección de recuperación de calor (440) y una zona de escape (450), caracterizado por un conducto de alimentación de gas pobre (411) para la aportación de gas pobre a la cámara de gas pobre (412); una cámara de disipación de calor/compensación de presión (425) y una cámara de aire precalentado (526) dentro del dispositivo de combustión (400); un conducto de alimentación de aire ambiente presurizado (421) para la aportación de aire ambiente presurizado a la cámara de disipación de calor/compensación de presión (425); un conducto de alimentación de aire precalentado (465) para la aportación de aire precalentado a la cámara de aire precalentado (526); un orificio de acceso de gas pobre (517) para la aportación de gas pobre desde la cámara de gasa pobre (412) a la cámara de combustión (430); y un orificio de acceso de aire precalentado (527( para la aportación de aire precalentado desde la cámara de aire precalentado (526) a la cámara de combustión (430), intercambiándose en la cámara de disipación de calor/compensación de presión (425) el calor procedente de la cámara de gas pobre (412), la cámara de aire precalentado (526) y la cámara de combustión (430) y el aire ambiente presurizado y quemándose el gas pobre y el aire precalentado en la cámara de combustión (430) a presión superatmosférica.
Description
Cámara de combustión superatmosférica
permitiendo la combustión de concentraciones pobres de gas
combustible.
Esta solicitud reivindica las ventajas de la
solicitud provisional estadounidense núm. 60/211,137, presentada el
27 de julio de 2000.
Esta invención está relacionada con un equipo
para la combustión de concentraciones pobres de un gas combustible
a presión superatmosférica y, más concretamente, con un dispositivo
de combustión que presenta un disipador de calor/una cámara de
compensación de presión para proteger la cámara de combustión contra
la contrapresión generada durante el proceso de combustión.
La patente estadounidense núm. 3,229,746 (la
patente '746), que mediante referencia se incluye íntegramente en
ésta, muestra un aparato para la recuperación de calor y un método
apropiado para la combustión de concentraciones pobres de un gas
combustible. A modo de ejemplo, esta patente está indicada para la
combustión de gases pobres, tales como gases residuales de
pirólisis catalítica que contienen monóxido de carbono en una
concentración inferior al 8%, sin limitarse a ella. La invención de
esta patente permite la estabilización del encendido de monóxido de
carbono a una temperatura del orden de 649ºC a 815ºC. Después de la
puesta en marcha, esta temperatura se puede mantener, en la mayoría
de los casos, quemando únicamente el monóxido de carbono. En los
casos restantes, basta con una cantidad mínima de combustible
auxiliar para garantizar un encendido seguro y/o mantener el valor
de recuperación de calor deseado.
La figura 1 de esta solicitud muestra el aparato
para la recuperación de calor de la patente '746. En la figura 1,
una configuración identificada, por regla general, con el numero de
referencia 1, define una zona de combustión 2 y una zona de
recuperación de calor 3, dispuesta horizontalmente al mismo nivel.
El gas pasa a la zona de combustión 2 a través de la cámara de gas
4 y los orificios de acceso de gas 6. El aire se introduce a través
de la cámara de aire 7. El aire entra en la cámara de combustión 2
por los orificios de acceso 8. El aire secundario para apoyar la
combustión del combustible auxiliar se aporta a la cámara de
combustión por los conductos 9. El gas y el aire se mezclan de
forma intermitente por medio de remolinos opuestos, indicados con
las flechas de dirección 11 y 12 y generados por un aparato de
aspiración representado a modo de conductos inclinados 13, que
conduce la mezcla de gases desde la cámara de gas 4 a los orificios
de acceso de gas 6 y a unos tubos de aire cortos 14. Se prevén
quemadores auxiliares 16 para calentar inicialmente los gases en la
zona de combustión 2 a una temperatura de inflamación apropiada. El
material refractario 17 del revestimiento de la zona de combustión
2 refleja el calor a los gases contenidas en la misma.
Gracias al dispositivo representado en la figura
1, los gases pobres, por ejemplo monóxido de carbono con una
concentración inferior al 8%, tales como gases residuales de
pirólisis catalítica, pueden ser quemados. Como es lógico, los
gases con una concentración más alta se queman con mayor facilidad.
Una de las características excepcionales del diseño representado en
la figura 1 consiste en que requiere menos del 1% del exceso de
oxígeno medido en los productos de combustión.
En la cámara de combustión 2 se puede mantener
convenientemente una temperatura del orden de entre 649ºC y 815ºC
de manera que, tras el encendido, el monóxido de carbono suele estar
normalmente en condiciones de quemarse sin necesidad de emplear
ningún combustible auxiliar. Durante el proceso de combustión del
monóxido de carbono se libera calor en la cámara de combustión 2.
Intrínsecamente, dentro de la cámara de combustión 2 funciona un
sistema de liberación de calor. En un sentido extrínseco, la zona de
combustión 2 ha sido diseñada de modo que prácticamente no se
produce ninguna introducción ni extracción de calor hacia o de la
zona de combustión 2 con respecto a su entorno. En particular, la
zona de combustión 2 no esta conectada a ningún dispositivo de
refrigeración, por ejemplo a ningún tubo de intercambio
térmico.
Por medio de un tabique 19 se define una pared
final 18. Los orificios de aire 8 y los orificios de gas 6 penetran
en el tabique 19 para crear en la pared final 18 unos grupos
angulares esencialmente concéntricos.
La figura 1 muestra una pared de mampostería de
recuperador de calor abierto 21 que provoca que los gases de
combustión fluyan a través de canales de paso restringido 22, a fin
de incrementar de este modo el proceso de mezcla. La zona de
recuperación de calor 3 viene definida por un dispositivo 1 situado
más allá de la zona de combustión 2. En la zona de recuperación de
calor 3 se puede disponer un equipo de recuperación de calor
apropiado formado, por ejemplo, por tubos de vapor, un recuperador
de calor, un recalentado, otros flujos, etc..
El dispositivo 1 delimita un espacio cerrado
para la zona de combustión 2 con paredes finales y paredes
laterales extendidas entre las paredes extremas. Todas las paredes
reflejan el calor hacia la zona de combustión por medio del
material refractario 17. El orificio de escape, por el que los
gases calientes pasan a la zona de recuperación de calor 3, se
encuentra al final del dispositivo 1, frente a los orificios de gas
6 y a los orificios de aire 8, y constituye una parte lo
suficientemente pequeña de una de las paredes laterales para
mantener la reflexión del calor de todas las paredes hacia el
espacio cerrado a un nivel lo más alto posible.
Tal como se ve en la figura 1, la zona de
recuperación de calor 3, que es la única estructura de disipación
térmica del aparato, se retira además completamente de la zona de
exposición a la zona de combustión 2, a diferencia de las
instalaciones de combustión de monóxido de carbono tradicionales,
en las que se produce bien una disipación de calor en forma de
tubos de agua se produce en la zona de combustión, bien una
exposición al calor radiante de los gases que se queman. Esta
disipación térmica interior incrementa la necesidad de combustible
auxiliar y reduce, de manera considerable, la estabilidad de la
llama y fiabilidad de la transformación del monóxido de carbono.
El aparato representado en la figura 1 funciona,
habitualmente, a temperaturas elevadas. El típico gas pobre se
aporta al aparato, por ejemplo, a temperaturas de 315ºC a 593ºC, y
más. Como resultado del proceso de combustión, los gases quemados
que salen de la zona de combustión, pueden estar a una temperatura
del orden de 649ºC a 982ºC, o más.
Las figuras 2 y 3 muestran aparatos anteriores
que evitan adecuadamente un sobrecalentamiento de las placas de
revestimiento de los mismos puesto que se aíslan respectivamente en
la cámara de gas pobre y en la cámara del gas quemado utilizando un
flujo de aire ambiente ("frío") presurizado dirigido hacia una
cámara de aire formada por y contenida en dichas cámaras. En los
dispositivos de este tipo, el aire ambiente presurizado se emplea
como fuente oxidante para la combustión del gas pobre y de un
caudal auxiliar en el aparato.
La figura 2 enseña un dispositivo de combustión
convencional 200 que comprende una cámara de gas pobre 212, una
cámara de combustión 230, una zona de recuperación de calor 240 y
una zona de escape 250. El aire ambiente presurizado es aportado por
una bomba de aire 220, a través de un conducto de alimentación 221,
a la zona de combustión 230. El gas pobre 210 se aporta a la cámara
de gas pobre 212 a través de un conducto de alimentación 211.
La figura 3 muestra con mayor detalle un
dispositivo de combustión 300. El dispositivo de combustión 300
comprende una cámara de gas pobre 312 y una cámara de combustión
330. El gas pobre procedente de la cámara de gas pobre 312 entra en
la cámara de combustión 330 a través de un orificio de acceso de
gas 317. El aire ambiente presurizado 320 se pasa a la cámara de
combustión 330 por un orificio de acceso de aire 327. El
dispositivo de combustión 300 queda aislado por medio de un
revestimiento refractario 301. Los productos de combustión salen de
la cámara de combustión 330 y son conducidos a una sección de
recuperación de calor 340, normalmente a través de un
intercambiador de calor (no representado).
La persona con cierta experiencia en este campo
podrá apreciar que se puede disponer un numero apropiado de
quemadores auxiliares 16 (representados en la figura 1) a modo de
mecheros para el calentamiento inicial de los gases de la zona de
combustión 230 (figura 2) ó 330 (figura 3) a la temperatura de
inflamación deseada, o como medio para proporcionar un nivel de
aportación de calor para la recuperación de calor deseada.
El documento US 3,244,220 está relacionado con
un horno para combustibles de bajo y alto valor térmico. Se
describe un equipo de combustión superatmosférica que incluye un
dispositivo de combustión superatmosférica que comprende una cámara
de gas pobre, una cámara de combustión, una sección de recuperación
de calor y una zona de escape. Las características de construcción
del equipo de combustión permiten la protección de una cámara de
combustión mediante el enfriamiento de sus paredes con un caudal de
aire que posteriormente es utilizado para la combustión.
Como ya se ha dicho antes, los equipos de este
tipo se emplean habitualmente en procesos en los que el gas pobre
es aportado al equipo a una presión superior a la presión
atmosférica (por ejemplo de 6,9 mbar a 0,34 bar o más),
expulsándose los gases quemados normalmente a la atmósfera tras la
recuperación del calor y, en algunas ocasiones, después de pasar
por un sistema de depuración de gases de escape. Sin embargo, eso
da lugar a una contrapresión en la zona de combustión. Tal como se
indica en la figura 2, el aire se aporta al equipo con ayuda de una
bomba para cumplir los requisitos de presión. Como es lógico, el
equipo está diseñado de modo que pueda soportar y resistir estas
presiones internas. La ventaja de la configuración de un equipo de
este tipo consiste en la economía de su construcción para la
contención de la presión como consecuencia de la integración de la
cámara de gas y de la cámara de aire en el deposito de presión
general.
No obstante, hemos comprobado que en el
dispositivo convencional representado en la figura 2 surge un
problema. En este conjunto, el aire ambiente es utilizado para
enfriar el revestimiento refractario 301 de la cámara de combustión
330. De este modo, la cámara de gas pobre 312 y la cámara de
combustión 330 están en contacto con el aire ambiente 320. Para
algunas aplicaciones resulta, sin embargo, necesario que el aire
ambiente 320 se caliente antes de su combustión. Cuando esto
ocurre, la temperatura del aire ambiente 320 ya no resulta
suficiente para enfriar el revestimiento refractario 301. El
problema surge, en cambio, en el enfriamiento de las cámaras y da
lugar a la expansión e inestabilidad estructural de las mismas.
De hecho hemos comprobado que, por razones de
procedimiento y conservación de energía, conviene precalentar el
aire a suministrar a una temperatura del orden de 93ºC a 316ºC, o
más. En estos casos hemos podido ver que el recinto de la cámara de
aire antes descrito ya no puede proporcionar más un enfriamiento
suficiente para evitar problemas técnicos. Como consecuencia existe
la necesidad de montar un dispositivo de combustión
superatmosférica con una cámara interna de disipación de
calor/compensación de presión.
Uno de los objetivos de esta invención consiste
en proporcionar un dispositivo para el empleo de aire de combustión
precalentado manteniendo al mismo tiempo las ventajas constructivas
de unas diferencias mínimas de presión entre las respectivas
cámaras de gas y de aire.
Otro objetivo de esta invención es el de
proporcionar un dispositivo de combustión superatmosférica con una
cámara interna de disipación de calor/compensación de presión. Otro
objetivo más de la invención radica en presentar un dispositivo de
combustión que pueda ser utilizado con aire de combustión
precalentado.
Esta invención propone un equipo de combustión
superatmosférica que incluye un dispositivo de combustión
superatmosférica que comprende una cámara de gas pobre, una cámara
de combustión, una sección de recuperación de calor y una zona de
escape que se caracteriza por un sistema de aportación de gas pobre
a la cámara de gas pobre, una cámara de disipación de
calor/compensación de presión y una cámara de aire precalentado con
el dispositivo de combustión, una alimentación de aire ambiente
presurizado para la aportación de aire ambiente presurizado a la
cámara de disipación de calor/compensación de presión, una
alimentación de aire precalentado para la aportación de aire
precalentado a la cámara de aire precalentado, un orificio de
acceso de gas pobre para la aportación de gas pobre desde la cámara
de gas pobre a la cámara de combustión y un orificio de acceso de
aire precalentado para la aportación de aire precalentado desde la
cámara de aire precalentado a la cámara de combustión. En la cámara
de disipación de calor/compensación de presión se intercambian el
calor procedente de la cámara de gas pobre, de la cámara de aire
precalentado y de la cámara de combustión y el aire ambiente
presurizado, y el gas pobre así como el aire precalentado se queman
en la cámara de combustión a una presión superatmosférica.
El equipo de combustión de esta invención se
puede aplicar en un procedimiento que incluye la instalación del
dispositivo de combustión superatmosférica dotado de una cámara de
gas pobre, una cámara de combustión, una sección de recuperación de
calor y una zona de escape, aportándose gas pobre a la cámara de
gas pobre y previéndose una cámara de disipación de
calor/compensación de presión y una cámara de aire precalentado
dentro del dispositivo y alimentando la cámara de disipación de
calor/compensación de presión con aire ambiente presurizado y la
cámara de aire precalentado con aire precalentado para intercambiar
el calor procedente de la cámara de gas pobre, la cámara de aire
precalentado y la cámara de combustión y el aire ambiente
presurizado dentro de la cámara de disipación de calor/compensación
de presión a fin de aportar el gas pobre de la cámara de gas pobre
a la cámara de combustión y el aire precalentado de la cámara de
aire precalentado a la cámara de combustión y quemar el gas pobre y
el aire precalentado en la cámara de combustión a presión
superatmosférica.
En la presenta invención, la cámara de aire
precalentado se puede ubicar dentro de la cámara de disipación de
calor/compensación de presión.
Según esta invención se prevé que el aire
ambiente se presurice a una presión del orden de 69 mbar a 0,68
bar, preferiblemente a una presión del orden de 6,9 mbar a 0,34
bar.
Conforme a la invención se prevé además que el
aire se precaliente a una temperatura del o4den de 93ºC a 538ºC,
preferiblemente a una temperatura del orden de 93ºC a 316ºC.
Según la invención se puede prever que la
temperatura del aire ambiente presurizado que sale de la cámara de
disipación de calor/compensación de presión se incremente a una
temperatura so superior a los 260ºC, preferiblemente a una
temperatura no superior a unos 149ºC.
De acuerdo con la invención también se puede
prever un intercambiador de calor en la sección de recuperación de
calor del dispositivo de combustión para el precalentamiento del
aire precalentado, en cuyo caso el aire ambiente presurizado puede
ser sacado de la cámara de disipación de calor/compensación de
presión y aportado al intercambiador de calor. Por otra parte cabe
la posibilidad de utilizar una fuente de calor situada en el
exterior del dispositivo de combustión para precalentar el aire. En
este caso, el aire ambiente presurizado de la cámara de disipación
de calor/compensación de presión puede ser descargado y aportado a
la fuente de calor externa.
Estas y otras características, objetivos y
ventajas de la invención resultarán evidentes a la vista de la
siguiente descripción detallada de la invención, de las
reivindicaciones y de las distintas figuras de la invención que se
representan en los dibujos.
La figura 1 muestra una vista alzada en sección
de un equipo de recuperación de calor anterior para la combustión
de bajas concentraciones de un gas inflamable.
La figura 2 corresponde a una vista esquemática
de un dispositivo de combustión superatmosférica convencional.
La figura 3 muestra una vista esquemática en
sección con detalles del dispositivo de combustión superatmosférica
convencional.
La figura 4 representa una vista esquemática del
dispositivo de combustión superatmosférica según esta
invención.
La figura 5 muestra una vista esquemática en
sección con detalles del dispositivo de combustión superatmosférica
convencional según la invención.
La figura 6 corresponde a otra variante de
realización de un dispositivo de combustión superatmosférica según
la invención.
La figura 7 representa una vista esquemática de
otra variante de realización de un dispositivo de combustión
superatmosférica según la invención.
La figura 8 muestra una vista de un conjunto
convencional de dos dispositivos de combustión que trabajan en
paralelo.
La figura 9 representa otro conjunto
convencional de dos dispositivos de combustión que trabajan en
paralelo.
La figura 10 corresponde a una vista esquemática
de otra variante de realización del dispositivo de combustión
superatmosférica según la invención.
La figura 11 muestra una vista esquemática de
otra variante de realización del dispositivo de combustión
superatmosférica según la invención.
La figura 12 es la vista esquemática de otra
variante de realización más del dispositivo de combustión
superatmosférica según la invención.
Los números de referencia utilizados son los
mismos para todos los elementos iguales o correspondientes.
La figura 4 corresponde a una vista esquemática
de un dispositivo de combustión superatmosférica 400 de acuerdo con
una primera variante de realización de la presente invención. El
dispositivo de combustión 400 comprende una cámara de gas pobre
412, una cámara de combustión 430, una sección de recuperación de
calor 440, un intercambiador de calor 460 y una zona de escape 450.
El gas pobre 410 se aporta a través de un conducto de alimentación
411 a la cámara de gas pobre 412. Una bomba de aire 420 bombea el
aire presurizado de entrada, a través de un conducto de
alimentación 421, hasta una cámara de disipación de
calor/compensación de presión 425. La bomba de aire 420 proporciona
aire ambiente a temperatura ambiente y presión atmosférica. La
bomba de aire 420 incrementa la presión del aire ambiente del orden
de 6,9 mbar a 0,68 bar, preferiblemente del orden de 6,9 mbar a
0,34 bar. Este aire presurizado pasa por la cámara de disipación de
calor/compensación de presión 425 y se descarga después a través
del conducto 455. Este aire presurizado tiene, por ejemplo, la
función de mantener frío el metal de la zona de combustión 430
proporcionando un aislamiento y una velocidad de flujo
suficientes.
Se ha podido comprobar que una cantidad
relativamente pequeña de calor pasa al aire presurizado en la
cámara de disipación de calor/compensación de presión 425. Como
consecuencia, la diferencia de calor es mínima. De hecho,
preferimos que la temperatura del aire que sale de la cámara de
disipación de calor/compensación de presión 425 por el conducto 455
tenga una temperatura no superior a 260ºC, preferiblemente no
superior a 149ºC. De esta manera hemos comprobado que el equipo se
mantiene estructuralmente estable. El aire ahora calentado en el
conducto 455 se aporta al intercambiador de calor 460 y sale del
mismo en forma de aire precalentado 465 para alimentar la cámara de
combustión 430. La temperatura del aire precalentado en el conducto
465 es del orden de 93ºC a 538ºC, preferiblemente del orden de 93ºC
a 315ºC.
Los parámetros señalados considerando el
incremento de presión del aire ambiente, la temperatura del aire
que sale de la cámara de disipación de calor/compensación de
presión y la temperatura del aire precalentado para la combustión
son constantes en todas las variantes de realización descritas.
La figura 5 muestra detalles adicionales del
dispositivo de combustión 500 según esta invención. El dispositivo
de combustión 500 comprende una cámara de gas pobre 512 y una
cámara de combustión 530. El aire ambiente presurizado 521 se
aporta, bajo presión, a una cámara de disipación de
calor/compensación de presión 525 donde, como ya se ha dicho antes,
el aire presurizado 521 arrastra un poco de calor de la cámara de
gas pobre 512 y la cámara de combustión 530. El aire presurizado
sale de la cámara de disipación de calor/compensación de presión
525 por una salida 555 y es enviado al intercambiador de calor (no
representado). El aire precalentado por el intercambiador de calor
es aportado, a través de un conducto 565, a la cámara de aire
precalentado 526 y, desde allí, pasa por orificio de acceso de aire
527 a la cámara de combustión 530. La cámara de aire precalentado
526 está aislada para conservar el calor y reducir las diferencias
de presión a un mínimo. La cámara de aire precalentado 526
establece una cámara de aire caliente intermedia localizada dentro
y enfriada por la cámara de disipación de calor/compensación de
presión 525.
Cualquier persona con conocimientos en esta
técnica comprenderá fácilmente que en cada una de las variantes de
realización de las figuras 4 - 12 se puede instalar un número
apropiado de quemadores auxiliares 16 (representados en la figura
1), ya sea a modo de mecanismos de puesta en marcha para el
calentamiento inicial de los gases de la zona de combustión 230 a
la temperatura de inflamación deseada, y/o para mantener la
combustión en caso de variaciones en la composición o en el nivel
de calor de las mezclas de combustible.
En la variante de realización representada en
las figuras 4 y 5, el calor para el aire precalentado procede del
propio dispositivo de combustión 400/500. La figura 6 muestra otra
variante de realización de la presente invención en la que el calor
para el aire precalentado procede de una fuente de calor
auxiliar.
La figura 6 muestra un dispositivo de combustión
600 de acuerdo con otra variante de realización de esta invención.
El dispositivo de combustión 600 comprende una cámara de gas pobre
612, una cámara de combustión 630, una sección de recuperación de
calor 640 y una zona de escape 650. El gas pobre 610 se aporta a la
cámara de gas pobre 612 a través del conducto 611. El aire ambiente
es presurizado y aportado a la cámara de disipación de
calor/compensación de presión 625 por medio de una bomba de aire
620 y a través de un conducto de alimentación 621. Desde allí, el
aire calentado se descarga a través de un conducto 674 y se
caliente por medio de una fuente de calor 675 a fin de obtener aire
precalentado en un conducto 676 para la combustión en la cámara de
combustión 630. En el caso de la fuente de calor 675 se puede
tratar de cualquier fuente de calor apropiada alimentada por vapor
o electricidad, por ejemplo desde una fuente externa, con objeto de
ahorrar combustible y lograr una mayor recuperación de calor.
La figura 7 muestra otra variante de realización
de un dispositivo de combustión 700 de acuerdo con la presente
invención. El dispositivo de combustión 700 comprende una cámara de
gas pobre 712, una cámara de combustión 730, una sección de
recuperación de calor 740 y una zona de escape 750. El gas pobre
710 se aporta a la cámara de gas pobre 712 a través del conducto de
alimentación 711. En esta variante de realización se prevén dos
conductos de alimentación de aire separados. El aire ambiente es
presurizado y aportado a la cámara de disipación de
calor/compensación de presión 725 por medio de una bomba de aire
720 y a través de un conducto de alimentación 721. El aire
calentado se descarga a través de un conducto 777. Se dispone un
elemento de control de la presión 778 para controlar la presión en
la cámara de disipación de calor/compensación de presión 725. En
esta variante de realización, el aire caliente sale finalmente a la
atmósfera a través de un conducto 779. Mientras tanto, una bomba de
aire 770 bombea aire ambiente presurizado a una fuente de calor
auxiliar 775 a través de un conducto 772. El aire precalentado en el
conducto 776 se aporta después a la cámara de combustión 730.
La figura 8 representa un dispositivo
convencional en el que trabajan en paralelo dos dispositivos de
combustión 800 y 801. El dispositivo de combustión 800 comprende
una cámara de gas pobre 812, una cámara de combustión 830, una
sección de recuperación de calor 840 y una zona de escape 850. El
gas pobre 810 es aportado a la cámara de gas pobre 812 a través de
un conducto de alimentación 811. El dispositivo de combustión 801
comprende una cámara de combustión 832 y una zona de escape 852. El
combustible 814 se aporta a la cámara de combustión 832 del
dispositivo de combustión 801 por un conducto 815. Una bomba de
aire 820 aporta aire ambiente a los dos dispositivos de combustión
800 y 801. La bomba de aire 820 suministra aire presurizado a
través del conducto 821 que se ramifica en conductos de
alimentación 822 y 823. El conducto de alimentación 822 aporta aire
de combustión a la cámara de combustión 830 del dispositivo de
combustión 800 mientras que el conducto de alimentación 823
suministra aire de combustión a la cámara de combustión 832 del
dispositivo de combustión 801.
La figura 9 corresponde a otra variante de
realización convencional de dispositivos de combustión 900 y 901
que trabajan en paralelo. En esta variante de realización, el
propio dispositivo de combustión 901 posee un equipo de
recuperación de calor para el precalentamiento del aire.
El dispositivo de combustión 900 comprende una
cámara de gas pobre 912, una cámara de combustión 930, una sección
de recuperación de calor 940 y una zona de escape 950. El gas pobre
910 se aporta a la cámara de gas pobre 912 a través de un conducto
de alimentación 911. El dispositivo de combustión 901 comprende una
cámara de combustión 932, un intercambiador de calor 962 y una zona
de escape 952. El combustible 914 se aporta a la cámara de
combustión 932 por medio de un conducto de alimentación 915. Una
bomba de aire 920 bombea el aire ambiente presurizado por un
conducto de alimentación 921 que se ramifica en conductos de
alimentación 922 y 923. El conducto de alimentación 922 aporta aire
de combustión a la cámara de combustión 930 mientras que el conducto
de alimentación 923 lleva aire al intercambiador de calor 962. El
calor se intercambia en el intercambiador de calor 962 a fin de
proporcionar aire precalentado 965 para la combustión en la cámara
de combustión 932.
La figura 10 muestra otra variante de
realización según la invención que se aplica a dos dispositivos de
combustión 1000 y 1001. El dispositivo de combustión 1000 comprende
una cámara de gas pobre 1012, una cámara de combustión 1030, una
sección de recuperación de calor 1040, un intercambiador de calor
1060 y una zona de escape 1050. El gas pobre 1010 se aporta a una
cámara de gas pobre 1012 a través de un conducto de alimentación
1011. El dispositivo de combustión 1001 comprende una cámara de
combustión 1032 y una zona de escape 1052. El combustible se
aporta, por un conducto de alimentación 1015, al dispositivo de
combustión 1001 para la combustión en la cámara de combustión 1032.
Una bomba de aire 1020 bombea aire ambiente presurizado por un
conducto de alimentación 1021 que se ramifica en conductos de
alimentación 1022 y 1023. El conducto de alimentación 1023 aporta
aire ambiente a la cámara de combustión 1032. El conducto de
alimentación 1022 lleva aire a una cámara de disipación de
calor/compensación de presión 1025. El aire ligeramente calentado
sale de la cámara de disipación de calor/compensación de presión
1025 por un conducto 1055 y es conducido a un intercambiador de
calor 1060. El aire precalentado sale del intercambiador de calor
1060 por el conducto 1065 y se aporta a la cámara de combustión
1030.
La figura 11 muestra una variante de realización
en la que dos dispositivos de combustión 1100 y 1101 trabajan en
paralelo. El dispositivo de combustión 1100 comprende una cámara de
gas pobre 1112, una cámara de combustión 1130, una sección de
recuperación de calor 1140, un intercambiador de calor 1160 y una
zona de escape 1150. El gas pobre 1100 se aporta a la cámara de gas
pobre 1112 a través de un conducto de alimentación 1111. El
dispositivo de combustión 1101 comprende una cámara de combustión
1132 y una zona de escape 1152. El combustible 1114 se aporta a la
cámara de combustión 1132 por un conducto 1115.
Una bomba de aire 1120 suministra aire ambiente
presurizado a una cámara de disipación de calor/compensación de
presión 1125 a través de un conducto 1121. El aire ligeramente
calentado sale de la cámara de disipación de calor/compensación de
presión 1125 por un conducto 1155 y es conducido al intercambiador
de calor 1160. El intercambiador de calor 1160 proporciona aire
precalentado a los conductos 1165 y 1166. El aire precalentado del
conducto 1165 pasa a la cámara de combustión 1130. El aire
precalentado del conducto 1166 es enviado a la cámara de combustión
1132.
La figura 12 representa otra variante de
realización más de la presente invención, cuando ésta se utiliza
con dos dispositivos de combustión 1200 y 1201 que trabajan en
paralelo. El dispositivo de combustión 1200 comprende una cámara de
gas pobre 1212, una cámara de combustión 1230, una sección de
recuperación de calor 1240 y una zona de escape 1250. El
dispositivo de combustión 1201 comprende una cámara de combustión
1232, un intercambiador de calor 1261 y una zona de escape 1252. El
combustible 1214 para el dispositivo de combustión 1201 se aporta a
la cámara de combustión 1232 por un conducto de alimentación
1215.
El gas pobre 1210 para la combustión en el
dispositivo de combustión 1200 se aporta a la cámara de gas pobre
1212 a través de un conducto 1211. Una bomba de aire 1220 bombea
aire ambiente presurizado a una cámara de disipación de
calor/compensación de presión 1225 por un conducto de alimentación
1221. El aire ligeramente calentado en la cámara de disipación de
calor/compensación de presión 1225 es conducido por un conducto
1255 al intercambiador de calor 1262 del dispositivo de combustión
1201. El aire precalentado del conducto 1280 sale del
intercambiador de calor 1262. Este aire precalentado se aporta
respectivamente, a través del conducto de alimentación 1281, a la
cámara de combustión 1230 del dispositivo de combustión 1200 y, a
través del conducto de alimentación 1282, a la cámara de combustión
1232 del dispositivo de combustión 1201.
A no ser que en esta memoria se diga lo
contrario, los distintos componentes mostrados en forma de esquema
o en bloque en estas figuras, son en sí bien conocidos. Su
construcción y funcionamiento no son de importancia fundamental, ni
para la realización o utilización de esta invención, ni para la
descripción del mejor modo de realización de la inven-
ción.
ción.
Durante la descripción de esta invención con
respecto a lo que, por regla general, se considera la variante de
realización preferida se da por entendido que la invención no se
limita a las variantes de realización expuestas. Al contrario, se
pretende que la invención abarque diferentes modificaciones y
equipos equivalentes. El alcance de las siguientes reivindicaciones
concuerda con la interpretación más amplia y engloba todas las
modificaciones así como las estructuras y funciones
equivalentes.
El equipo de combustión superatmosférica y el
método de funcionamiento del mismo, descritos ambos en esta
memoria, pueden ser utilizados en la combustión de bajas
concentraciones de un gas inflamable. El equipo comprende un
dispositivo de combustión superatmosférica con una cámara de gas
pobre, una cámara de combustión, una sección de recuperación de
calor y una zona de escape, un conducto de alimentación de gas
pobre para la aportación de gas pobre a la cámara de gas pobre, una
cámara de disipación de calor/compensación de presión y una cámara
de aire precalentado dentro del dispositivo de combustión, un
conducto de alimentación de aire ambiente presurizado para la
aportación de aire ambiente presurizado a la cámara de disipación
de calor/compensación de presión, un conducto de alimentación de
aire precalentado para la aportación de aire precalentado desde la
cámara de aire precalentado a la cámara de combustión. En la cámara
de disipación de calor/compensación de presión se intercambian el
calor procedente de la cámara de gas pobre, de la cámara de aire
precalentado y de la cámara de combustión y el aire ambiente
presurizado. El gas pobre y el aire precalentado se queman en la
cámara de combustión a presión superatmosférica.
Claims (12)
1. Equipo de combustión superatmosférica que
incluye un dispositivo de combustión superatmosférica (400) que
comprende una cámara de gas pobre (412), una cámara de combustión
(430), una sección de recuperación de calor (440) y una zona de
escape (450),
caracterizado por
un conducto de alimentación de gas pobre (411)
para la aportación de gas pobre a la cámara de gas pobre (412);
una cámara de disipación de calor/compensación
de presión (425) y una cámara de aire precalentado (526) dentro del
dispositivo de combustión (400);
un conducto de alimentación de aire ambiente
presurizado (421) para la aportación de aire ambiente presurizado a
la cámara de disipación de calor/compensación de presión (425);
un conducto de alimentación de aire precalentado
(465) para la aportación de aire precalentado a la cámara de aire
precalentado (526);
un orificio de acceso de gas pobre (517) para la
aportación de gas pobre desde la cámara de gasa pobre (412) a la
cámara de combustión (430); y
un orificio de acceso de aire precalentado (527)
para la aportación de aire precalentado desde la cámara de aire
precalentado (526) a la cámara de combustión (430),
intercambiándose en la cámara de disipación de
calor/compensación de presión (425) el calor procedente de la
cámara de gas pobre (412), la cámara de aire precalentado (526) y
la cámara de combustión (430) y el aire ambiente presurizado y
quemándose el gas pobre y el aire precalentado en la cámara de
combustión (430) a presión superatmosférica.
2. Equipo según la reivindicación 1, en el que
la cámara de aire precalentado (526) está situada dentro de la
cámara de disipación de calor/compensación de presión (425).
3. Equipo según la reivindicación 1, en el que
el aire ambiente es presurizado a una presión del orden de 6,9 mbar
(0.1 psig) a 0,68 bar (10.0 psig) por medio de una bomba de aire
(420).
4. Equipo según la reivindicación 3, en el que
el aire ambiente es presurizado a una presión del orden de 6,9 mbar
(0.1 psig) a 0,34 bar (5.0 psig).
5. Equipo según la reivindicación 1, que
comprende además un precalentador (460 ó 675) para el
precalentamiento del aire ambiente a una temperatura del orden de
93ºC (200ºF) a 538ºC (10001 F).
6. Equipo según la reivindicación 5, en el que
el aire precalentado se precalienta a una temperatura del orden de
93ºC (200ºF) a 316ºC (600ºF).
7. Equipo según la reivindicación 1, en el que
la temperatura del aire ambiente presurizado que sale de la cámara
de disipación de calor/compensación de presión (425) se incrementa
a una temperatura no superior a unos 260ºC (500ºF) en la cámara de
disipación de calor/compensación de presión (425).
8. Equipo según la reivindicación 1, en el que
la temperatura del aire ambiente presurizado que sale de la cámara
de disipación de calor/compensación de presión (425) se incrementa
a una temperatura no superior a unos 149ºC (300ºF) en la cámara de
disipación de calor/compensación de presión (425).
9. Equipo según la reivindicación 1, que
comprende además un intercambiador de calor (460) en la sección de
recuperación de calor del dispositivo de combustión para el
precalentamiento del aire precalentado.
10. Equipo según la reivindicación 9, que
comprende además un dispositivo de descarga (455) para la
extracción del aire ambiente presurizado de la cámara de disipación
de calor/compensación de presión (425) y un tubo de alimentación
para la aportación del aire extraído al intercambiador de calor
(460).
11. Equipo según la reivindicación 1, que
comprende además una fuente de calor (675) situada fuera del
dispositivo de combustión (400) para el precalentamiento del aire
precalentado.
12. Equipo según la reivindicación 11, que
comprende además un dispositivo de descarga (674) para la
extracción del aire ambiente presurizado de la cámara de disipación
de calor/compensación de presión (425) y un tubo de alimentación
para la aportación del aire extraído a la fuente de calor externa
(675).
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