ES2306544A1 - Quemador circular para la combustion de combustible en polvo. - Google Patents
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Abstract
Quemador circular para la combustión de combustible en polvo, especialmente de carbón en polvo, que se caracteriza esencialmente porque la sección transversal (QSL) y el diámetro interior (dSL) se reducen de tal manera que solamente del 40 al 70 % de la cantidad de aire secundario (S) que es necesaria para cada quemador circular (1) se conduce a través del tubo de aire secundario (3) y/o se realiza una elevación de la velocidad de salida del aire secundario desde el tubo de aire secundario (3) del 20 al 100 % de la velocidad de salida de referencia (w0), y al menos otro tubo de aire secundario (12) está dispuesto en la periferia del tubo de mezcla primaria (4) para la introducción de la corriente cuantitativa restante de aire secundario (S2) 14 de la cantidad de aire secundario (S), que es necesaria para cada quemador circular (1), en la cámara de combustión (10).
Description
Quemador circular para la combustión de
combustible en polvo.
La invención se refiere a un quemador circular
para la combustión de combustible en polvo especialmente de carbón
en polvo, así como a un procedimiento para el funcionamiento de un
quemador circular.
Se conoce a partir de la publicación DE OS 102
01 558 un quemador circular para la combustión de combustible en
polvo. En este quemador conocido se alimenta todo el aire
secundario que debe introducirse en cada caso en el quemador, a
través de un tubo de aire secundario dispuestos en el centro del
quemador, hasta la cámara de combustión y se alimenta a través de un
tubo de mezcla primario, que rodea de forma concéntrica el tubo de
aire secundario, bajo la formación de una sección transversal en
forma de anillo, una mezcla primaria, formada por aire primario o
bien gas primario y por combustible en polvo, a la cámara de
combustión. Esta nueva concepción, en la que, en contra de la manera
habitual, el aire secundario es insuflado de forma centralizada y
la corriente de mezcla primaria es colocada como envolvente
alrededor de la corriente de aire secundario, presenta
especialmente la ventaja de que el polvo combustible entra en
contacto directamente con el gas de humo caliente que se produce
durante la combustión en la cámara de combustión y como
consecuencia de ello se lleva a cabo una ignición rápida y segura
del combustible.
En la aplicación práctica de los quemadores
circulares según el documento DE OS 102 01 558 para la combustión
en polvo de carbón se ha mostrado que este quemador circular
conocido está predestinado especialmente para la combustión de
carbón en polvo y con abundantes componentes estériles. Durante la
alimentación de un lignito en polvo de este tipo, pero también de
una hulla en polvo utilizada, en general, (con contenidos medios de
agua, materiales volátiles y ceniza) a la cámara de combustión, la
mezcla primaria presenta en el tubo de mezcla primaria una carga de
combustible o bien una carga de polvo de carbón de aproximadamente
0,1 kg a 0,6 kg por kg de aire primario o bien de gas primario (gas
de transporte), lo que equivale a una carga reducida de carbón en el
gas de transporte. Expresado con otras palabras, esto significa
también que para el polvo combustible a cargas mencionado se
necesita un volumen de gas de transporte alto y, por lo tanto,
también una sección transversal de transporte grande en el tubo de
mezcla primario del quemador circular.
Durante la combustión de combustible empleado
con menor frecuencia, como por ejemplo de hulla en polvo, de bajo
contenido volátil (como carbón de fragua, carbón magro y
especialmente carbón de antracita) o lignitos secos (TBK), se
requieren, condicionadas por el procedimiento, cargas de carbón
elevadas o altas en el tubo de mezcla primaria del quemador
circular, que están entonces aproximadamente entre 0,8 kg y 10 kg
de combustible en polvo o polvo de carbón por kg de aire primario o
bien de gas primario (gas de transporte). Una carga de polvo alta
de la mezcla primaria es equivalente también a un volumen reducido
de gas de transporte y a una sección transversal pequeña de
transporte en el tubo de mezcla primario del quemador circular.
Puesto que el volumen de gas de transporte enriquecido con una
carga alta de polvo puede llegar a ser muchísimo menor en
comparación con el volumen con una carga reducida de polvo,
forzosamente también la sección transversal de transporte será
muchísimo menor en el tubo de mezcla primaria. De esta manera se
obtienen secciones transversales anulares muy pequeñas en el tubo
de mezcla primaria, que pueden repercutir de una manera
desfavorable en muchos aspectos. Por ejemplo y en primer término se
eleva en una medida considerable la pérdida de presión dentro del
tubo de mezcla primaria, lo que conduce, entre otras cosas, a una
pérdida de rendimiento de la instalación de combustión. Por otra
parte, puede resultar una carga irregular del polvo de carbón en la
cámara de combustión, lo que conduce a una combustión irregular y,
por lo tanto, ineficiente.
Se conoce a partir de la publicación US
2003/0157451 A1 un quemador de combustible en partículas de baja
emisión de Nox. En este quemador conocido, como también ya en el
quemador según la publicación DE OS 102 01 558 mencionada
anteriormente, se introduce aire secundario a través de un tubo
central y se introduce polvo de carbón a través de un segundo tubo,
que rodea de forma concéntrica el tubo central o bien a través del
espacio anular formado entre los dos tubos, con aire primario en
una cámara de combustión. La reducción de la emisión de Nox se
consigue en este caso a través de la configuración de la tobera de
aire secundario de este quemador, que genera en la salida en la
cámara de combustión un Preccesing Jet (chorro de precesión o
chorro giratorio) del aire introducido de forma centralizada, que
genera una mezcla a fondo alta del aire con el combustible en
partículas introducido. La introducción de combustibles en polvo en
la cámara de combustión, como por ejemplo de hullas de bajo
contenido volátil o de lignitos secos, que requiere, condicionada
por el procedimiento, una carga elevada o alta de carbón en la
corriente de aire primaria o bien en la corriente de aire de
transporte y los problemas que se derivan de ello (alta pérdida de
presión, mala distribución del combustible en la cámara de
combustión) debido a la carga alta de carbón y a la sección
transversal de paso reducida, no está prevista según las enseñanzas
de la publicación US 2003/1057451 y no están previstas soluciones
para dichos problemas, respectivamente.
Se conoce a partir de la publicación DE 898 225
C un quemador para combustión alterna o combinada de gas y polvo de
carbón. Este quemador conocido presenta el tipo de construcción
clásico, cuyas características son un tubo central para la
introducción de aire primario o aire nuclear, otro tubo, que
envuelve de forma concéntrica el tubo de aire primario para la
introducción de polvo de carbón y un tercer tubo, que rodea de
nuevo de forma concéntrica el tubo de polvo de carbón y que sirve
para la entrada de aire secundario en la cámara de combustión.
Adicionalmente al tipo de construcción clásico, en este quemador
conocido, en la envolvente exterior del tubo de polvo de carbón está
colocada una corredera anular regulable axialmente, con la que se
puede asignar una cantidad total de aire alimentado de una manera
independiente entre sí al tubo central de aire primario y al tubo
exterior de aire secundario. Si se eleva, de acuerdo con la
posición de la corredera, la cantidad de aire primario en el tubo
central, entonces se reduce de una manera correspondiente la
cantidad de aire secundario introducido a través del tubo exterior
de aire secundario y a la inversa. El chorro de polvo de carbón que
entra en la cámara de combustión es envuelto por el chorro exterior
de aire secundario y de esta manera se impide un contacto directo
con los gases de humo calientes en la cámara de combustión. De esta
manera se impide o bien se retrasa un calentamiento e ignición
rápidos de las partículas de carbón introducidas en la cámara de
combustión.
El cometido de la invención es ahora proponer un
quemador circular para la combustión de combustible en polvo, que
es especialmente adecuado para la entrada de una mezcla primaria,
que presenta una carga alta de polvo combustible, en la cámara de
combustión, así como un procedimiento para la combustión de un
quemador circular de este tipo.
El cometido mencionado anteriormente se
soluciona con respecto al quemador circular por medio de los rasgos
característicos de la reivindicación 1 de la patente y con respecto
al procedimiento a través de las características de la
reivindicación 14 de la patente.
Las configuraciones ventajosas de la invención
se pueden deducir a partir de las reivindicaciones
dependientes.
Por medio de la solución según la invención se
crea un quemador circular así como un procedimiento para el
funcionamiento de un quemador circular, que presentan las
siguientes ventajas:
- -
- El quemador circular según la invención posibilita la combustión también de combustibles utilizados en raras ocasiones como hulla de bajo contenido volátil y lignito seco o bien combustibles pesados de una manera eficiente y sin problemas en una combustión de polvo.
- -
- Se puede introducir una corriente de mezcla primaria, incorporada bajo carga alta de polvo combustible con una pérdida de presión esencialmente reducida y una distribución del polvo de la combustión esencialmente mejorada en la cámara de combustión.
A continuación se explican en detalle ejemplos
de realización de la invención con la ayuda de los dibujos y la
descripción. En este caso:
La figura 1 muestra una sección longitudinal de
un quemador circular según la invención en representación
esquemática.
La figura 2 muestra una sección transversal a
través del quemador circular según la sección A-A
de la figura 1 en representación esquemática.
La figura 3 muestra una sección transversal a
través del quemador circular según la sección B-B
de la figura 1 en representación esquemática.
La figura 4 muestra como la figura 1, pero en
una forma de realización alternativa.
La figura 5 muestra una sección transversal a
través del quemador circular según la sección C-C
de la figura 4 en representación esquemática.
La figura 6 muestra como la figura 1, pero con
una alimentación alternativa del aire secundario y de la mezcla
primaria en el quemador redondo.
La figura 7 muestra una sección longitudinal
parcial a través del quemador circular en la zona de la boca del
quemador, en una forma de realización alternativa.
La figura 8 muestra una sección longitudinal
parcial a través del quemador circular en la zona de la boca del
quemador, en una forma de realización alternativa.
La figura 9 representa de forma esquemática la
vista frontal de un quemador según la invención, en una forma de
realización alternativa.
La figura 10 muestra una sección radial según la
sección C-C de la figura 9.
A través de las figuras mencionadas
anteriormente se muestran a modo de ejemplo diferentes
configuraciones del quemador circular 1 según la invención, que se
emplea o bien de forma individual o varios en grupo, por ejemplo,
para el calentamiento de una cámara de combustión 10 de un
generador de vapor o bien un generador de vapor grande no
representado de una central eléctrica. El o los quemadores
circulares 1 están dispuestos en este caso en una o en varias
paredes 11 de la cámara de combustión, que delimita(n) la
cámara de combustión 10, del generador de vapor no representado, de
manera que el combustible en polvo transportado por el gas primario
o bien por el aire primario (corriente de mezcla primaria 15) y por
el aire secundario 13, 14 puede ser introducido y quemado por medio
del quemador circular 1 en la cámara de combustión 10. Los gases de
humo calientes 37 que resultan en este caso son utilizados para el
calentamiento del medio de trabajo del generador de vapor, en
general, agua o vapor.
El quemador circular 1 presenta en este caso un
tubo central de aire secundario 3, que está dispuesto centrado con
respecto al eje longitudinal 19 del quemador circular y cuya salida
7 del tubo de aire secundario apunta en la dirección de la cámara
de combustión 10 y a través de la cual se introduce aire secundario
13 en la cámara de combustión 10. El tubo aire secundario 3 es
rodeado de forma concéntrica por un tubo de mezcla primaria 4, de
manera que entre el tubo de aire secundario 3 y el tubo de aire
primario 4 se forma un intersticio o bien una sección transversal 9
en forma de anillo, a través de la cual la mezcla primaria 15, que
está constituida por aire primario o bien gas primario y por
combustible en polvo, es introducida en la cámara de combustión 10.
La corriente de mezcla primaria 15 puede contener, condicionada por
el procedimiento, además del polvo combustible obligatorio así como
del aire primario, también todavía gases de humo y vapor de
agua.
Durante la combustión de combustibles de bajo
contenido volátil, como por ejemplo carbón de fragua, carbón magro
o carbón de antracita u otros combustibles ricos en valor
calorífico como por ejemplo lignito seco (TBK), se alimenta a la
cámara de combustión 10 la mezcla primaria, condicionada por el
procedimiento, con una carga alta de polvo combustible de
aproximadamente 0,8 a 10 kg de polvo combustible por kg de aire
primario o de gas primario, que sirve al mismo tiempo como medio de
transporte para el polvo combustible. La razón está en que en los
combustibles de bajo contenido volátil, en el caso de un transporte
de carga baja de polvo combustible, es decir, con una cantidad de
transporte de 0,1 kg a 0,6 kg de polvo combustible por kg de gas o
de aire, como se aplica, por lo demás, en los combustibles normales
o bien con alto contenido volátil o bien con abundantes componentes
estériles, no se puede conseguir una estabilidad de ignición en la
cámara de combustión. Por lo tanto, por medio de una carga alta de
polvo combustible del medio de transporte aire primario o gas
primario, comparada con una carga baja de polvo combustible, se
consigue una reducción correspondiente del volumen -menos medio de
transporte transporta más polvo combustible- del medio de
transporte y, por lo tanto, a velocidades de transporte
comparativamente iguales se consigue una reducción correspondiente
de la sección transversal 9 en forma de anillo.
Sin embargo, con la reducción de la sección
transversal mencionada anteriormente se plantea, frente a los
quemadores circulares, que introducen, por ejemplo, hulla normal o
con alto contenido volátil (carbón graso, carbón de gas o carbón de
llama de gas) o un carbón con abundantes componentes estériles como
lignito y, por lo tanto, condicionado por el procedimiento, una
mezcla primaria con una carga baja de polvo combustible de
aproximadamente 0,1 a 0,6 kg de polvo combustible por kg de medio
de transporte a través de la sección transversal 9 en forma de
anillo circular en la cámara de combustión 10 y que presentan en
este caso una velocidad de salida w del aire secundario en la
cámara de combustión 10, la problemática de que la medida del
intersticio o bien la medida del anillo circular R de la sección
transversal en forma de anillo circular 9 es muy pequeña y, por lo
tanto, se eleva en una medida considerable la pérdida de presión
dentro del tubo de mezcla primaria 4 en el quemador circular 1. Por
lo demás, con la sección transversal estrecha van implicados
problemas de transporte de la corriente de mezcla primaria 15. En
la medida del intersticio R se trata de la distancia radial entre
el diámetro interior y el diámetro exterior del anillo circular
9.
Partiendo de un quemador circular conocido con
una carga reducida de polvo combustible de aproximadamente 0,1 a
0,6 kg de polvo combustible por kg de medio de transporte, en el
que el aire secundario S completo que se requiere para cada
quemador circular es introducido a través del tubo central de aire
secundario 3 en la cámara de combustión 10 y cuyo diámetro interior
d_{SL0} del tubo de aire secundario o bien cuya sección
transversal Q_{SL0} del tubo de aire secundario así como cuya
velocidad de salida w_{0} del aire secundario (por ejemplo 40 m/s)
se utiliza como variable de referencia, se aborda en el quemador
circular 1 según la invención la problemática mencionada
anteriormente, introduciendo a través del tubo de aire secundario 3
una cantidad parcial de aire secundario S_{1} 13 de sólo 40% a
70% de la cantidad total de aire secundario S que es necesaria para
cada quemador circular 1 y que es introducida, por lo demás, a
través del tubo de aire secundario 3, e introduciendo la cantidad
remanente o restante de aire secundario S_{2} 14 de la cantidad
total de aire secundario S que es necesaria para cada quemador
circular 1 a través de al menos otro tubo de aire secundario 12, que
está dispuesto en la periferia con respecto al tubo de mezcla
primaria 4, en la cámara de combustión 10. Por medio de esta medida
y/o de una velocidad de salida w_{1} del aire secundario desde el
tubo de aire secundario 3, que está elevada entre 20% y 100% con
relación a una variable de referencia w_{0} supuesta de la
velocidad de salida del aire secundario (por ejemplo, de 40 m/s),
se puede reducir en una medida considerable la sección transversal
Q_{SL} del tubo de aire secundario 3. Con relación a los números,
la medida según la invención repercute de tal forma que la sección
transversal reducida Q_{SLred} del tubo de aire secundario 3
presenta un diámetro reducido d_{SLred} del
40-80% de d_{SL0}, es decir, de 0,4 a 0,8 veces el
diámetro interior d_{SL0} del tubo de aire secundario tomado como
variable de referencia.
De esta manera, según la invención, se aproxima
la sección transversal 9 en forma de anillo del tubo de mezcla
primaria 4 radialmente más cerca del eje 19 del quemador circular
y, por lo tanto, con una sección transversal anular Q_{PR}
constante (es decir, permaneciendo constante la velocidad prevista
del caudal de la mezcla primaria) se crea un intersticio anular R
considerablemente mayor, que provoca una pérdida de presión
comparativamente reducida en una medida esencial y posibilita una
introducción libre de interferencias de la mezcla primaria en la
cámara de combustión 10.
El quemador circular 1 según la invención
combina las ventajas del quemador circular cargado con aire
secundario de una manera centralizada, que, condicionado por el
contacto directo intensivo del polvo combustible con el gas de humo
caliente, se manifiestan en una velocidad alta de calentamiento del
polvo combustible y, por lo tanto, en una capacidad de encendido
incrementada, y el hecho de que se puede incorporar una corriente
de la mezcla primaria 15 introducida bajo carga alta de polvo
combustible con una pérdida de presión esencialmente reducida y con
una distribución esencialmente mejorada del polvo combustible en la
cámara de combustión 10.
En la cantidad total de aire secundario S, que
es necesario para cada quemador circular, que se introduce en el
quemador circular 1 según la invención por medio de dos corrientes
cuantitativas parciales de aire secundario S_{1} y S_{2} a
través de al menos dos tubos de aire secundario 3, 12 en la cámara
de combustión 10, se puede tratar de la cantidad de aire
estequiométrica. La cantidad total de aire secundario S necesaria
introducida a través del quemador circular 1, es decir, la suma de
S_{1} y S_{2}, puede ser, sin embargo, también una cantidad de
aire subestequiométrica en el intervalo de 0,3 a 1,0 de la cantidad
de aire estequiométrica. El intervalo seleccionado (estequiometría)
de la cantidad de aire secundario S introducido para cada quemador
circular 1 depende en último término de otras cantidades de aire de
la combustión introducidas en otras zonas de la cámara de
combustión 10 y se puede seleccionar de acuerdo con cada caso de
funcionamiento.
Las figuras 1 a 3 muestran un quemador circular
1 según la invención, en el que la cantidad residual de aire
secundario S_{2} es introducida, en una configuración ventajosa
de la invención, a través de otros cuatro tubos de aire secundario
12a, 12b, 12c, 12d en la cámara de combustión 10, que están
dispuestos distribuidos de una manera uniforme sobre un círculo
virtual 36 y que envuelve de forma concéntrica el tubo de mezcla
primaria 4. En este caso, los tubos de aire secundario 12a, 12b,
12c, 12d están inclinados en torno a 45º con respecto al plano
vertical del eje longitudinal 19 del quemador circular 1. En esta
variante, el aire secundario restante S_{2} 14 es aplicado
puntualmente alrededor del chorro de la mezcla primaria 15 o bien
alrededor del polvo combustible y en este caso es aspirado gas de
humo caliente 37 adicional y es alimentado al polvo combustible, lo
que eleva adicionalmente su velocidad de calentamiento y su
capacidad de encendido.
Otra variante del quemador circular 1 según la
invención se muestra a través de las figuras 4 y 5, en la que la
cantidad de aire secundario restante S_{2} 14 es introducida de
una manera ventajosa a través de otros dos tubos de aire secundario
12a, 12b en la cámara de combustión 10, que están dispuestos en cada
caso a la misma distancia por debajo y por encima del tubo de
mezcla primaria 4, es decir, que se encuentran en el plano vertical
del eje longitudinal 19 del quemador circular 1. El aire secundario
S_{2} 14 es agregado, por así decirlo, como aire superior y aire
inferior al aire secundario S_{1} 13 introducido en el centro y a
la mezcla primaria 15 y es mezclado con ésta. También aquí se
aspira gas de humo caliente adicional a través de los dos chorros
de aire secundario y se alimenta al polvo combustible, lo que
conduce a las ventajas mencionadas anteriormente.
A través de la adición del aire secundario
restante S_{2} 14 se acondiciona la cantidad total de aire S que
es necesaria para cada quemador circular 1 y se puede realizar la
combustión del combustible, por ejemplo de bajo contenido volátil,
de la manera deseada. La sección transversal de los otros tubos de
aire secundario 12a, 12b, 12c, 12d puede estar configurada, según
las necesidades, con preferencia de forma redonda o rectangular,
pero también son posibles otras formas de la sección
transversal.
El eje longitudinal de o bien de los otros tubos
de aire secundario 12 puede estar configurado en este caso, como se
representa en las figuras 1 y 4, en paralelo al eje longitudinal 19
del quemador circular o, como se representa en la figura 6, visto
en la dirección de la circular, inclinado fuera del eje longitudinal
19 o, como no se representa, inclinado hacia el eje longitudinal
19. Por medio de esta medida se puede introducir la cantidad de
aire secundario restante S2 14 en la zona de encendido 29 del
quemador circular 1 de tal forma que se consigue una combustión
óptima en la cámara de combustión 10.
La alimentación de la mezcla primaria 15 así
como de la corriente de las cantidades parciales de aire secundario
S_{1} 13 en el quemador circular 1 se puede realizar de diferente
manera. Las figuras 1, 2 y 4 muestran una posibilidad, en la que la
corriente de mezcla primaria 15 es conducida a través de un conducto
de alimentación 18, que está dispuesto coaxialmente al tubo de la
mezcla primaria 4, y es alimentada a través de la entrada 6 al tubo
de la mezcla primaria 4 y es introducida o bien insuflada a través
de la salida 8 en la cámara de combustión 10. En este caso, la
corriente de mezcla 15 pasa, en la zona del tubo central de aire
secundario 3, a través de la sección transversal 9 en forma de
anillo entre el tubo de aire primario 4 y el tubo de aire
secundario 3. El aire secundario S_{1} 13 es introducido a través
de un conducto de alimentación 16, que está dispuesto
perpendicularmente al tubo de aire secundario 3 y que se aplica, por
ejemplo, en forma de espiral alrededor del tubo de mezcla primaria
4 y, en una configuración ventajosa de la invención, por ejemplo, a
través de tres pasos 24, que atraviesan la sección transversal 9 en
forma de anillo circula que conduce la mezcla primaria 15, radial o
bien tangencialmente o bien en cualquier dirección deseada que se
encuentra intermedia a través de la entrada 5 en el tubo de aire
secundario 3, desde donde el aire secundario S, 13 es introducido
en dirección axial a través de la salida 7 en la cámara de
combustión 10. El tubo de aire secundario 3 está cerrado con una
pared frontal 28 frente a la salida 7.
La figura 6 muestra otra posibilidad para la
alimentación de la corriente de la mezcla primaria 15 y de la
corriente de cantidades parciales de aire secundario S_{1} 13. En
este caso, la corriente de cantidades parciales de aire secundario
S_{1} 13 es alimentada en dirección coaxial al tubo de aire
secundario 3, introduciendo el conducto de alimentación 16 el aire
secundario S_{1} 13 perpendicular o radialmente, en el lado del
medio de circulación, aguas arriba del conducto de alimentación 18
de la mezcla primaria, en el tubo de aire secundario 3. La corriente
de la mezcla primaria 15 es alimentada perpendicular o radialmente
a través del conducto de alimentación 18 al tubo de mezcla primaria
4. En esta forma de realización, en una configuración ventajosa, no
es necesario la penetración de la sección transversal 9 en forma de
anillo circular por medio de canales de paso 24, como en las figuras
1 y 4.
La cantidad de aire secundario restante S_{2}
14, que es introducida a través de los tubos de aire secundario
12a, 12b, 12c, 12d en la cámara de combustión 10, puede ser
desviada en todas las variantes o bien a través de conductos de
alimentación 17 especiales (figura 6) o a través del conducto de
alimentación 16. Para la regulación de las cantidades parciales de
aire secundario S_{1} 13 y S_{2} 14 están previstas trampillas
no representadas, que corresponden a los conductos de alimentación
respectivos.
Para poder modificar o bien optimizar la
posición de la zona de encendido 29 en la salida del quemador 2,
una configuración ventajosa prevé que el tubo de aire secundario 3
o bien una parte 30 del lado de salida del tubo de aire secundario
3 se pueda desplazar axialmente dentro del tubo de la mezcla
primaria 4. De esta manera, se puede colocar el plano de salida del
extremo 7 del lado de salida del tubo de aire secundario 3 o bien
de la parte 30 del lado de salida 4 en diferentes posiciones con
relación al plano de salida del extremo 8 del lado de salida del
tubo de la mezcla primaria. En las figuras 1, 4 y 7, el plano de
salida del extremo 7 del lado de salida del tubo de aire secundario
3 o bien de la parte 30 del lado de salida, visto desde el lado del
medio de circulación, está colocado en la medida k aguas arriba del
plano de salida del extremo 8 del lado de salida del tubo de la
mezcla primaria 4. Según el combustible y el tamaño del quemador,
la medida k puede ser hasta 0,5 veces el diámetro d_{SL} del tubo
de aire secundario 3, es decir, que los dos extremos 7, 8 del lado
de salida pueden estar enrasados entre sí según la figura 6.
También es posible que sobresalga el tubo del aire secundario 3, es
decir, que el plano de salida del extremo 7 del lado de salida del
tubo de aire secundario 3 se encuentre, visto desde el lado del
medio de circulación, en la medida k aguas abajo del plano de
salida del extremo 8 del lado de salida del tubo de la mezcla
primaria 4. Aquí la medida k puede ser igualmente hasta 0,5 veces
el diámetro d_{SL} del tubo de aire secundario 3.
En el caso de que exista una parte 30 del lado
de salida que se puede desplazar axialmente, el tubo de aire
secundario 3 puede estar constituido por dos partes, una parte
estacionaria y una parte desplazable axialmente, estando
configuradas amas partes de manera que se solapan (figura 7).
La estabilidad del encendido puede ser
influenciada también por medio de medidas constructivas en la
salida 7 del tubo de aire secundario 3, experimentando, según la
figura 4, el extremo del tubo 4, un ensanchamiento cónico 20 o
estando previsto, según la figura 7, en la periferia exterior del
tubo de aire secundario 3, un anillo de retención 31, que reduce la
sección transversal 9 en forma de anillo circular en la salida 8
del tubo de la mezcla primaria.
En el caso de un ensanchamiento cónico 20 del
tubo de aire secundario 3 y para mantener una velocidad uniforme de
la corriente de mezcla primaria 15 dentro de la sección transversal
9, la salida del tubo de mezcla primaria 4 puede estar configurada
también con un ensanchamiento cónico 21 (figura 4).
Según la figura 2, en un modo de funcionamiento
preferido del quemador 1, la corriente central de cantidades
parciales de aire secundario S, 13 es introducida por medio de un
conducto de alimentación 16 en forma de espiral, por medio de los
canales de paso 24, que están alineados esencialmente tangenciales
al tubo de aire secundario 3, y por medio de la instalación o bien
de la trampilla 25 de regulación de la torsión, tangencialmente al
tubo de aire secundario 3 y se esta manera se aplica al mismo
tiempo a la corriente 13 una torsión, que se mantiene hasta la
salida a la cámara de combustión 10 y que se consigue sin
instalaciones especiales en el tubo de aire secundario 3. Por medio
de la instalación de regulación de la torsión 25 se puede influir
sobre la torsión de la corriente de aire secundario 13 o bien se
puede debilitar hasta la alimentación libre de torsión en el caso
de una introducción radial de la corriente de aire secundario 13 en
el tubo de aire secundario 3. La instalación de regulación de la
torsión 25 de todos los canales de paso 24 se puede controlar, por
ejemplo, a través de una instalación central de regulación de
tornillo sin fin no representada, de manera que en cada canal de
paso 24 se consigue exactamente la misma posición de regulación y,
por lo tanto, el mismo ajuste de las cantidades de aire
secundario.
Los canales de paso 24 están distanciado con
preferencia en cada caso de una manera uniforme entre sí dentro de
la sección transversal 9 en forma de anillo circular, de manera que
también los pasos 26 para la corriente de la mezcla primaria 15 con
las mismas dimensiones transversales de los canales de paso 24,
presentan las mismas secciones transversales, y se consigue una
distribución uniforme de la corriente de la mezcla primaria 15.
Para no reducir en una medida innecesaria la sección transversal de
los pasos 26 en la zona de los canales de paso 24 y para generar de
esta manera velocidades de la mezcla primaria extremadamente altas,
se realizan los canales de paso 24 con preferencia en su anchura b
lo más estrechos posible y, por lo tanto, se adapta la longitud I a
la necesidad de la sección transversal de los canales de paso
24.
La carcasa de entrada 32, que está dispuesta
radialmente fuera del tubo de mezcla primaria 4 y en la zona de los
canales de paso 24 se extiende al menos sobre una parte de la
periferia del tubo 4, de tal forma que todos los canales de paso 24
existentes pueden ser impulsados con aire secundario. La carcasa de
entrada 32 puede ser de una manera sencilla una carcasa en forma de
cajón, que forma un canal 33 entre el tubo 4 y la pared exterior de
la carcasa 32. En este caso, el canal 33, que está formado por la
carcasa de entrada 32 en la periferia exterior del tubo 4, presenta
con preferencia una profundidad esencialmente reducida con un
ángulo circunferencial creciente, con el fin de conseguir una
velocidad y una distribución en gran medida uniformes, vistas sobre
la periferia, de la corriente de cantidades parciales de aire
secundario S_{1} 13 a cada canal de paso 24 individual y
adicionalmente en el tubo de aire secundario 3. Esta previsión se
puede conseguir, entre otras cosas, por medio de una configuración
preferida en forma de espiral de la carcasa de entrada 32 según la
figura 2.
Puesto que la torsión generada a través de la
introducción tangencial en el tubo de aire secundario 3 se puede
reducir con la longitud del tubo 2, es conveniente que la
introducción tangencial del aire secundario no esté dispuesta
demasiado alejada de la boca del quemador 2. La distancia L entre la
boca del quemador 2 y la pared frontal de la carcasa de entrada,
que apunta hacia la boca del quemador 2 (que corresponde
esencialmente también a la delimitación del orificio de entrada 5
que está colocada hacia la boca del quemador 2) se configura de una
manera preferida con 0,5 a 10 veces el diámetro d_{SL} del tubo de
aire secundario 3.
Si no se alimenta la corriente de cantidades
parciales de aire secundario S_{1} 13 al tubo de aire secundario
3 tangencialmente, sino coaxialmente, entonces se puede aplicar una
torsión a esta corriente de cantidades parciales de aire secundario
13 por medio de instalaciones de torsión 22, que están colocadas
dentro del tubo de aire secundario 3.
Cuando lo requieren las condiciones de la
combustión, se puede prever también para la corriente de mezcla
primaria 15 una instalación de torsión 23, 34 dentro del tubo de la
mezcla primaria 4 o bien dentro de su sección transversal 9 en
forma de anillo. La instalación de torsión puede estar dispuesta de
una manera habitual según la posición 23 en la figura 8. Pero
también pueden estar configurados los segmentos de retención 34
mencionados a continuación de tal forma que provocan también una
torsión de la corriente de la mezcla primaria 15. Esto se puede
conseguir extendiendo los segmentos de retención 34 sobre una
cierta longitud axial del tubo de mezcla primaria 4 y
configurándolos en este caso en forma de rosca (ver las figuras 9 y
10). Por medio de la torsión de la corriente de la mezcla primaria
15 se consigue, como también a través de la torsión de la corriente
de aire secundario 13, de nuevo una elevación de la estabilidad de
encendido.
Para impedir en las configuraciones del quemador
circular según las figuras 1 y 4, respectivamente, que la corriente
de la mezcla primaria 15, conducida a través del tubo de la mezcla
primaria 4 y distribuida en la zona del tubo de aire secundario 3
sobre la sección transversal en forma de anillo circular, rebote
contra la pared frontal 28 del tubo de aire secundario 3 y se
formen en este caso, por una parte, turbulencias fuertes y se
inicien, por otra parte, erosiones fuertes en la pared frontal, se
configura la pared frontal 28 aguas arriba de la misma de una manera
ventajosa con un medio 35 resistente al desgaste o bien que rechaza
la corriente. Este medio 35 puede ser un cuerpo macizo o un cuerpo
hueco y puede estar configurado a partir de materiales de
protección del desgaste conocidos así como en la forma conocida
para cuerpos de desviación, por ejemplo en forma plana,
semi-redonda, en forma aerodinámica, en forma de
triángulo, etc. (figuras 1 y 4).
De acuerdo con la figura 9, en la salida del
quemador 2 pueden estar dispuestos cuatro segmentos de retención
34, extendiéndose cada segmento de retención 34 radialmente entre
el tubo de aire secundario 3 y el tubo de la mezcla primaria 4 y
angularmente sobre una sección parcial de la salida en forma de
anillo circular entre los dos tubos 3, 4 y estando distanciados los
segmentos de retención 34 en una medida uniforme unos de otros. De
esta manera, se eleva la superficie de contacto entre la corriente
de la mezcla primaria 15 saliente y los gases de humo calientes 37
aspirados así como se consigue una mezcla íntima mejorada de la
mezcla primaria 15, el aire secundario 13, 14 y los gases de humo
37. La consecuencia de ello es una estabilidad elevada del
encendido. El segmento de retención 34 puede ser, por ejemplo, un
segmento de chapa fabricado de una manera correspondiente. No
obstante, también puede estar configurado, como ya se ha indicado
anteriormente, de manera que se extiende alargado en forma de rosca
en la dirección axial y se puede emplear en este caso como cuerpo de
torsión.
- 1
- Quemador circular
- 2
- Boca o entrada del quemador
- 3
- Tubo (central) de aire secundario
- 4
- Tubo de la mezcla primaria
- 5
- Entrada del tubo de aire secundario
- 6
- Entrada del tubo de la mezcla primaria
- 7
- Salida del tubo de aire secundario
- 8
- Salida del tubo de la mezcla primaria
- 9
- Sección transversal en forma de anillo entre el tubo de aire secundario y el tubo de la mezcla primaria
- 10
- Cámara de combustión
- 11
- Pared de la cámara de combustión
- 12
- (Otros) tubos de aire secundario
- 13
- Corriente (central) de cantidades parciales de aire secundario S_{1}
- 14
- Corriente (periférica) de cantidades parciales de aire secundario S_{2}
- 15
- Corriente de la mezcla primaria o bien corriente de polvo
- 16
- Conducto de alimentación para el aire secundario S_{1}
- 17
- Conducto de alimentación para el aire secundario S_{2}
- 18
- Conducto de alimentación para el aire primario o bien el gas primario y el combustible (mezcla primaria)
- 19
- Eje longitudinal del quemador circular
- 20
- Ensanchamiento cónico del tubo central de aire secundario
- 21
- Ensanchamiento cónico del tubo de la mezcla primaria
- 22
- Instalación de torsión
- 23
- Instalación de torsión
- 24
- Canal de paso
- 25
- Trampilla de regulación de la torsión
- 26
- Paso de la mezcla primaria
- 27
- Eje longitudinal de otro(s) tubo(s) de aire secundario
- 28
- Pared frontal
- 29
- Zona de encendido
- 30
- Parte del lado de salida del tubo central de aire secundario
- 31
- Anillo de retención
- 32
- Carcasa de entrada
- 33
- Canal
- 34
- Segmento de retención
- 35
- Medio de rechazo de la corriente o bien instalación de conducción
- 36
- Círculo envolvente
- 37
- Gas de humo
Claims (13)
1. Quemador circular para la combustión de
combustible en polvo, especialmente de carbón en polvo, que
comprende:
un tubo central de aire secundario (3), que
presenta una sección transversal (Q_{SL}) y un diámetro interior
(d_{SL}), para la introducción de una cantidad de aire secundario
(S), que es necesaria para cada quemador circular (1), en la cámara
de combustión (10) y un tubo de mezcla primaria (4), que rodea de
forma concéntrica el tubo de aire secundario (3), bajo la formación
de una sección transversal (9) de forma circular, para la
introducción de una mezcla primaria (15), que está formada por aire
primario o bien por gas primario y por combustible en polvo, en la
cámara de combustión (10), caracterizado porque
para la introducción de una mezcla primaria
(15), que presenta una carga alta de polvo combustible de 0,8 kg a
10 kg de polvo combustible por kg de aire o bien de gas, en la
cámara de combustión (10), el tubo de aire secundario (3) está
configurado con una sección transversal reducida (Q_{SLred}), sien
do considerada la sección transversal reducida (Q_{SLred}) en
comparación con una forma de realización del quemador circular, en
la que toda la cantidad de aire secundario (S), que es necesaria
para cada quemador circular, es alimentada a la cámara de combustión
(10) a través de la sección transversal de referencia (Q_{SL0}),
que presenta un diámetro interior de referencia (d_{SL0}), del
tubo de aire secundario (3) y por medio de una velocidad de salida
de referencia (w_{0}) del aire secundario (3), y en el que la
sección transversal reducida (Q_{SLred}) presenta un diámetro
interior reducido (d_{SLred}) según la relación
d_{SLred} =
0,4 a 0,8 veces
d_{SL0}
de acuerdo con una corriente
cuantitativa de aire secundario (S1) 13 reducida al 40 a 70% de la
cantidad de aire secundario (S) que es necesaria para cada quemador
circular (1) a través del tubo de aire secundario (3) y/o de acuerdo
con una elevación de la velocidad de salida del aire secundario
desde el tubo de aire secundario (3) del 20 al 100% de la velocidad
de salida de referencia (w_{0}), y porque al menos otro tubo de
aire secundario (12) está dispuesto en la periferia del tubo de
mezcla primaria (4) para la introducción de la corriente
cuantitativa restante de aire secundario (S_{2}) 14 de la
cantidad de aire secundario (S) que es necesaria para cada quemador
circular (1), en la cámara de combustión
(10).
2. Quemador circular según la reivindicación 1,
caracterizado porque el plano de la salida del tubo de aire
secundario (7) se encuentra en el lado del medio de circulación y,
visto con relación al eje longitudinal (19), aguas abajo o aguas
arriba o sobre el mismo plano de la salida del tubo de la mezcla
primaria (8).
3. Quemador circular según la reivindicación 1,
caracterizado porque la salida del tubo de aire secundario
(7) está configurada con un ensanchamiento cónico (20).
4. Quemador circular según la reivindicación 1,
caracterizado porque la salida del tubo de la mezcla
primaria (8) está configurada con un ensanchamiento cónico
(21).
5. Quemador circular según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tubo de aire secundario (3) está
configurado con una instalación de torsión (22).
6. Quemador circular según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tubo de mezcla primaria (4) está
configurado con una instalación de torsión (23).
7. Quemador circular según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el caso
de la configuración con otros dos tubos de aire secundario (12a,
12b), éstos están dispuestos por encima y por debajo del tubo de
mezcla primaria (4) en el plano vertical del eje longitudinal (19)
del quemador circular (1).
8. Quemador circular según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en el caso de
la configuración con otros cuatro tubos de aire secundario (12a,
12b, 12c, 12d), éstos están distribuidos de una manera uniforme
sobre una periferia circular virtual y situada de forma concéntrica
fuera del tubo de mezcla primaria (4) y están dispuestos bajo un
ángulo de 45º con respecto al plano vertical del eje longitudinal
(19) del quemador redondo (1).
9. Quemador circular según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la mezcla
primaria (15) puede ser alimentada al tubo de mezcla primaria (4) a
través de un conducto de alimentación (18) que está dispuesto
coaxialmente o perpendicularmente al tubo de mezcla primaria
(4).
10. Quemador circular según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aire
secundario (13) alimentado al tubo central de aire secundario (3)
puede ser alimentado al tubo de aire secundario (3) a través de un
conducto de alimentación (16) que está dispuesto coaxialmente o
perpendicularmente al tubo de aire secundario (3).
11. Quemador circular según la reivindicación
10, caracterizado porque en el caso de la alimentación del
aire secundario (13), configurada perpendicularmente al tubo de
aire secundario (3), éste puede ser alimentado al tubo de aire
secundario (3) pasando a través del tubo de mezcla primaria (4) y
por medio de al menos dos canales de paso (24).
12. Quemador circular según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el eje
longitudinal (27) del otro tubo de aire secundario (12a, 12b, 12c,
12d) está configurado paralelamente al eje longitudinal (19) del
quemador circular.
13. Quemador circular según una de las
reivindicaciones1 a 11, caracterizado porque el eje
longitudinal (27) del otro tubo de aire secundario (12a, 12b, 12c,
12d), visto en la dirección de la circulación, está inclinado hacia
el eje longitudinal (19) del quemador circular o está inclinado
fuera de éste.
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