ES2396645B1

ES2396645B1 - Sistema separado de aire de sobrecombustion con un ajuste elevado para las calderas de combustion con carbon pulverizado.

Info

Publication number: ES2396645B1
Application number: ES201030635A
Authority: ES
Inventors: D. LEWIS Robert; Q. MANEY Charles; S. MCCARTNEY Michael; B. O'NEIL David; H. RICHARDS Galen
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2030-04-29
Also published as: ES2396645R1; ES2396645A2

Abstract

Sistema separado de aire de sobrecombustión con un ajuste elevado para las calderas de combustión con carbón pulverizado.#Un horno (10) comprende una serie de compartimientos inferiores (18), que se extienden en una disposición vertical; por lo menos uno de los compartimientos inferiores (18) posee una o varias toberas de combustible (20), que de forma tangencial introducen el combustible hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento en relación con una diagonal (DD), que pasa a través de las esquinas, entre sí opuestas, de la cámara de combustión. Por lo menos uno de los compartimientos inferiores (18) tiene una o varias toberas de aire (22), que introducen el aire de forma tangencial hacia el interior de la cámara de combustión, a lo largo de una dirección de desplazamiento que está desplazada de la diagonal (DD) y por el mismo lado de la dirección de desplazamiento de la combustión del combustible. El aire introducido tangencialmente y el combustible quemado de forma desplazada producen una bola de fuego de turbulencia (RB) dentro de la cámara de combustión. Por lo menos un compartimiento de sobrecombustión (24) posee por lo menos una tobera de aire (40) para la inyección de aire, en oposición a la bola de fuego de turbulencia (RB) y a lo largo de una opuesta dirección de desplazamiento, que está desplazada con respecto al otro lado de la diagonal (DD), y esto de tal manera que el aire inyectado pueda promover la evolución de la bola de fuego de turbulencia (RB) en un flujo ascendente.

Description

Sistema separado de aire de sobrecombustión con un ajuste elevado para las calderas de combustión con carbón pulverizado.

Base de la invención

La presente invención se refiere, de forma general, a un horno de combustión con un combustible fósil así como a un procedimiento para el funcionamiento de un horno de combustión de combustible fósil. Más concretamente, la presente invención se refiere a un horno de combustión con carbón pulverizado así como a un procedimiento para el funcionamiento de un tal horno de combustión de carbón pulverizado al objeto de controlar el flujo de los productos de combustión dentro del mismo.

Durante mucho tiempo, el combustible sólido pulverizado en suspensión ha sido quemado con éxito dentro de los hornos con unos métodos de combustión tangencial. La técnica de la combustión tangencial implica la introducción del combustible sólido pulverizado y del aire en un horno desde las cuatro esquinas del mismo, de tal manera que el combustible sólido pulverizado y el aire sean dirigidos tangencialmente a un círculo imaginario dentro del centro del horno. Este tipo de combustión tiene muchas ventajas, entre las cuales están una mezcla íntima del combustible sólido pulverizado con el aire; las condiciones de una llama estable; así como un prolongado tiempo de permanencia de los gases de combustión dentro de los hornos.

Es conocido que un acercamiento a una combustión por fases puede mejorar la reducción del óxido nítrico NOx dentro de un horno con combustión de combustible fósil como, por ejemplo, en un horno en el cual es quemado el carbón pulverizado. Un tal acercamiento a una combustión por fases puede comprender la reducción de la cantidad de aire introducida en una zona del quemador principal del horno, la cual es una región en la que el combustible

-: como, por ejemplo, el carbón pulverizado - es inyectado, e introducir, en lugar de ello, unas mayores cantidades de aire por encima de la zona del quemador principal.

Durante los años, y según el anterior estado de la técnica, han sido efectuados distintos intentos en lo que se refiere a la necesidad de limitar las emisiones del óxido nítrico NOx, que dentro de los hornos se produce como consecuencia de la combustión de los combustibles fósiles. El punto focal de uno de estos intentos ha sido el desarrollo de los llamados sistemas de combustión bajos en NOx, apropiados para ser empleados en los hornos con combustión de combustibles fósiles. La Patente Núm. 5.020.454 de los Estados Unidos, con el titulo "Clustered Concentric Tangencial Firing System" (o sistema concéntrico agrupado de combustión tangencial), concedida el 4 de Junio de 1991 a la misma Entidad que es también Solicitante de la presente Solicitud de Patente, revela un ejemplo de un sistema de combustión bajo en NOx de esta clase. Conforme a las enseñanzas de esta Patente Núm.

5.020.454 de los Estados Unidos, queda proporcionado un sistema concéntrico agrupado de una combustión tangencial, el cual comprende una caja de viento; una primera agrupación de toberas de combustible, dispuestas dentro de la caja de viento y operativas para inyectar el combustible de forma agrupada hacia el interior del horno con el fin de producir, de este modo, una primera zona rica en combustible dentro del horno; una segunda agrupación de toberas de combustible, dispuestas dentro de la caja de viento y operativas para inyectar el combustible de forma agrupada hacia el interior del horno, con el objeto de producir con ello una segunda zona rica en combustible dentro del horno; una tobera de aire desplazada o contrapuesta, que está dispuesta dentro de la caja de viento, y la misma es operativa para inyectar el aire desplazado hacia el interior del horno, de tal modo que este aire desplazado pueda ser dirigido - de forma alejada del combustible, que está siendo inyectado de una manera agrupada - hacia el interior del horno y contra las paredes del mismo; una tobera de aire de sobrecombustión - de un acoplamiento estrecho - está dispuesta dentro de la caja de viento, y esta tobera es operativa para inyectar un aire de sobrecombustión - estrechamente acoplado - hacia el interior; como asimismo comprende este sistema concéntrico agrupado de combustión tangencial una tobera de aire de sobrecombustión de tipo separado, que está dispuesta dentro de la caja de viento, y la misma es operativa para inyectar el aire de sobrecombustión separado hacia el interior del horno.

Otro ejemplo de un tal sistema de combustión bajo en NOx es el sistema, que constituye el objeto de la Patente Núm. 5.315.939 de los Estados Unidos, con el título de "Integrated Low NOx Tangencial Firing" (o Sistema de combustión tangencial integrado bajo en NOx), concedida el 31 de Mayo de 1994 a la misma Entidad que es también Solicitante de la presente Solicitud de Patente. De acuerdo con las enseñanzas de esta Patente Núm. 5.315.939 de los Estados Unidos, es proporcionado un sistema integrado de combustión tangencial bajo en NOx, el cual comprende unos medios de suministro del combustible sólido pulverizado; unas puntas de tobera de fijación de la llama de combustible sólido pulverizado; unas toberas concéntricas de combustión; comprende el aire de sobrecombustión de un estrecho acoplamiento; como asimismo comprende este sistema el aire separado de sobrecombustión de fases múltiples; y el sistema, al ser empleado dentro de un horno de combustión de combustible sólido pulverizado, es capaz de limitar las emisiones de NOx del horno a menos de 0,15 libra/millón BTU (Unidad

Térmica Británica) manteniendo,. no obstante, el índice de las cenizas volátiles del carbón a menos del 5% y las emisiones de CO a menos de 50 ppm.

Cada uno de los dos hornos de combustión tangencial, revelados en las dos Patentes anteriormente mencionadas, se aprovecha del conocimiento de que la formación del óxido nítrico NOx dentro de un horno con combustión tangencial puede con frecuencia ser reducida a un valor mínimo mediante un acertado control del aire, que es introducido por encima de la zona del quemador principal, la cual es rica en combustible, es decir, un control de la introducción del llamado aire de sobrecombustión. Un acertado control del aire de sobrecombustión en tales circunstancias está caracterizado por la introducción del aire de sobrecombustión de una manera, que asiste en la formación de la bola de fuego de turbulencia dentro del horno, al mismo tiempo que son sostenidas también las condiciones subestequiométricas dentro de la región del quemador principal. En relación con el sostenimiento de las condiciones subestequiométricas dentro de la zona del quemador principal, puede ser observado que cualquier incremento en el tiempo de permanencia del combustible dentro de la zona subestequiométrica del quemador principal - la cual es rica en combustible - favorecerá aún más la reducción en el óxido nítrico NOx.

Otro ejemplo de un sistema de combustión bajo en NOx es el sistema que constituye el objeto de la Patente Núm.

5.343.820: de los Estados Unidos, con el titulo "Advanced" Overfire System For NOx Control" (o Perfeccionado sistema de sobrecombustión para el control del NOx), concedida el 6 de Septiembre de 1994 a la misma Entidad que es también la Solicitante de la presente Solicitud de Patente. Según las enseñanzas de la Patente Núm. 5.343.820 de los Estados Unidos, queda proporcionado un perfeccionado sistema de sobrecombustión para el control del NOx, el cual comprende unas elevaciones múltiples de los compartimientos de aire de sobrecombustión, las cuales consisten en una multitud de compartimientos de aire de sobrecombustión de un acoplamiento estrecho así como en una multitud de compartimientos separados del aire de sobrecombustión.

Otro ejemplo más de un sistema de combustión de este tipo es el sistema, que forma el objeto de la Patente Núm.

6.148.744: de los Estados Unidos, con el título "Coal Firing Furnace And Method Of Operating A Coal-Fired Furnace" (u Horno de combustión de carbón y procedimiento para el funcionamiento de un horno con combustión de carbón), concedida el 21 de Noviembre de 2000 a la misma Entidad que es también la Solicitante de la presente Solicitud de Patente. Conforme a las enseñanzas de la Patente Núm. 6.148.744 de los Estados Unidos, es proporcionado un procedimiento para el funcionamiento de un horno con combustión de carbón pulverizado, con el fin de conseguir solamente una variación previamente determinada en las instantáneas velocidades verticales del flujo que sale de una cámara de combustión del horno que comprende, según una variante del mismo, una serie de compartimientos inferiores para introducir a través de los mismos - uno para el aire, otro para el combustible y otro para el aire y el combustible - estas aportaciones hacia el interior de la cámara de combustión del horno.

Todavía otro ejemplo más de un tal sistema de combustión es el sistema, que constituye el objeto de la Patente Núm. 6.202.575 de los Estados Unidos, con el título ''Corner Windbox Overfire Air Compartment For A Fosil Fuel-Fired Furnace'' (o Compartimiento de aire de sobrecombustión con caja de viento de esquina para un horno con combustión de combustible fósil), concedida el 20 de Marzo de 2001 a la misma Entidad que es también la Solicitante de la presente Solicitud de Patente. De acuerdo con las enseñanzas de la Patente Núm. 6.202.575 de los Estados Unidos, queda proporcionado un compartimiento de aire de la caja de viento de esquina de un sistema de combustión tangencial de un horno con combustión de combustible fósil para la inyección del aire secundario hacia el interior del horno. Este compartimiento de aire comprende una parte de canal con un extremo de entrada, que se comunica con un conducto de suministro de aire, así como con un extremo de salida que se comunica - a través de un conjunto de salida - con la abertura del horno. Este conjunto de salida comprende por lo menos un álabe para guiar una corriente de aire, como asimismo comprende un bastidor de montaje para sostener el álabe en relación con la parte de canal para guiar, de este modo, una corriente de aire, que pasa desde la parte de canal hacia el interior del horno, atravesando para ello la abertura del mismo.

A pesar del hecho de que en el transcurso de los años se han producido distintos acercamientos - revelados en el estado anterior de la técnica y encaminados hacia una reducción en las emisiones del óxido nítrico NOx, que es formado como consecuencia de la combustión de los combustibles fósiles dentro de los hornos - según el actual estado de la técnica existe todavía la necesidad de perfeccionar lo que se ha conseguido con arreglo a estos distintos intentos. Por ejemplo, existe todavía la necesidad de un acercamiento, que podría permitir la introducción del aire de sobrecombustión de una manera, que pueda promover un más largo tiempo de permanencia del combustible en las condiciones subestequiométricas de la zona del quemador principal de un horno de combustión tangencial, mientras que al mismo tiempo pueda ser reducida al mínimo la energía, que es necesaria para llevar a efecto una introducción del aire de sobrecombustión de esta manera.

Resumen de la invención

Indicado de forma resumida, la presente invención abarca, según una preferida forma de realización, un horno de combustión de carbón pulverizado, que comprende una serie de compartimientos inferiores, que se extienden en una disposición vertical; por lo menos uno de los compartimientos inferiores posee una o varias toberas de combustible, que de forma tangencial introducen el combustible hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento en relación con una diagonal que pasa a través de las esquinas - entre si opuestas - de la cámara de combustión. El compartimiento inferior de arriba, el cual posee por lo menos una tobera de combustible, tiene una línea central a una altura Htot desde la boca de la caldera. Por lo menos uno de los compartimientos inferiores posee una o varias toberas de aire, que de forma tangencial introducen el aire hacia el interior de la cámara de combustión, en una dirección de desplazamiento que está desplazada de la diagonal por el mismo lado como la dirección de desplazamiento de la combustión del combustible. El aire, quemado de forma tangencial, y el combustible, quemado de forma desplazada, producen una bola de fuego de turbulencia dentro de la cámara de combustión.

Por lo menos un compartimiento de sobrecombustión, situado en una posición de un ajuste elevado de sobrecombustión, tiene por lo menos una tobera de aire para inyectar el aire en posición a la bola de fuego de turbulencia y a lo largo de una opuesta dirección de desplazamiento, que está desplazada en relación con el otro lado de la diagonal, y esto de tal manera que el aire inyectado pueda promover la evolución de la bola de fuego de turbulencia en un flujo ascendente. La línea central de la posición de un ajuste elevado de sobrecombustión se encuentra en una altura Hsofa a partir de la línea central del compartimiento superior de la inyección del combustible siendo, en este caso, 0,5 � (Hsofa/Htot) � 0,9.

Según una primera alternativa de realización, el horno de combustión de carbón pulverizado puede comprender una serie de compartimientos inferiores que se extienden en una disposición vertical, teniendo por lo menos uno de los compartimientos inferiores una o varias toberas de combustible, que de forma tangencial introducen el combustible hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento en relación con una diagonal, que pasa por las esquinas - entre si opuestas - de la cámara de combustión. Por lo menos uno de estos compartimientos inferiores posee una o varias toberas de aire, que de forma tangencial introducen el aire hacia el interior de la cámara de combustión, a lo largo de una dirección de desplazamiento que está desplazada de la diagonal por el mismo lado como la dirección de desplazamiento de la introducción del combustible. El aire introducido tangencialmente y el combustible introducido de forma desplazada producen una bola de fuego de turbulencia dentro de la cámara de combustión. Por lo menos un compartimiento de sobrecombustión está situado a una distancia vertical desde el compartimiento superior de los compartimientos inferiores; distancia ésta que es mayor que la distancia vertical entre uno cualquiera de los compartimientos inferiores y un compartimiento inferior colindante. Este compartimiento de sobrecombustión comprende por lo menos una tobera de aire de alta velocidad así como por lo menos una tobera de aire de baja velocidad para la inyección del aire en oposición a la bola de fuego de turbulencia, a lo largo de una opuesta dirección de desplazamiento, que está desplazada en relación con el otro lado de la diagonal, y esto de tal manera que el aire inyectado pueda promover la evolución de la bola de fuego de turbulencia en un flujo ascendente. Los chorros de aire de alta velocidad, procedentes de la tobera de aire de alta velocidad, penetran en el eje impidiendo así la formación de un núcleo rico en combustible por la parte central de la caldera, y los chorros de aire de baja velocidad, procedentes de la tobera de aire de baja velocidad, limpian las paredes del horno, impidiendo de este modo la formación de unas bolsas ricas en combustible en la cercanía de las paredes del horno.

La zona libre de la tobera de aire de baja velocidad es principalmente igual a tres veces la zona libre de la tobera de aire de alta velocidad. La tobera de aire de alta velocidad puede estar dispuesta dentro de un primer compartimiento de sobrecombustión, mientras que la tobera de aire de baja velocidad puede estar ubicada dentro de un segundo compartimiento de sobrecombustión; en este caso, el flujo de aire del segundo compartimiento de sobrecombustión es esencialmente igual al flujo de aire del primer compartimiento de sobrecombustión. Por consiguiente, las paredes del segundo compartimiento de sobrecombustión y un regulador de tiro, dispuesto dentro del mismo, definen un paso restringido para así producir una caída de la presión dentro del paso del flujo.

Según una segunda alternativa de realización, es así que el horno de combustión de carbón pulverizado puede comprender una serie de compartimientos inferiores, que se extienden en una disposición vertical y que comprenden un primer compartimiento superior de los compartimientos inferiores, un segundo compartimiento inferior de los compartimientos inferiores así como un tercer compartimiento más bajo de los compartimientos inferiores. El primer y el tercer compartimiento inferior tienen cada uno una o varias toberas de combustible, que de forma tangencial introducen el combustible hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento en relación con una diagonal, que pasa por las esquinas de la cámara de combustión, las cuales son opuestas entre si. El segundo compartimiento inferior posee unos sub-compartimientos superiores, intermedios e inferiores, como asimismo posee una pluralidad de toberas de aire, que de forma tangencial introducen el aire hacia el interior de la cámara de combustión, a lo largo de una dirección de desplazamiento que está desplazada de la diagonal por el mismo lado como la desplazada dirección de la introducción del combustible. Una de las toberas de aire está unida con cada uno de los sub-compartimientos. El aire introducido de forma tangencial y el combustible introducido de manera desplazada producen una bola de fuego de turbulencia dentro de la cámara de combustión. Por lo menos un compartimiento de sobrecombustión, dispuesto a una distancia vertical desde el compartimiento superior de los compartimientos inferiores - la que es mayor que la distancia vertical entre uno cualquiera de los compartimientos inferiores y un compartimiento inferior colindante - poseen por lo menos una tobera de aire para la inyección de aire en oposición a la bola de fuego de turbulencia, a lo largo de una opuesta dirección de desplazamiento, que está desplazada por el otro lado de la diagonal, y esto de tal manera que el aire inyectado pueda promover la evolución de la bola de fuego de turbulencia en un flujo ascendente.

El segundo compartimiento inferior comprende un sencillo control de inclinación, mientras que cada uno de los sub-compartimientos comprende un control de guiñada o control del eje vertical. Uno o bien varios de los sub-compartimientos pueden tener un desplazamiento en relación con la diagonal; desplazamiento éste que es; sin embargo, distinto al desplazamiento de los otros sub-compartimientos con respecto a la diagonal.

Según una tercera alternativa de realización resulta que el horno puede comprender una serie de compartimientos inferiores, que se extienden en una disposición vertical; con por lo menos un compartimiento inferior que posee una

o varias toberas de combustible, que de forma tangencial introducen el combustible hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento en relación con una diagonal que pasa por las esquinas - opuestas entre si - de la cámara de combustión. Por lo menos uno de los compartimientos inferiores tiene una o bien varias toberas de aire, que de forma tangencial introducen el aire hacia el interior de la cámara de combustión a lo largo de una dirección de desplazamiento que está desplazada de la diagonal por el mismo lado como la dirección de desplazamiento de la introducción del combustible. El aire tangencialmente introducido y el combustible introducido de manera desplazada producen una bola de fuego, que dentro de la cámara de combustión gira en el sentido de turbulencia. Por lo menos un compartimiento de sobrecombustión, situado a una distancia del compartimiento superior de los compartimientos inferiores - la cual es mayor que la distancia vertical entre uno cualquiera de los compartimientos inferiores y un compartimiento inferior colindante - comprende por lo menos una tobera de aire para la inyección del aire en oposición a la giratoria bola de fuego y a lo largo de una opuesta dirección de desplazamiento, que está desplazada por el otro lado de la diagonal, y esto de tal manera que el aire inyectado pueda promover la evolución de la giratoria bola de fuego en un flujo ascendente. La tobera de combustible del compartimiento más bajo de los compartimientos inferiores inyecta el combustible hacia el interior de la cámara de combustión e introduce este combustible en el sentido vertical hacia abajo, en oposición a la dirección del desplazamiento.

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un horno, que tenga un separado sistema de ajuste del aire de sobre-combustión a un punto de elevación, el cual puede incrementar al máximo el tiempo de permanencia subestequiométrica de los gases de combustión dentro de la caldera, permitiendo así reducir las emisiones en óxido nítrico NOx.

También es un objetivo de la presente invención proporcionar un horno, que tenga un separado sistema de aire de sobrecombustión, que puede variar la velocidad de la inyección del carbón hacia el interior del horno con el fin de reducir las emisiones del NOx.

Otro objetivo más de la presente invención consiste en proporcionar un horno que emplee unos sub-compartimientos de los compartimientos del aire auxiliar para así facilitar un mayor control de la estequiometría del campo cercano con el fin de reducir, de este modo, las emisiones del NOx.

Todavía otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un horno, que pueda reducir las emisiones en NOx por controlarse la trayectoria del carbón inyectado desde una elevación del carbón.

Otros objetivos y las demás ventajas de la presente invención pueden ser apreciadas de la descripción y de los planos adjuntos.

Breve descripción de los planos

La presente invención puede ser comprendida mejor y sus numerosos objetivos y ventajas se ponen de manifiesto a las personas familiarizadas con este ramo técnico por hacerse referencia a los planos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 muestra una vista esquematizada de perspectiva de un horno con combustión fósil, el cual está equipado con un sistema de combustión tangencial, indicando esta Figura una primera forma de realización del compartimiento de aire con una caja de viento de esquinas según la presente invención;

La Figura 2 indica - a escala de aumento - una vista de perspectiva de la primera caja de viento del horno representado en la Figura 1;

La Figura 3 muestra - a escala de aumento - la vista de perspectiva de una variación en la realización de las cajas de viento de las esquinas del horno indicado en la Figura 1;

La Figura 4 indica una simplificada vista esquematizada del horno de la Figura 1, mostrando la posición relativa del elevado ajuste del separado compartimiento de aire de sobrecombustión;

La Figura 5 muestra - a escala de aumento - una simplificada vista de · sección transversal de una gran tobera de aire de sobre-combustión de la Figura 3;

La Figura 6 indica - a escala de aumento - la vista de perspectiva del compartimiento inferior 18C de la Figura 2;

La Figura 7 muestra - a escala de aumento - la vista lateral de alzado de una variación en la realización del compartimiento de base de la Figura 1;

La Figura 8 indica la vista de perspectiva de la tobera del compartimiento de base de la Figura 7; mientras que

La Figura 9 muestra un gráfico indicando la adicional reducción de las emisiones del NOx en función de la orientación de la tobera del compartimiento de base para la inyección del carbón.

Descripción detallada de una preferida forma de realización

Haciendo referencia a los planos adjuntos - en los cuales los mismos números de referencia representan unas partes idénticas entre si en las distintas Figuras - se puede observar que un horno de combustión de combustible fósil 10 posee un determinado número de paredes 11 que constituyen una zona de quemador 12, dentro de la cual un proceso de combustión es mantenido mediante un sistema de combustión tangencial 14.

Este sistema de combustión tangencial 14 es, de forma preferente, del tipo denominado habitualmente sistema de combustión tangencial concéntrica. El sistema de combustión tangencial concéntrica 14 es operativo dentro de la zona del quemador 12 de un horno de combustión de combustible fósil 10, que puede ser, por ejemplo, un horno de combustión de carbón pulverizado. La zona de quemador 12 define un eje longitudinal BL, que en el sentido vertical se extiende por la parte central de la zona del quemador 12.

La zona del quemador 12 tiene cuatro esquinas, cada una de las cuales es principalmente equidistante de las esquinas colindantes, de tal manera que la cámara de combustión, formada de este modo por la zona del quemador, sea de una configuración en forma de paralelepípedo y puede tener, por ejemplo, una forma rectangular o la forma cuadrada. Dentro de las cuatro esquinas de la cámara de combustión están dispuestas una primera caja de viento 16A; una segunda caja de viento 16B; una tercera caja de viento 16C; así como una cuarta caja de viento 16D. La primera caja de viento 16A está dispuesta - esencialmente de forma intermedia por la circunferencia - entre la segunda caja de viento 16B y la cuarta caja de viento 16D, observadas éstas en la dirección circunferencial en relación con el eje longitudinal BL de la zona del quemador, de tal manera que la primera caja de viento 16A se encuentre situada a un espaciamiento circunferencial. principalmente idéntico de cada una de las respectivas cajas de viento segunda 16B y cuarta 16D. La tercera caja de viento 16C está dispuesta - esencialmente de forma intermedia por la circunferencia - entre la segunda caja de viento 16B y la cuarta caja de viento 16D por el respectivo lado de estas cajas de viento, observadas las mismas en la dirección circunferencial, de tal manera que la tercera caja de viento 16C se encuentre situada a un espaciamiento circunferencial principalmente idéntico de cada una de las respectivas tajas de viento segunda 16B y cuarta 16D.

La primera caja de viento 16A y la tercera caja de viento 16C definen una primera pareja de cajas de viento, colocadas en una relación yuxtapuesta entre si (es decir, la pareja de las cajas de viento está dispuesta sobre una diagonal, que pasa por el eje longitudinal BL). La segunda caja de viento 16B y la cuarta caja de viento 16D definen una segunda pareja de cajas de viento, colocadas en una relación yuxtapuesta entre si.

Cada una de las cajas de viento, 16A hasta 16D, comprende una pluralidad de compartimientos, que a continuación se describen con más detalles en relación con la primera caja de viento 16A que, a efectos de la descripción, está designada como una caja de viento representativa, y es evidente que las otras cajas de viento, 16B hasta 16D, son idénticas - tanto en su configuración como en su funcionamiento - a esta caja de viento representativa. La primera caja de viento 16A comprende una serie de compartimientos inferiores 18, cada uno de los cuales está previsto para la introducción del combustible, del aire o para ambos, el combustible y el aire, de tal manera que una combinación de aire y de combustible pueda ser introducida hacia el interior de la cámara de combustión a través de esta serie de compartimientos inferiores 18. Se ha de tener en cuenta, sin embargo, que una o varias de las cajas de viento, 16A hasta 16D, también pueden estar configuradas de forma alternativa y de tal manera, que las series de compartimientos inferiores 18 de las mismas solamente puedan introducir, de forma seleccionada, o el combustible o el aire, según sea necesario, hacia el interior de la zona del quemador 12. Las series de los compartimientos inferiores 18 se extienden hacia la mitad de la base "BH" del horno, en una disposición vertical y con unas series de compartimientos inferiores 18, que están dispuestos de forma apropiada uno por debajo del otro y en una extensión desde un compartimiento de arriba de los compartimientos inferiores, el cual tiene la referencia 18T, hasta un compartimiento más bajo de estos compartimientos inferiores.

La primera caja de viento 16A comprende, además, un determinado número de toberas de combustible 20, cada una de las cuales está dispuesta de una manera apropiada en unos compartimientos seleccionados de los compartimientos inferiores 18 a efectos de una introducción del combustible de forma tangencial hacia el interior de la cámara de combustión. Tal como esto puede ser apreciado en la Figura 2, dos de las toberas de combustible 20 están indicadas de forma representativa en una disposición de montaje dentro de un compartimiento inferior representativo 18 del tipo de compartimiento, que va provisto de la tobera de combustible; estos compartimientos representativos se indican, en lo sucesivo, como compartimientos inferiores, 18A y 18B. Las toberas 'de combustible 20, dispuestas en los compartimientos inferiores, 18A y 18B, introducen el combustible y el aire primario en una dirección tangencial hacia una bola de fuego, que es giratoria o que forma turbulencias, por regla general por el eje longitudinal BL de la zona del quemador 12 mientras que la misma está ascendiendo dentro de esta zona. La dirección de la introducción tangencial del combustible (o dirección de introducción desplazada del combustible) forma un determinado ángulo con la diagonal DD.

La primera caja de viento 16A comprende asimismo un determinado número de toberas de aire 22 para la introducción del aire secundario desde otros compartimientos de los compartimientos inferiores 18 y hacia el interior de la cámara de combustible, de forma tangencial a la bola de fuego giratoria RB. La tobera de aire 22 introduce el aire a lo largo de una dirección de desplazamiento o de desviación, que está desplazada de la diagonal DD en la misma dirección como la dirección desplazada de la introducción del combustible. El combustible introducido de forma desplazada y el aire producen y mantienen la bola de fuego giratoria o de formación de turbulencias RB de la cámara de combustión. El compartimiento inferior 18C es uno de los respectivos compartimientos inferiores previstos para la introducción del aire secundario hacia el interior del horno 10. El aire, introducido de forma colectiva

-: tanto por las partes proporcionales del aire primario de las toberas de combustible 20 como por las toberas de aire secundario 22, dispuestas en los compartimientos inferiores - representan una cantidad que es inferior a la cantidad necesaria para una combustión completa del combustible introducido hacia el interior de la zona del quemador 12, de tal manera que la parte proporcional de la zona del quemador 12, la cual está unida con los compartimientos inferiores 18, esté caracterizada por las condiciones de una combustión subestequiométrica.

El horno 10 comprende, adicionalmente, uno o varios compartimientos de aire de sobrecombustión 24, que están dispuestos a una distancia vertical del compartimiento superior 18T de los compartimientos inferiores, la cual es mayor que la distancia vertical entre cualquier pareja de los colindantes compartimientos inferiores 18. Estos compartimientos de aire de sobrecombustión 24 son operativos para introducir el separado aire de sobrecombustión (SOFA) hacia el interior de una zona superior del horno 10, la que está situada por encima de la zona del quemador 12, y en oposición a la bola de fuego de turbulencia RB. Quiere decir esto, que el aire de sobrecombustión es inyectado a lo largo de una dirección de desplazamiento del aire, la cual está desplazada o desviada en relación con el lado opuesto de la diagonal DD, en comparación con la dirección desplazada de la introducción del combustible y con la dirección desplazada del aire, que es inyectado desde los compartimientos inferiores. En los hornos del anterior estado de la técnica y con et aire de sobrecombustión separado SOFA (separated overfire air), un punto de baja elevación del aire de sobrecombustión separado había sido empleado inicialmente para reducir las emisiones de óxido nítrico NOx. Conforme a un perfeccionamiento correspondiente (tal como revelado en la Patente Núm.

5.315.939 de los Estados Unidos), se han empleado luego dos elevaciones o alturas para el aire de sobrecombustión separado; con un compartimiento superior de aire de sobrecombustión, que produce una incrementada reducción en NOx, así como con un compartimiento inferior de aire de sobrecombustión, que proporciona unos niveles aceptables del carbón sin quemar dentro de las cenizas volátiles.

Haciendo referencia a la Figura 4, se observa que el pretendido sistema de aire de sobrecombustión separado de un elevado punto de ajuste emplea un solo ajuste de altura de tipo SOFA 26, con una altura que queda especificada según la ecuación siguiente:

0,5 (Hsofa/Htot) 0,9,

en la que Hsofa representa la altura desde la línea central 28 del compartimiento superior 18A de la inyección del carbón hasta la línea central del elevado punto de ajuste de la altura SOFA o aire de sobrecombustión separado, mientras que Htot es la altura desde la línea central 28 del compartimiento superior 18A de la inyección del carbón hasta la boca 32 de la caldera (en la que el área de sección transversal de la zona del quemador 12 se reduce en por lo menos un 20 por ciento). No obstante, ha de tenerse en cuenta que la presente invención emplea solamente un elevado punto de ajuste para el SOFA o aire de sobrecombustión separado 26, y que no es utilizado ningún punto de una elevación más baja para este aire de sobrecombustión separado, tal como el mismo si había sido empleado según la Patente Núm. 5.315.939 de los Estados Unidos. Este más elevado punto de ajuste del aire de sobrecombustión separado puede ser proporcionado por un solo compartimiento de aire de sobrecombustión 24 o bien por unos compartimientos múltiples de aire de sobrecombustión, 34 y 36 (Figura 3), que están dispuestos verticalmente, el uno sobre el otro. Este sistema 38 del más elevado punto de ajuste del aire de sobrecombustión separado aumenta al máximo el tiempo de permanencia subestequiométrica de los gases de combustión dentro de la caldera, lo cual tiene por resultado unas más reducidas emisiones de NOx que los tradicionales sistemas de un ajuste más bajo del aire de sobrecombustión separado.

Para conseguir unos más elevados niveles en la conversión del carbón - lo cual tiene por resultado unas bajas emisiones de CO así como unos más reducidos niveles de carbón dentro de las cenizas volátiles - se precisa una mezcla íntima entre el aire de sobrecombustión y los gases de combustión dentro de la caldera. La necesaria mezcla tipo SOFA o del aire de sobrecombustión separado puede ser conseguida con el sistema SOFA 38 de un más elevado punto de ajuste por introducirse el aire a través de unas toberas 40, dispuestas en las esquinas de un horno típico de combustión tangencial, así como con unas toberas (no indicadas) situadas en las paredes de la caldera, o bien mediante cualquier combinación de las toberas de esquinas y de las toberas de paredes. Según las necesidades, este sistema SOFA 38 de un elevado punto de ajuste puede llevar incorporado asimismo el empleo de un ventilador de refuerzo para aumentar la velocidad del aire de sobrecombustión, lo cual puede mejorar la mezcla entre el aire de sobrecombustión y los gases finos dentro de la caldera.

Como alternativa, la necesaria mezcla del aire de sobrecombustión separado también puede ser conseguida con la variable velocidad del conjunto SOFA o dispositivo de aire de sobrecombustión separado 42, que está indicado en las Figuras 3 y 5. El diseño de las calderas con una combustión tangencial se ha manifestado en forma de un intercambio entre la velocidad del aire de sobrecombustión separado, la penetración de los chorros y la mezcla. Al ser la velocidad del aire de sobrecombustión separado demasiado baja, el aire no penetrará hacia la parte central de la caldera, lo cual tiene por resultado un núcleo rico en combustible. Al ser la velocidad SOFA o del aire de sobrecombustión separado aumentada de la forma suficiente, los chorros penetrarán hasta la parte central de la caldera; no obstante, pueden producirse unas bolsas ricas en combustible, las cuales permanecen cerca de las paredes 11 del horno. Asimismo, puede ser empleada una tobera de control de la guiñada del aire de sobrecombustión separado para aportar mayor cantidad de aire a la cercanía de las paredes 11 del horno; sin embargo, el incremento del control de guiñada del aire de sobrecombustión separado también tiene el efecto de aumentar las turbulencias dentro del horno, lo cual reduce la penetración del control de guiñada para el aire de sobrecombustión separado.

El dispositivo de aire de sobrecombustión separado de velocidad variable 42 emplea una combinacfón de chorros de aire de sobrecombustión separado de alta velocidad 44 y de chorros de aire de sobrecombustión separado de baja velocidad 46 para así proporcionar la adicional flexibilidad, que es necesaria para mejorar la mezcla del aire de sobrecombustión separado dentro de las calderas con una combustión tangencial. Los chorros de aire de sobrecombustión separado de alta velocidad 44 penetran hasta la parte central de la caldera, mientras que los chorros de aire de sobrecombustión separado de baja velocidad 46 limpian las paredes 11 del horno con un menor impacto sobre las turbulencias dentro del mismo.

Según una preferida forma de realización, resulta que el dispositivo de aire de sobrecombustión separado de velocidad variable 42 comprende por lo menos un compartimiento de aire de sobrecombustión 36, que tiene una sola tobera grande de aire de sobrecombustión separado 48, con una mayor zona libre (aproximadamente tres veces mayor) que la que normalmente había sido empleada, y esta tobera proporciona un chorro de aire de sobrecombustión separado de baja velocidad 46. Por lo menos un compartimiento de aire de sobrecombustión 34, que posee una tobera de aire de sobrecombustión separado 50 con un tamaño convencional, proporciona unos chorros de aire de sobrecombustión separado 44, que tienen la velocidad máxima permitida por el ventilador previsto. Este dispositivo de aire de sobrecombustión separado de velocidad variable 42 está diseñado de tal manera, que el flujo de aire a través de todos los compartimientos, 34 y 36, será igual a la caída de la presión dentro del gran compartimiento de aire de sobrecombustión separado 36, la cual se produce a través del paso restringido, formado en el mismo por las paredes 51 del compartimiento 36 así como por un regulador de tiro 52. La adicional zona libre del aire de sobrecombustión separado permite realizar una fácil variación en la cantidad del aire de sobrecombustión separado a efectos de una optimación en la regulación de la caldera. Cada uno de los compartimientos del aire de sobrecombustión separado, 34 y 36, dispone de un control de guiñada independiente.

Una reducción adicional en las emisiones del óxido nítrico NOx puede ser conseguida por controlarse la estequiometría del campo cercano, empleando para ello unos sub-compartimientos en las cajas de viento. Haciendo referencia a la Figura 6, en la misma se puede observar un compartimiento de inyección de aire 18C, que está dispuesto entre una pareja de compartimientos de inyección de carbón, 18A y 18B, y que puede ser dividido en unos más pequeños sub-compartimientos 54, 56 y 58, cada uno de los cuales tiene su propia tobera de aire 60, 62 y 64. Al ser la única tobera de aire 22 dividida en las tres toberas de aire individuales 60, 62 y 64, queda incrementada la zona de superficie de los chorros de aire resultantes, lo cual tiene por efecto un más rápido arrastre de los gases de combustión, lo que reduce, a su vez, la concentración local en oxígeno. Un regulador de tiro separado 66, 68 y 70, puede estar previsto para cada uno de los sub-compartimientos 54, 56 y 58 o bien, como alternativa, el subcompartimiento central 56 puede disponer de un regulador de tiro, mientras que los sub-compartimientos superior e inferior, 54 y 58, respectivamente, pueden tener un regulador de tiro en común para facilitar así un mayor control sobre la cercana estequiometría del quemador.

De forma preferente, los sub-compartimientos 54, 56 y 58, tendrán un control de inclinación común 72, que proporciona una selectiva polarización del aire auxiliar hacia las colindantes toberas de combustible, 20 y 20', o desde las mismas hacia fuera, según sea necesario para una optimación de las cajas de viento. Los subcompartimientos 54, 56 y 58, pueden estar equipados con unos separados controles de guiñada 74. En función de la instalación específica, uno o varios sub-compartimientos pueden estar dispuestos de forma desplazada, mientras que los restantes sub-compartimientos permanecen en línea recta. Por ejemplo, el gas natural puede ser introducido como un combustible auxiliar en el horno 10 a través de los sub-compartimientos superior e inferior, 54 y 58, respectivamente, mientras que el aire está siendo inyectado a través del sub-compartimiento central 56. Según este ejemplo, las toberas, 60 y 64, de los sub-compartimientos superior e inferior, 54 y 58, podrían estar dispuestos en línea recta (inyectando el combustible auxiliar a lo largo de la misma dirección desplazada de la inyección de combustible como el combustible inyectado por los compartimientos inferiores), mientras que la tobera 62 del sub-compartimiento central 56 inyectaría el aire a lo largo de una dirección desplazada de inyección del aire, la cual está desviada en relación con el lado opuesto de la diagonal DD, en comparación con la dirección desplazada de la inyección del combustible.

La incorporación, tanto de las toberas rectas como de las toberas desplazadas, facilita la máxima flexibilidad con el fin de aportar el aire cerca de las paredes 11 de la caldera, a efectos de su protección, como asimismo proporciona esta incorporación la posibilidad de polarizar el aire de forma alejada de las toberas de combustible, 20 y 20', para una máxima reducción en las emisiones del NOx. Los ensayos han puesto de manifiesto unas reducciones en el óxido nítrico NOx de 0,01 hasta 0,02/MMBTU al ser empleados unos sub-compartimientos de las cajas de viento, tal como los mismos están indicados en la Figura 6.

Una adicional y más modesta reducción en las emisiones del NOx pueden ser conseguidas por controlarse la trayectoria con la que el carbón de la elevación más baja es inyectado hacia el interior de la caldera. Una significativa y repetible reducción en el NOx ha sido observada durante los ensayos al estar la tobera 20' del compartimiento más bajo 18B de la inyección del carbón orientada de forma descendente y en contra de la dirección de las turbulencias.

Haciendo referencia a las Figuras 7 y 8, en las mismas se puede observar que un compartimiento de base 188 para la inyección del carbón posee una tobera 20' con una desviación fija de 15 grados a lo largo de una dirección desplazada de la inyección de combustible, dirigida hacia el lado opuesto de la diagonal DD, en comparación con la desplazada dirección de inyección de combustible para la parte restante del combustible. Esta tobera fija y desviada posee tanto un control de inclinación 76 como asimismo un control de guiñada 78, y la misma puede ser girada, de tal manera que el carbón sea inyectado con una inclinación de ± 15 grados o con una guiñada de ± 15 grados, lo cual está en función del grado de la rotación de la tobera.

Las emisiones de NOx, producidas por ser quemado un carbón sub-betuminoso de la Cuenca Powder River Basin (PRB) o un carbón betuminoso altamente volátil (Tipo HVB), constituían las respuestas a ciertos cambios en la orientación de la tobera 20' en principalmente la misma manera y con esencialmente el mismo grado como indicados en la Figura 9. Quiere decir esto, que el gráfico de las emisiones de NOx del carbón de tipo PRB tiene sustancialmente la misma forma como el gráfico de las emisiones de NOx del carbón de tipo HVB. Por inclinarse la tobera 20' del compartimiento de base 18B para la inyección del carbón hacia abajo, en dirección de la tolva y en contra de la dirección de las turbulencias del horno, se consigue que la elevación inferior de las partículas del carbón siga un camino, que conduce más hacia una reducción en las emisiones del NOx por ser controlada la estequiometría de la combustión y ser incrementado en el tiempo de permanencia previsto.

Si bien aquí han sido descritas y representadas unas preferidas formas para la realización de la presente invención existe, no obstante, la posibilidad de efectuar algunas modificaciones y sustituciones en las mismas, sin por ello apartarse de la idea de la presente invención ni de su alcance. Por consiguiente, ha de entenderse que la presente invención ha sido descrita aquí a título de ejemplo y no como una limitación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Horno de combustión de carbón pulverizado que comprende:

Una cámara de combustión con una boca de caldera; una zona de quemador, situada por debajo de la boca de caldera, así como cuatro esquinas, cada una de las cuales es esencialmente equidistante de cada una de las otras esquinas colindantes;

Una serie de compartimientos inferiores para la introducción - uno de aire, otro de combustible u otro de aire y de combustible - en la cámara de combustión; los compartimientos inferiores de esta serie se extienden, en una forma de disposición vertical, desde un compartimiento superior de los compartimientos inferiores hacia un compartimiento más bajo de estos mismos compartimientos inferiores;

Por lo menos una tobera de combustible para la introducción tangencial del combustible desde la serie de los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento con respecto a una diagonal - que pasa a través de una pareja de las esquinas, entre si opuestas - de la cámara de combustión; por lo menos una tobera de combustible define un compartimiento superior de inyección de combustible, con una línea central a una altura Htot desde la boca de caldera;

Por lo menos una tobera de aire para la introducción tangencial del aire desde los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión y a lo largo de una dirección de desplazamiento - que está desplazada con respecto a la diagonal - hacia el mismo lado de la dirección de desplazamiento de la combustión del combustible; el aire de combustión tangencial procedente de los compartimientos inferiores es de una cantidad que es inferior a la cantidad necesaria para una combustión completa del combustible, de tal manera que el combustible y el aire quemados de forma desplazada puedan producir una bola de fuego de turbulencia dentro de la cámara de combustión; así como con

Una más elevada posición de sobrecombustión que posee una línea central así como por lo menos un compartimiento de sobrecombustión que comprende por lo menos una tobera de aire para la inyección del aire desde por lo menos un compartimiento de sobrecombustión, normalmente en oposición a la bola de fuego de turbulencia y por una opuesta dirección de desplazamiento, que está desplazada con respecto al otro lado de la diagonal, y esto de tal manera que el aire inyectado pueda favorecer la evolución de la bola de fuego de turbulencia dentro de un flujo ascendente, encontrándose la línea central de la más elevada posición de sobrecombustión situada a una altura Hsofa (separate overfiring air o aire de sobrecombustión separado) desde la línea central del compartimiento superior de inyección de combustible; en este caso, resulta que 0,5 (Hsofa/Htot) 0,9.
2.

Horno conforme a la reivindicación 1) en el cual no está prevista ninguna posición de sobrecombustión situada entre la posición más elevada de sobrecombustión y el compartimiento superior de inyección de combustible.
3.

Horno de combustión de carbón pulverizado que comprende:

Una cámara de combustión con una zona de quemador; cuatro esquinas y cuatro paredes que definen un eje que se extiende de forma vertical a través del centro de la zona de quemador y cada una de las esquinas es esencialmente equidistante de cada una de las otras esquinas colindantes;

Una serie de compartimientos inferiores para la introducción - uno de aire, otro de combustible u otro de aire y de combustible - en la cámara de combustión; los compartimientos inferiores de esta serie se extienden, en una forma de disposición vertical, desde un compartimiento superior de los compartimientos inferiores hacia un compartimiento más bajo de los compartimientos inferiores;

Por lo menos una tobera de combustible para la introducción tangencial del combustible desde la serie de los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento con respecto a una diagonal - que pasa a través de una pareja de las esquinas, entre si opuestas - de la cámara de combustión;

Por lo menos una tobera de aire para la introducción tangencial del aire desde los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión y a lo largo de una dirección de desplazamiento - que está desplazada con respecto a la diagonal - hacia el mismo lado de la dirección del desplazamiento de la combustión del combustible; el aire de combustión tangencial procedente de los compartimientos inferiores es de una cantidad que es inferior a la cantidad necesaria para una combustión completa del combustible, de tal manera que el combustible y el aire quemados de forma desplazada puedan producir una bola de fuego de turbulencia dentro de la cámara de combustión;

Por lo menos un compartimiento de sobrecombustión para la inyección de aire hacia el interior de la cámara de combustión; por lo menos un compartimiento de sobrecombustión está situado a una distancia vertical desde el más elevado de los compartimientos inferiores, la cual es mayor que la distancia vertical entre uno cualquiera de los compartimientos inferiores y un compartimiento inferior colindante; así como con

Por lo menos una tobera de aire de alta velocidad y por lo menos una tobera de aire de baja velocidad para la inyección del aire desde por lo menos compartimiento de sobrecombustión, normalmente en oposición a la bola de fuego de turbulencia y a lo largo de una opuesta dirección de desplazamiento que está desplazada hacia el otro lado de la diagonal y esto de tal manera que el aire inyectado pueda favorecer la evolución de la bola de fuego de turbulencia dentro de un flujo ascendente, con lo cual los chorros de aire de alta velocidad, procedentes de por lo menos una tobera de aire de alta velocidad, pueden penetrar hacia el eje e impiden así un núcleo rico en combustible por el centro de la caldera, mientras que los chorros de aire de baja velocidad, procedentes de por lo menos una tobera de aire de baja velocidad, limpian las paredes del horno e impiden así unas bolsas ricas en combustible en la cercanía de las paredes del horno.
4.

Horno conforme a la reivindicación 3) en el cual por lo menos un compartimiento de sobrecombustión comprende un primer compartimiento de sobrecombustión así como un segundo compartimiento de sobrecombustión y por lo menos una tobera de aire de alta velocidad está dispuesta dentro del primer compartimiento de sobrecombustión, mientras que por lo menos una tobera de aire de baja velocidad está dispuesta dentro del segundo compartimiento de sobrecombustión.
5.

Horno conforme a la reivindicación 4) en el cual tanto por lo menos una tobera de aire de alta velocidad como asimismo por lo menos una tobera de aire de baja velocidad comprenden cada una una zona libre; la zona libre de por lo menos una tobera de aire de baja velocidad es principalmente igual a tres veces la zona libre de por lo menos una tobera de aire de alta velocidad.
6.

Horno conforme a la reivindicación 5) en el cual cada uno de los compartimientos de sobrecombustión comprende un flujo de aire; el flujo de aire del segundo compartimiento de sobrecombustión es principalmente igual al flujo de aire del primer compartimiento de sobrecombustión.
7.

Horno conforme a la reivindicación 6) en el cual el segundo compartimiento de sobrecombustión comprende una multitud de paredes que definen un paso para el flujo, como asimismo comprende este compartimiento un amortiguador que está situado dentro del paso del flujo, y las paredes y el amortiguador definen un paso restringido para producir una caída en la presión dentro del paso del flujo.
8.

Horno conforme a la reivindicación 4) en el cual cada uno de los compartimientos de sobrecombustión comprende un control independiente de guiñada.
9.

Horno de combustión de carbón pulverizado que comprende:

Una cámara de combustión con una zona de quemador; cuatro esquinas y cuatro paredes que definen un eje que se extiende de forma vertical a través del centro de la zona de quemador y cada una de las esquinas es esencialmente equidistante de cada una de las otras esquinas colindantes;

Una serie de compartimientos inferiores para la introducción - uno de aire, otro de combustible u otro de aire y de combustible - en la cámara de combustión; los compartimientos de esta serie se extienden en una forma de disposición vertical y los mismos incluyen un primer compartimiento más alto de los compartimientos inferiores, un segundo compartimiento más bajo de los compartimientos inferiores así como un tercer compartimiento más bajo aún de los compartimientos inferiores; el primero y el tercero de los compartimientos inferiores comprenden cada uno por lo menos una tobera de combustible para la introducción tangencial del combustible hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento en relación con una diagonal que pasa a través de una pareja de esquinas entre si opuestas de la cámara de combustión, mientras que el segundo de los compartimientos inferiores comprende un sub-compartimiento superior, un sub-compartimiento intermedio y un sub-compartimiento inferior así como una multitud de toberas de aire para la introducción tangencial del aire desde los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión, a lo largo de una dirección de desplazamiento - que está desplazada con respecto a la diagonal - hacia el mismo lado de la dirección de desplazamiento de la combustión del combustible, encontrándose una de las toberas de aire unida con cada uno de los sub-compartimientos, y el aire quemado tangencialmente desde los compartimientos inferiores lo es en una cantidad que es inferior a la cantidad necesaria para una combustión completa con el combustible, y esto de tal manera que el aire y el combustible quemados de forma desplazada puedan generar una bola de fuego de turbulencia dentro de la cámara de combustión; Por lo menos un compartimiento de sobrecombustión para la inyección de aire hacia el interior de la cámara de combustión; por lo menos un compartimiento de sobrecombustión está situado a una distancia vertical desde el más alto de los compartimiento inferiores, la cual es mayor que la distancia vertical entre uno cualquiera de los compartimientos inferiores y un compartimiento inferior colindante; así como con

Por lo menos una tobera de aire para la inyección del aire desde por lo menos un compartimiento de sobrecombustión, normalmente en oposición a la bola de fuego de turbulencia y a lo largo de una opuesta dirección de desplazamiento que está desplazada hacia el otro lado de la diagonal, y esto de tal manera que el aire inyectado pueda favorecer la evolución de la bola de fuego de turbulencia dentro de un flujo ascendente.
10.

Horno conforme a la reivindicación 9) en el cual cada uno de los sub-compartimientos comprende un respectivo amortiguador.
11.

Horno conforme a la reivindicación 9) en el cual el sub-compartimiento intermedio comprende un amortiguador, mientras que los sub-compartimientos superior e inferior comprenden un amortiguador común.
12.

Horno conforme a la reivindicación 9) en el cual el segundo compartimiento inferior comprende un control individual de inclinación.
13.

Horno conforme a la reivindicación 9) en el cual cada uno de los sub-compartimientos comprende un respectivo control de guiñada.
14.

Horno conforme a la reivindicación 9) en el cual uno de los sub-compartimientos tiene un desplazamiento en relación con la diagonal el cual es distinto del desplazamiento de los otros sub-compartimientos con respecto a la diagonal.
15.

Horno conforme a la reivindicación 9) en el cual cada uno de los sub-compartimientos tiene un desplazamiento en relación con la diagonal el cual es distinto del desplazamiento de cada uno de los otros sub-compartimientos con respecto a la diagonal.
16.

Horno conforme a la reivindicación 9) en el cual uno o dos de los sub-compartimientos comprenden por lo menos una tobera de combustible para la introducción tangencial del combustible hacia el interior de la cámara de combustión con un desplazamiento en relación con la diagonal.
17.

Horno de combustión de carbón pulverizado que comprende:

Una cámara de combustión con una zona de quemador; cuatro esquinas y cuatro paredes que definen un eje que se extiende de forma vertical a través del centro de la zona de quemador y cada una de las esquinas es esencialmente equidistante de cada una de las otras esquinas colindantes;

Una serie de compartimientos inferiores para la introducción - uno de aire, otro de combustible u otro de aire y de combustible - en la cámara de combustión; los compartimientos inferiores de esta serie se extienden, en una forma de disposición vertical, desde un compartimiento superior de los compartimientos inferiores hacia un compartimiento más bajo de los compartimientos inferiores;

Una multitud de toberas de combustible para la combustión del combustible desde la serie de los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión; un compartimiento más bajo de los compartimientos inferiores tiene por lo menos una tobera de combustible que define el compartimiento de inyección de combustible más bajo, mientras que cada uno de los otros compartimientos inferiores comprende por lo menos una tobera de combustible que define un compartimiento de inyección de combustible superior, y las toberas de combustible de cada uno de los compartimientos de inyección de combustible superior queman el combustible de forma tangencial y en una dirección de desplazamiento que está desplazada en relación con un lado de una diagonal que pasa a través de una pareja de esquinas entre si opuestas de la cámara de combustión;

Por lo menos una tobera de aire para la introducción tangencial del aire desde los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión a lo largo de una dirección de desplazamiento que está desplazada en relación con la diagonal y hacia el mismo lado como la dirección de desplazamiento de quemar el combustible; el aire quemado de forma tangencial desde los compartimientos inferiores lo es en una cantidad que es inferior a la cantidad necesaria para una combustión completa con el combustible, de tal manera que el aire y el combustible quemados de forma desplazada puedan generar una bola de fuego rotatoria en una dirección de turbulencia dentro de la cámara de combustión;

Por lo menos un compartimiento de sobrecombustión para la inyección del aire hacia el interior de la cámara de combustión; por lo menos un compartimiento de sobrecombustión está situado a una distancia vertical del más elevado de los compartimientos inferiores, la cual es mayor que la distancia vertical entre uno cualquiera de los compartimientos inferiores y un compartimiento inferior colindante; así como con

Por lo menos una tobera de aire para la inyección del aire desde por lo menos un compartimiento de

5 sobrecombustión, normalmente en oposición a la bola de fuego rotatoria y a lo largo de una opuesta dirección de desplazamiento que está desplazada hacia el otro lado de la diagonal, y esto de tal manera que el aire pueda favorecer la evolución de la bola de fuego rotatoria dentro de un flujo ascendente;

En este caso, por lo menos una tobera de combustible del más bajo de los compartimientos de inyección de 10 combustible quema el combustible en el sentido vertical hacia abajo y en la opuesta dirección de desplazamiento.
18. Horno conforme a la reivindicación 17) en el cual por lo menos una tobera de combustible del más bajo de los compartimientos de inyección de combustible quema el combustible a 15 grados con respecto a la diagonal y en la opuesta dirección de desplazamiento.
19. Horno conforme a la reivindicación 17) en el cual el más bajo de los compartimientos de inyección de combustible comprende los controles de inclinación y de guiñada.
20. Horno conforme a la reivindicación 19) en el cual el más bajo de los compartimientos de inyección de 20 combustible es rotatorio a ± 15 grados de inclinación o a ± 15 grados de guiñada.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 201030635

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 29.04.2010

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

X

US 4501204 A (MCCARTNEY MICHAEL S et al.) 26.02.1985, columna 2, líneas 47-52; figuras. 9

Y

1-3,10,12,13,17

Y

US 5343820 A (MARION JOHN L) 06.09.1994 1,2

Y

US 6120281 A (VATSKY JOEL) 19.09.2000, figuras. 3

Y

US 4150631 A (FREY DONALD J et al.) 24.04.1979, figuras. 10

Y

US 6148744 A (CHAPMAN PAUL J et al.) 21.11.2000, figuras. 12,13

Y

US 4434727 A (MCCARTNEY MICHAEL S) 06.03.1984, figuras. 17

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 30.04.2013

Examinador C. Piñero Aguirre Página 1/5

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201030635

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD F23C5/32 (2006.01)

F23C7/02 (2006.01) F23D1/00 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

F23C, F23D

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/5

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201030635

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 30.04.2013

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-20 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-20 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/5

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201030635

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

US 4501204 A (MCCARTNEY MICHAEL S et al.) 26.02.1985

D02

US 5343820 A (MARION JOHN L) 06.09.1994

D03

US 6120281 A (VATSKY JOEL) 19.09.2000

D04

US 4150631 A (FREY DONALD J et al.) 24.04.1979

D05

US 6148744 A (CHAPMAN PAUL J et al.) 21.11.2000

D06

US 4434727 A (MCCARTNEY MICHAEL S) 06.03.1984
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

El documento D01 describe un horno de combustión de carbón pulverizado que comprende: una cámara de combustión con una boca de caldera ; una zona de quemador, situada por debajo de la boca de caldera (ver figura 1), así como cuatro esquinas, cada una de las cuales es esencialmente equidistante de cada una de las otras esquinas colindantes (ver figura 4); una serie de compartimientos inferiores para la introducción, uno de aire , otro de combustible u otro de aire y de combustible en la cámara de combustión (ver figura 2); los compartimientos inferiores de esta serie se extienden, en una forma de disposición vertical, desde un compartimiento superior de los compartimientos inferiores hacia un compartimiento más bajo de estos mismos compartimientos inferiores(ver figura 2), por lo menos una tobera de combustible para la introducción tangencial del combustible desde la serie de los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión, con un desplazamiento con respecto a una diagonal que pasa a través de una pareja de las esquinas, entre si opuestas de la cámara de combustión (ver figura 2); por lo menos una tobera de combustible que define un compartimiento superior de inyección de combustible, con una línea central a una determinada altura Ht (ver figura 3), por lo menos una tobera de aire para la introducción tangencial del aire desde los compartimientos inferiores hacia el interior de la cámara de combustión y a lo largo de una dirección de desplazamiento que está desplazada con respecto a la diagonal hacia el mismo lado de la dirección de desplazamiento de la combustión del combustible ; el aire de combustión tangencial procedente de los compartimientos inferiores es de una cantidad que es inferior a la cantidad necesaria para una combustión completa del combustible, de tal manera que el combustible y el aire quemados de forma desplazada puedan producir una bola de fuego de turbulencia dentro de la cámara de combustión (ver figuras 2 y 3); así como con una más elevada posición de sobrecombustión que posee una línea central así como por lo menos un compartimiento de sobre-combustión que comprende por lo menos una tobera de aire para la inyección del aire desde por lo menos un compartimiento de sobre-combustión, normalmente en oposición a la bola de fuego de turbulencia y por una opuesta dirección de desplazamiento, que está desplazada con respecto al otro lado de la diagonal, y esto de tal manera que el aire inyectado pueda favorecer la evolución de la bola de fuego de turbulencia dentro de un flujo ascendente, encontrándose la línea central de la más elevada posición de sobre-combustión situada una altura Hsofa desde la línea central del compartimiento superior de inyección de combustible (ver col.2, líneas 47-52).

Las diferencias entre D01 y la reivindicación 1 del documento de solicitud se refieren a la especificación de la altura de tipo SOFA, en el caso de la reivindicación 1 de la solicitud: 0.5 �sofa/Hsofo��0.9; y a la boca de caldera. Se considera que dicho rango de alturas es una selección obvia para el experto en la materia, dentro de un rango de posibilidades y por tanto carente de actividad inventiva. El documento D02 revela una boca de caldera similar a la especificada en la reivindicación 1 del documento de solicitud, por lo que sería posible que un experto en la materia, a la vista del estado de la técnica, añadiera dicha boca a las características señaladas de D01 sin esfuerzo inventivo alguno. Es por todo ello que la reivindicación 1, independiente de la solicitud carece de actividad inventiva de acuerdo con los criterios del artículo 8.1 de la LP.

La reivindicación 2, dependiente, describe que no está prevista ninguna posición de sobre-combustión situada entre la posición más elevada de sobre-combustión y el compartimento superior de inyección de combustible. Como se ha dicho para la reivindicación 1, un experto en la materia escogerá dentro de un rango de posibilidades la altura más conveniente sin que ello implique actividad inventiva ninguna de acuerdo con los criterios del artículo 8.1 de la LP.

En cuanto a la reivindicación 3 independiente, todas sus características se encuentran reflejadas en D01 excepto por los chorros de aire de baja velocidad, procedentes de por lo menos una tobera de aire de baja velocidad, que limpian las paredes del horno e impiden así unas bolsas ricas en combustible en la cercanía de las paredes del horno. El documento D03 muestra un chorro de aire de baja velocidad que limpian las paredes del horno e impiden así unas bolsas ricas en combustible en la cercanía de las paredes del horno (ver figura 1). Por lo tanto un experto en la materia, a la vista del estado de la técnica, combinaría dicha característica señalada de D03 con las de D01 para obtener todas las características de la reivindicación 3, sin esfuerzo inventivo alguno. Es por todo ello que la reivindicación 3, independiente, de la solicitud carece de actividad inventiva de acuerdo con los criterios del artículo 8.1 de la LP.

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201030635

En cuanto a las reivindicaciones 4-8 dependientes, ninguno de los documentos citados tomados solos o en combinación revelan la intención definida en dichas reivindicaciones por lo que se sugiere que se redacte una nueva reivindicación independiente que incluya esas características pero considerando que las características conocidas del estado de la técnica se incluyan en el preámbulo de la nueva reivindicación.

En cuanto a la reivindicación 9 independiente, todas sus características se encuentran anticipadas por D01 excepto porque comprende un sub-compartimiento superior, un sub-compartimiento intermedio y un sub-compartimiento inferior así como una multitud de toberas de aire, dicha característica se considera como una opción de diseño para un experto en la materia y por tanto, carente de actividad inventiva de acuerdo con los criterios del artículo 8.1 de la LP.

Respecto a la reivindicación 10, dependiente, el documento D04 revela el uso de un amortiguador en un sub-compartimento (54,40) (ver figura 1), por tanto un experto en la materia combinaría dicha característica señalada de D04 con las de D01 para obtener las características de la reivindicación 10. Es por todo ello que la reivindicación 10, dependiente, carece de actividad inventiva de acuerdo con los criterios del artículo 8.1 de la LP.

En cuanto a las reivindicación 11 dependiente, ninguno de los documentos citados tomados solos o en combinación revelan la intención definida en dicha reivindicación por lo que se sugiere que se redacte una nueva reivindicación independiente que incluya esas características pero considerando que las características conocidas del estado de la técnica se incluyan en el preámbulo de la nueva reivindicación.

Con respecto a las reivindicaciones 12 y 13, dependientes, el documento D05 revela el uso de un compartimiento inferior que comprende un control individual de inclinación y cada sub-compartimento comprende un respectivo control de guiñada (224,226) (ver figura 4). Es por ello que la reivindicaciones 12 y 13 dependientes, carecen de actividad inventiva de acuerdo con los criterios del artículo 8.1 de la LP.

En cuanto a las reivindicaciones 14-16, dependientes, ninguno de los documentos citados tomados solos o en combinación revela la intención definida en dichas reivindicaciones por lo que se sugiere que se redacte una nueva reivindicación independiente que incluya esas características pero considerando que las características conocidas del estado de la técnica se incluyan en el preámbulo de la nueva reivindicación.

En cuanto a la reivindicación 17 independiente, todas sus características se encuentran anticipadas por D01 excepto porque por lo menos una tobera de combustible del más bajo de los compartimientos de inyección de combustible quema el combustible en el sentido vertical hacia abajo y en la opuesta dirección de desplazamiento. El documento D06 revela la quema de combustible en sentido vertical hacia abajo (ver figura 7) por lo que un experto en la materia, a la vista del estado de la técnica, combinaría dicha característica señalada de D06 con las de D01 para obtener todas las características de la reivindicación 17, sin esfuerzo inventivo alguno. Es por todo ello que la reivindicación 17, independiente, de la solicitud carece de actividad inventiva de acuerdo con los criterios del artículo 8.1 de la LP.

En cuanto a las reivindicaciones 18-20, dependientes, ninguno de los documentos citados tomados solos o en combinación revela la intención definida en dichas reivindicaciones por lo que se sugiere que se redacte una nueva reivindicación independiente que incluya esas características pero considerando que las características conocidas del estado de la técnica se incluyan en el preámbulo de la nueva reivindicación.

Informe del Estado de la Técnica Página 5/5