ES2621080T3

ES2621080T3 - Aparato quemador de combustible flexible y método para calentadores de combustión

Info

Publication number: ES2621080T3
Application number: ES15157231.0T
Authority: ES
Inventors: Darton J Zink; Rex K Isaacs; A.S. Jamaluddin (Jamal); Charles E Benson; Roberto O Pellizzari; Cody L Little; Seth A Marty; K. Parker Imel; Jonathon E Barnes; Chris S Parker
Original assignee: Zeeco Inc
Current assignee: Zeeco Inc
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2017-06-30
Anticipated expiration: 2035-03-02
Also published as: EP2916074B1; US9593847B1; EP2916074A1

Abstract

Un aparato quemador (10) para un sistema de calentamiento de combustión, que comprende: una pared de quemador (20) que se extiende longitudinalmente, teniendo dicha pared de quemador un extremo delantero (22), un exterior (38) que se extiende longitudinalmente, un paso de aire (26) que se extiende longitudinalmente, que se extiende a través de, y está rodeado sustancialmente por, dicha pared de quemador, y una abertura de descarga de dicho paso de aire en dicho extremo delantero de dicha pared de quemador; una muesca exterior (35) que se proporciona en y se extiende sustancialmente alrededor de dicho exterior que se extiende longitudinalmente de dicha pared de quemador, en el que dicha muesca exterior está situada por detrás de dicho extremo delantero de dicha pared de quemador; una pluralidad de canales de suministro de aire primarios (40) que están formados en dicha pared de quemador y se extienden hasta dicha muesca exterior; una pluralidad de canales de descarga de gas producto de la combustión primarios (41) que se extienden en dicha pared de quemador desde dicha muesca exterior hasta dicho extremo delantero de dicha pared de quemador; y una pluralidad de estructuras de eyección de combustible (25) situadas fuera de dicha pared de quemador, en el que dichas estructuras de eyección de combustible tienen puertos de eyección de combustible y estando al menos algunos de dichos puertos de eyección de combustible orientados para el suministro de al menos una porción de un combustible gaseoso al interior de dicha muesca exterior.

Description

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DESCRIPCION

Aparato quemador de combustible flexible y metodo para calentadores de combustion

Esta invencion se realizo con apoyo gubernamental en virtud del contrato n.° DE-EE0000069 otorgado por el Departamento de Ene^a de Estados Unidos. El Gobierno tiene ciertos derechos en la invencion.

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a aparatos quemadores y a metodos utilizados en calentadores de proceso, calderas, incineradores, y otros sistemas de calentamiento de combustion.

Antecedentes de la invencion

Existe una necesidad de un quemador de combustible flexible para refinenas, plantas qmmicas y otras instalaciones que permitan la operacion de calentadores de combustion que utilizan combustibles que van desde gases convencionales a biogases y gases sinteticos. El quemador preferiblemente sera eficaz para quemar de forma segura y eficiente de una amplia gama de combustibles gaseosos de una manera rentable, mientras que tambien minimice las emisiones de contaminantes. Ademas, el quemador preferiblemente proporcionara un mecanismo de estabilizacion de la llama que permitira que el quemador y el sistema de calentamiento de combustion se adapten de forma rapida y segura a cambios repentinos y amplios en el valor de calentamiento del combustible suministrado al quemador.

En una refinena de petroleo, la composicion del combustible gaseoso de refinena generado por las operaciones de refinena variara considerablemente, y puede cambiar de repente, dependiendo de la configuracion de la refinena y del estado operativo y de las caractensticas de las numerosas unidades de procesamiento dentro de la refinena. Por ejemplo, gas de escape Flexicoker es un gas de bajo BTU que se produce y se utiliza en muchas refinenas y que puede reducir de manera significativa el valor de calentamiento del combustible suministrado al quemador si se utiliza por separado o en combinacion con otros gases.

Hasta ahora, cuando el valor de calentamiento o el suministro del combustible gaseoso de refinena ha sido bajo, el gas natural ha sido tipicamente mezclado con los gases generados por la refinena para abastecer el resto de las necesidades de energfa de la planta. Alternativamente, gas natural puede servir como combustible para una unidad dedicada o una planta entera.

Combustibles gaseosos de interes adicionales para su uso en calentadores de combustion incluyen digestores de biogas a partir de materia organica, incluyendo residuos animales y agncolas, plantas de aguas residuales y vertederos; asf como gases de smtesis de la gasificacion de la biomasa, residuos solidos urbanos, residuos de construccion, o residuos de refinena, tales como alquitran, brea y coque de petroleo. Desafortunadamente, sin embargo, estos gases tienen tfpicamente tienen valores de calentamiento muy bajos y pueden variar significativamente en composicion.

El grado de intercambiabilidad de combustibles gaseosos para su uso en aplicaciones de combustion se puede evaluar mediante la determinacion y la comparacion de los numeros de Wobbe de los combustibles en cuestion. El numero de Wobbe de un combustible gaseoso se determina dividiendo el valor de calentamiento mas alto del combustible por la rafz cuadrada de su peso espedfico. Para el flujo incompresible a traves de un orificio de combustible fijo con la presion de suministro de combustible constante, la tasa de flujo de energfa (es decir, la tasa de combustion) de un combustible gaseoso sera proporcional a su numero de Wobbe.

Tfpicamente, los valores de numero de Wobbe para los diferentes tipos de combustibles gaseosos antes mencionados son los siguientes: de 120 a 150 de gas de smtesis; de 500 a 600 para el biogas; de 1300 a 1400 para el gas natural; y de 1100 a 1500 para el combustible gaseoso de refinena. En consecuencia, para poder usartodos estos diversos tipos de combustibles de forma intercambiable en un sistema de combustion, se requerina que el sistema de combustion acomodara mas de un orden de magnitud de variacion en el valor del numero de Wobbe del combustible suministrado al quemador.

Hasta ahora, los quemadores disponibles en la tecnica no han sido capaces de responder y adaptarse al valor de calentamiento y cambios de valores del numero de Wobbe se acercan a esta magnitud de manera adecuada y eficaz. De hecho, la mayona de los quemadores comerciales actualmente en servicio no son capaces de gestionar combustibles de bajo poder calonfico como biogas y gas de smtesis en absoluto. Los mecanismos de estabilidad de los quemadores disponibles actualmente en el mercado estan disenados tfpicamente para combustibles que se queman mucho mas facilmente. Por otra parte, cambiar rapidamente de un combustible a otro tensa la estabilidad del quemador aun mas.

Por consiguiente, biogases, gases de smtesis y otros de tales gases de bajo valor de calentamiento son comunmente considerados como que son esencialmente inutilizables, y al ser tan diffciles de quemar de manera

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estabilizada, simplemente se queman, desperdiciando as^ el contenido de ene^a de estos gases y dando lugar a un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero.

El documento US 2013/0122440 describe un aparato quemador para un sistema de horno que tiene una serie de estructuras de eyeccion de combustible que rodean al menos parcialmente la pared de quemador para eyectar el combustible en una region de combustion que se proyecta desde el extremo delantero de la pared de quemador. Las estructuras de eyeccion eyectan preferentemente el combustible al exterior de la pared de quemador con inclinaciones variadas. Ademas, el aparato quemador incluye preferiblemente al menos una serie adicional de estructuras de eyeccion de combustible que esta separada radialmente hacia fuera desde la primera serie de estructuras de eyeccion.

El documento DE 60016106 T2 describe un quemador de gas que tiene conductos centrales de gas y lfquido combustible, rodeado de un conducto de aire y conductos de gas adicionales que se extienden a traves del conducto de aire. Los conductos de gases de escape se fijan en la cara exterior del conducto de aire mediante un enlace, que tiene propiedades de transferencia de calor.

El documento US 6.499.990 describe un quemador y un metodo para reducir emisiones de NOx de calentadores de proceso, calderas y otros sistemas de calentamiento que tienen los gases de combustion presentes en los mismos. La tecnica implica la combustion de una sola etapa de combustible gaseoso que se eyecta fuera de una pared de quemador en el flujo de chorro libre, de tal manera que al menos una porcion del gas de combustion es arrastrada en el combustible gaseoso a medida que se desplaza a una zona de combustion en el extremo delantero de la pared de quemador. Aire u otro gas que contiene oxfgeno se suministra preferentemente a la zona de combustion a traves de un paso interior. Una pluralidad de eyectores pueden estar situados fuera de la pared de quemador y el quemador puede comprender tambien una o mas estructuras de impacto exteriores colocadas para ayudar en la mezcla adicional de los gases de combustion con el combustible.

Sumario de la invencion

Realizaciones particulares y preferidas de la presente invencion se exponen en las reivindicaciones independientes y dependientes que se acompanan.

Las realizaciones de la presente invencion proporcionan un aparato quemador de combustible flexible, y un metodo de operacion del quemador, que alivia los problemas descritos anteriormente. El quemador y el metodo de una realizacion permiten el uso intercambiable de los combustibles que tienen valores de numero de Wobbe que van desde 1800 o mas (por ejemplo, combustibles gaseosos convencionales de alto valor de calentamiento) a 100 o menos (por ejemplo, biogases y gases sinteticos de bajo valor de calentamiento). Las caractensticas de estabilizacion de llamas unicas proporcionadas por el quemador y el metodo de una realizacion tambien permiten que el quemador acomode de forma segura cambios repentinos y amplios en el valor de calentamiento del combustible suministrado al quemador, sin exhibir cambios notables en la estabilidad de la llama del quemador.

Ademas, el quemador de combustible flexible y el metodo de una realizacion generan niveles muy bajos de emisiones de NOx y CO. Ademas, al permitir el uso beneficioso de biogases, gas de smtesis, y otros gases de efecto calonfico mmimo, que simplemente hasta ahora se han dispuestos para la quema, el quemador de combustible flexible y el metodo de una realizacion operan para: reducir las emisiones de gases de efecto invernadero; reducir los costes de energfa de la planta; reducir las emisiones de NOx; y mitigar, en cierta medida, los aumentos en el precio del gas natural.

En un aspecto, se proporciona un aparato quemador para un sistema de calentamiento de combustion, de acuerdo con la definicion de la reivindicacion 1.

En otro aspecto, se proporciona un metodo de funcionamiento de un quemador que comprende las etapas como se define en la reivindicacion 12.

Breve descripcion de los dibujos

La presente invencion se describira adicionalmente, a modo de ejemplo solamente, con referencia a realizaciones de la misma como se ilustra en los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista en seccion en alzado de una realizacion 10 del conjunto de quemador de la invencion.

La figura 2 es una vista en seccion en alzado de una realizacion 20 de la pared de quemador del conjunto de quemador de la invencion 10.

La figura 3 es una vista en planta de la pared de quemador 20 de la invencion de una realizacion.

La figura 4 es una vista inferior de la pared de quemador 20.

La figura 5 es una vista en seccion en alzado de una pieza terminal de ceramica delantera 47 de la pared de quemador 20.

La figura 6 es una vista en planta de la pieza terminal ceramica 47.

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La figura 7 es una vista en seccion en alzado esquematica de la pared de quemador 20.

La figura 8 es una vista en seccion esquematica ampliada de la porcion 59 de la pared de quemador 20 identificada en la figura. 7.

La figura 9 es una vista en perspectiva de una punta de eyeccion de combustible gaseoso 36 preferida para su uso en el conjunto de quemador 10.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

En el aparato quemador de la invencion y el metodo de funcionamiento de una realizacion, se crea una zona inicial (primaria) de combustion y de estabilizacion de la llama mediante la combustion de una porcion del combustible del quemador en una muesca exterior anular que se forma en y alrededor de, o por lo menos sustancialmente alrededor, del exterior de la pared ceramica del quemador. La muesca exterior anular esta situada por detras del extremo delantero del quemador y esta preferiblemente configurada y dimensionada para recibir menos del 20 %, mas preferiblemente de aproximadamente al 2 % a aproximadamente el 15 % y lo mas preferiblemente de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 10 %, del total de combustible y aire en combustion en el quemador. Los productos de combustion calientes producidos en esta zona primaria se canalizan hacia el extremo delantero de la pared de quemador donde se mezclan con y proporcionan una fuente de ignicion para las principales corrientes de combustible y de aire en una zona secundaria de combustion y de estabilizacion, mejorando asf adicionalmente el encendido y la estabilizacion de la llama principal del quemador en o cerca del extremo delantero de la pared de quemador.

A modo de ejemplo, una realizacion 10 del aparato quemador de la invencion se ilustra en las figuras 1-8. El quemador 10 de la invencion comprende una carcasa 12 y una pared de quemador 20. La pared de quemador 20 tiene: un eje longitudinal 21, una salida o extremo delantero 22, un extremo de base 23, y un paso central o cuello 26 que se extiende a traves de la misma. La pared de quemador 20 se construye preferiblemente de un material ceramico de quemador refractario de alta temperatura.

El extremo de salida 22 del quemador 10 esta en comunicacion con el interior del calentador, caldera, incinerador, u otro recinto del sistema de calentamiento de combustion en el que tiene lugar la combustion y que, por lo tanto, contiene gases producto de la combustion (es decir, gases de combustion). El quemador 10 se muestra como instalado a traves de un suelo del horno o de otra pared 32, tipicamente formada de metal. El material aislante 30 tipicamente se fija en el interior de la pared 32 del horno.

El aire de combustion u otro gas que contiene oxfgeno 28 es recibido en la carcasa 12 y es dirigido por la misma en el extremo de entrada 23 del cuello 26 del quemador. El aire 28 sale del quemador en el extremo de salida 22 del mismo. Como se comprendera, la cantidad de aire de combustion que entra en la carcasa 12 se puede regular, por ejemplo, mediante una valvula de mariposa de entrada de aire de combustion. El aire 28 se puede proporcionar a la carcasa 12 segun sea necesario mediante circulacion forzada, corriente inducida, corriente equilibrada, corriente natural, o de cualquier otra manera empleada en la tecnica.

Un piloto quemador 72 preferiblemente se encontrara dentro del paso central 26 de la pared de quemador 20 para iniciar la combustion en el extremo exterior 22 del quemador. Como se entendera por los expertos en la tecnica, la unidad del quemador 10 tambien puede incluir una o una pluralidad de pilotos auxiliares 75. Alternativamente, o, ademas, la muesca exterior anular 35 (descrita mas adelante) del quemador 10 segun la invencion se puede utilizar como un piloto mediante la alimentacion de gas natural a la muesca 35 a traves de uno o mas de los canales de suministro de aire 40 (descritos a continuacion) del quemador 10 segun la invencion y proporcionando un encendedor de chispa o de superficie caliente para encender un segmento de la muesca exterior anular 35.

La pared de quemador 20 del quemador 10 segun la invencion puede ser circular, cuadrada, rectangular, o en general cualquier otra geometna deseada. La pared de quemador 20 tendra preferiblemente una forma de seccion transversal circular o sustancialmente circular.

La pared de quemador 20 del aparato quemador 10 segun la invencion comprende preferiblemente: una muesca exterior anular 35 como se ha mencionado anteriormente, que esta dispuesta en, y rodea o al menos rodea sustancialmente, el exterior 38 que se extiende longitudinalmente de la pared de quemador 20; una pluralidad de canales de suministro de aire primarios 40 que estan formados dentro y se extienden longitudinalmente a traves de la pared de quemador 20 desde el extremo 23 de la base de la pared de quemador 20 a la muesca exterior anular 35; y una pluralidad de canales de descarga de gas producto de la combustion primarios 41 que estan formados dentro y se extienden longitudinalmente a traves de la pared de quemador 20 de la muesca exterior anular 35 al extremo exterior (hacia delante) 22 de la pared de quemador 20.

En el aparato quemador 10 de la invencion, una parte del combustible gaseoso (preferiblemente menos del 20 % del combustible total de gas) se quema en, y tipicamente tambien en cierta medida fuera de, la muesca exterior anular 35 para proporcionar una zona inicial (primaria) de combustion y de estabilizacion de la llama 14. La zona principal de combustion 46 del quemador 10 de la invencion, sin embargo, esta situada por delante de la muesca exterior anular 35 y, preferiblemente, comienza en o cerca del extremo delantero 22 de la pared de quemador 20.

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La pared de quemador 20 se puede formar tanto de una sola pieza ceramica refractaria o de una pluralidad de piezas montadas. La pared de quemador 20 esta formada preferentemente de dos piezas que comprenden: (a) una pieza ceramica de base 43 que se extiende longitudinalmente que tiene una ranura 44 formada alrededor de su extremo distal 45 y (b) una pieza terminal ceramica delantera 47 que esta unida al extremo distal 45 de la pieza ceramica de base 43 usando mortero o cualquier otro material o medios de fijacion adecuados. La union de la pieza terminal ceramica 47 al extremo distal 45 de la pieza ceramica de base 43 cierra el extremo delantero de la ranura distal 44 de la pieza ceramica de base 43, de manera que la ranura distal 44 de la pieza ceramica de base 43 forma la muesca exterior anular 35 en la estructura de la pared de quemador montada. Ademas, esta realizacion de dos piezas permite que los canales de descarga de gas producto de la combustion primarios 41 se formen convenientemente en la pieza terminal ceramica 47 antes del montaje, y tambien permite que los canales de suministro de aire primarios se formen por separado antes del montaje en la pieza de base 43.

Una serie 15 de las puntas de eyeccion primarias, boquillas, o de otras estructuras eyectoras de combustible gaseoso primarias 25 rodean preferiblemente, al menos sustancialmente, y lo mas preferiblemente, rodean por completo, la pared de quemador 20. Los eyectores de combustible primarios 25 estan colocados preferiblemente longitudinalmente por detras de y lateralmente hacia fuera desde la muesca exterior anular 35.

En una realizacion 10 del quemador de la invencion, cada eyector principal 25 se representa como que comprende una punta de eyeccion de combustible primaria 36 fijada sobre el extremo de un tubo de combustible 37. Cada tubo de combustible 37 esta en comunicacion con un colector de suministro de combustible primario 34 y puede, por ejemplo, o bien (a) extenderse a traves de una porcion de faldon exterior inferior de la pieza ceramica 20, (b) fijarse dentro del material aislante 30 unido a la pared del horno 32, o (c) extenderse a traves de un material de aislamiento de relleno (por ejemplo, un material de manta 78 aislante de alta temperatura suave) instalado entre el extremo inferior de la pieza ceramica 20 del quemador y el material aislante de la pared del horno 30. Aunque los tubos de combustible 37 estan conectados preferiblemente a un colector de suministro de combustible primario 34, se entendera que cualquier otro tipo de sistema de suministro de combustible, alternativamente, se puede utilizar en la presente invencion.

Las boquillas de flujo de al menos algunos de los eyectores 25 de la serie primaria de eyectores 15 estan orientadas para la descarga de al menos una porcion del combustible gaseoso en un regimen de flujo en chorro hacia y dentro de la muesca exterior anular 35. Preferiblemente, un primer conjunto de los eyectores 25 en la serie primaria 15 estan orientados para suministrar una parte del combustible gaseoso al interior de la muesca exterior anular 35 y un segundo conjunto (es decir, el resto) de los eyectores primarios 25 estan orientados para ofrecer una porcion del combustible gaseoso por delante de la muesca exterior anular 35.

Mas preferiblemente, el primer conjunto de eyectores primarios 25 estan orientados para ofrecer una porcion del combustible gaseoso hacia el borde exterior 48 de la pared lateral trasera 49 de la muesca exterior 35 y el segundo conjunto de eyectores primarios estan orientados para suministrar una porcion del combustible gaseoso al borde exterior 51 del extremo delantero 22 de la pared de quemador 20. En este escenario, el borde exterior posterior 48 de la muesca exterior 35 y el borde exterior anterior 51 en el extremo 22 de la pared de quemador 20 funcionan como estructuras de impacto que disminuyen el impulso de flujo y/o aumentan la turbulencia de los flujos de combustible gaseoso suficientemente para promover la entrada de gas de combustion y la mezcla al tiempo que permite los flujos respectivos fluyan a las zonas de combustion primarias (iniciales) y secundarias (principales) 14 y 46. Las zonas calientes de baja presion creadas al ponerse en contacto con los bordes del material refractario 48 y 51 contribuyen aun mas a la combustion mejorada y a la estabilidad de la llama proporcionada por el quemador 10 de la invencion.

En una disposicion preferida, el primer conjunto de eyectores 25 en la serie primaria 15 (es decir, los eyectores primarios que estan dirigidos hacia la muesca exterior 35) estan dispuestos en una relacion de alternancia con el restante segundo conjunto de eyectores primarios 25, de modo que (a) un primer eyector principal 25 eyectara combustible gaseoso en la muesca exterior 35, (b) el eyector principal inmediatamente posterior 25 eyectara combustible gaseoso por delante de la muesca exterior 35, (c) el eyector principal inmediatamente posterior 25 eyectara combustible gaseoso en la muesca exterior 35, (d) etc. En otras palabras, en esta realizacion, cada otra punta 25 en la serie primaria 15 esta orientada para eyectar combustible gaseoso en la muesca exterior anular 35.

Dado que preferiblemente menos del 20 % (mas preferiblemente de aproximadamente el 2 % a aproximadamente el 15 % y lo mas preferiblemente de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 10 %) del combustible gaseoso total utilizado en el quemador 10 es suministrado a la muesca exterior anular 35 del quemador 10, los orificios de flujo del primer conjunto de eyectores 25 en la serie primaria 15 estan dimensionados para suministrar colectivamente esta cantidad de combustible gaseoso a la muesca 35 a una velocidad de chorro libre. Los orificios de todos los otros eyectores utilizados en el aparato quemador 10 de la invencion, por otra parte, estan dimensionados preferiblemente para suministrar colectivamente el resto del combustible gaseoso a una o mas ubicaciones mas alla de la muesca exterior anular 35.

Por consiguiente, a modo de ejemplo, pero no a modo de limitacion, si la serie primaria 15 de eyectores 25 es la unica serie de eyectores incluida en el quemador 10 de la invencion y los eyectores primarios 25 estan dispuestos

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en una relacion de alternancia, de modo que aproximadamente la mitad de los eyectores primarios se orienta para eyectar combustible gaseoso en la muesca exterior 35, a continuacion, los orificios de flujo de la otra mitad de los eyectores primarios 25 seran de un tamano para descargar al menos el 80 %, mas preferiblemente de aproximadamente el 85 % a aproximadamente el 98 %, y mas preferiblemente de aproximadamente el 90 % a aproximadamente el 95 %, del total de combustible gaseoso.

El numero y el tamano de los canales de suministro de aire primarios 40 que se extiende longitudinalmente dentro de la pared de quemador 20 a la muesca exterior anular 35 preferiblemente sera suficiente para suministrar la cantidad de aire de combustion necesaria para obtener una relacion de combustion de aire/combustible deseada en la zona de combustion primaria 14. Esta cantidad de aire normalmente sera menor del 20 %, mas preferiblemente de aproximadamente el 2 % a aproximadamente el 15 % y lo mas preferiblemente de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 10 %, del aire de combustion total utilizado en el quemador 10.

Los canales de suministro de aire primarios 40 preferentemente se disponen en una serie continua dentro de la pared de quemador 20. Ademas, el numero de canales de suministro de aire primarios 40 sera preferiblemente el mismo que el numero de eyectores 25 en la serie primaria 15 de eyectores que rodea la pared de quemador. Mas preferiblemente, un canal de suministro de aire primario 40 estara colocado adyacente a cada uno de los eyectores primarios 25 que rodea la pared de quemador 20. Ademas, el diametro o la anchura de los canales de suministro de aire primarios 40 seran preferiblemente menos del 50 %, mas preferiblemente menos del 33 %, de la anchura lateral de la muesca externa anular 35.

De manera similar a los canales de suministro de aire 40, los canales de descarga de gas producto de la combustion primarios 41 tambien preferiblemente estan dispuestos en una serie continua dentro de la parte exterior de la pared de quemador 20. Los canales de descarga de productos de combustion 41 preferiblemente se dimensionan para permitir que los gases producto de la combustion producida en la muesca exterior anular 35 fluyan a traves de los canales de descarga de productos de combustion 41 hacia el extremo de salida 22 de la pared de quemador 20. Para proporcionar una mayor estabilizacion para la llama principal del quemador 10, la forma de seccion transversal, la orientacion y la ubicacion de los canales de descarga de productos de combustion primarios 41 preferiblemente se seleccionan para aumentar el tamano y la fuerza de las zonas de recirculacion establecidas en las aberturas de descarga 52 de los canales 41 en el extremo de salida 22 de la pared de quemador 20.

Los canales de descarga del producto de combustion primarios 41 son preferiblemente rectangulares, pero podnan ser circulares u otras formas deseadas. Ademas, las aberturas de descarga 52 de los canales de descarga de productos de la combustion primarios 41, rodean preferiblemente, o sustancialmente estan alrededor de, la abertura de descarga exterior del paso de aire central 26 de la pared de quemador 20 y tambien proporcionan preferiblemente una longitud abierta o longitud de arco combinada total que es de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 70 %, mas preferiblemente de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 60 % y lo mas preferiblemente de aproximadamente el 50 % de la distancia total alrededor (por ejemplo, la circunferencia de, en el caso de un quemador redondo) el extremo exterior 22 de la pared de quemador 20.

A pesar de que otras formas de seccion transversal, alternativamente, se pueden utilizar, la muesca exterior anular 35 proporcionada alrededor de la pared de quemador 20 preferiblemente tiene una forma longitudinal rectangular cuadrada u otra seccion transversal que esta unida portres superficies refractarias, es decir, la pared interna lateral posterior 49 de la de la muesca exterior 35, una pared lateral interna anterior 53, y la pared longitudinal interior 64. A excepcion de los canales de suministro de aire y de descarga de productos de combustion 40 y 41, la unica area abierta de la muesca exterior anular 35 es su cara exterior que se extiende longitudinalmente 54, la cual recibe la radiacion desde la camara del horno. En consecuencia, la perdida neta de calor de la zona de combustion primaria 14 es muy baja, lo que aumenta aun mas la estabilidad de la zona de combustion primaria 14. Ademas, una porcion del producto gaseoso de combustion caliente producido en la muesca exterior 35 puede salir de la muesca 35 a traves de su cara exterior abierta 54 para proporcionar una fuente de ignicion adicional al borde exterior anterior 51 de la pared de quemador 20.

Ademas, la geometna de la muesca exterior anular 35, la forma de suministro de la corriente de combustible a traves de la cara externa abierta 54 de la muesca 35, la ubicacion interna de las aberturas de descarga 55 de los canales de suministro de aire primarios 40, y la ubicacion interna de las aberturas de entrada 56 de los canales de descarga de gas de combustion primarios 41 funcionan juntos para crear y accionar una zona de circulacion toroidal dentro de la muesca exterior anular 35. La circulacion y mezcla del combustible, aire, y productos de combustion calientes resultante dentro del toroide sirven para encender el combustible entrante y para proporcionar suficiente tiempo de residencia para que se produzca la combustion, por lo tanto, aumentando aun mas la estabilidad de la zona de combustion primaria y de estabilizacion 14.

En lo que respecta a la geometna de la seccion transversal interna de la muesca exterior anular 35, las aberturas de descarga internas 55 de los canales de suministro de aire primarios 40 estan situadas preferiblemente de modo que las lmeas centrales que se extienden longitudinalmente de los canales de suministro de aire 40 estan lateralmente fuera de la lmea central que se extiende longitudinalmente 58 de la muesca de combustion exterior anular 35. Este posicionamiento permite que la corriente de aire conduzca la circulacion toroidal en la direccion deseada. Ademas,

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para impulsar aun mas la circulacion y para evitar que las corrientes de aire primarias pasen directamente a traves de la muesca de combustion anular 35, la serie de aberturas de entrada internas 56 de los canales de descarga de gas producto de la combustion primarios 41 se desplaza preferiblemente lateralmente hacia dentro a partir de la serie de aberturas de suministro de aire internas 55. Ademas, las lmeas centrales que se extienden longitudinalmente desde los canales de descarga de gas de combustion primarios 41 estan posicionadas preferentemente lateralmente en el interior de la lmea central que se extiende longitudinalmente 58 de la muesca exterior anular 35. Ademas, para promover tambien una fuerte circulacion dentro de la muesca exterior anular 35, la muesca 35 tendra preferiblemente una relacion de aspecto de la seccion transversal (anchura longitudinal/profundidad lateral) de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,5.

Para proporcionar mayor flexibilidad para la quema de combustible de bajo poder calonfico y para responder a cambios bruscos repentinos en el valor del numero de Wobbe del combustible entrante, el quemador 10 de la invencion preferiblemente tambien incluye una serie 15' de puntas de eyeccion, boquillas secundarias, u otro eyectores de combustible 25' que rodean preferiblemente, al menos sustancialmente, y mas preferiblemente rodea completamente, y esta separada radialmente hacia fuera desde, la serie 15 de eyectores primarios 25. Los eyectores de combustible secundarios 25' se colocan preferentemente longitudinalmente hacia atras y lateralmente hacia fuera de desde el extremo delantero 22 de la pared de quemador 20.

Cada eyector secundario 25' comprende preferiblemente una punta de eyeccion de combustible secundaria 36' fijada sobre el extremo de un tubo de suministro de combustible que esta conectado a un colector de suministro de combustible secundario 34'. Aunque los tubos de combustible secundarios para las puntas de eyeccion secundarias 36' estan conectados preferiblemente a un colector de suministro de combustible secundario 34', se entendera que cualquier otro tipo de sistema de suministro de combustible, alternativamente, podna ser utilizado para los eyectores secundarios 25'.

La serie 15' de las puntas secundarias de eyeccion, boquillas, u otras estructuras secundarias de eyeccion de combustible 25' estan preferiblemente separadas radialmente hacia fuera de la serie 15 de las estructuras de eyeccion de combustible gaseoso primarias 25 una distancia de al menos aproximadamente 0,5 pulgadas (13 mm). Aunque mayores separaciones se pueden utilizar para los quemadores mas grandes, tfpicamente se prefiere que la serie 15' de eyectores de combustible secundarios 25' este espaciada radialmente hacia fuera de la serie 15 de eyectores de combustible primarios 25 por una distancia en el intervalo de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 7,5 pulgadas (38-191 mm), lo mas preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 4,5 pulgadas (51-114 mm).

El quemador 10 de la invencion ilustrado en la figura 1 tambien incluye, ademas, una tercera serie 15” opcional de puntas de eyeccion, boquillas, o de otras estructuras de eyeccion de combustible 25", que preferiblemente rodea sustancialmente, y mas preferiblemente rodea completamente, y esta separada radialmente hacia fuera desde, la serie 15' de eyectores secundarios 25'. Los eyectores 25” estan colocados preferiblemente longitudinalmente por detras de y lateralmente hacia fuera desde el extremo delantero 22 de la pared de quemador 20.

Cada eyector 25” comprende preferiblemente una punta de eyeccion de combustible 36" fijada sobre el extremo de un tubo de suministro de combustible que esta conectado a un tercer colector de suministro de combustible 34". Aunque los tubos de combustible para las puntas de eyeccion 36” estan conectados preferiblemente a un tercer colector de suministro de combustible 34", se entendera que cualquier otro tipo de sistema de suministro de combustible, alternativamente, podna ser utilizado para los eyectores 25".

Aunque las tres series 15, 15' y 15” de puntas de eyeccion, boquillas, u otras estructuras de eyeccion de combustible gaseoso se ilustran en la figura 1, tambien se entendera que se podnan utilizar alternativamente cuatro o mas series de eyectores circundantes. Cada serie sucesiva de eyectores de combustible estara preferiblemente separada radialmente hacia fuera de la serie anterior de eyectores de combustible en al menos 0,5 pulgadas (13 mm), mas preferiblemente de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 7,5 pulgadas (38-191 mm), y lo mas preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 4,5 pulgadas (51-114 mm).

La incorporacion de una, dos o mas series adicionales 15', 15” de puntas de eyeccion de combustible gaseoso en el aparato quemador 10 segun la invencion aumenta el area de puerto disponible para combustibles de bajo numero de Wobbe. Ademas, el mayor numero de chorros de combustible aumenta la velocidad de mezcla de gases de combustion con el combustible, produciendo emisiones inferiores de NOx. Por otra parte, mediante la apertura secuencial de colectores de combustible exteriores adicionales al disminuir el valor del numero de Wobbe del combustible gaseoso, la presion del colector de gas se puede mantener dentro de un intervalo necesario para caractensticas efectivas de mezcla de chorro. Por lo tanto, una mayor variedad de combustibles puede quemarse mientras se logra una fuerte estabilizacion de la llama, buena forma de la llama, y bajas emisiones de NOx.

Ademas, a medida que el numero de Wobbe disminuye y se activa cada serie exterior adicional de eyectores, se quema proporcionalmente menos combustible desde la serie de colectores de inyeccion primarios 15. En consecuencia, la relacion de equivalencia de la mezcla de gas y aire dentro de la zona de combustion primaria 14 proporcionada por la muesca 35 se vuelve mas delgada con la disminucion del numero de Wobbe. En otras

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palabras, aunque una mezcla rica, todav^a inflamable, se crea de manera deseable en la muesca exterior anular 35 cuando se queman combustibles con altos numeros de Wobbe, la mezcla deseable se convierte en mas delgada (es decir, tiene una proporcion de combustible a aire) inferior al quemar combustibles de bajo numero de Wobbe. Ademas, las emisiones totales de NOx del quemador se reducen al mmimo mediante la quema de solo una pequena cantidad de combustible en la region de la muesca.

En el metodo de una realizacion de la presente invencion, la activacion o desactivacion secuencial de los colectores de combustible exteriores adicionales preferiblemente se controla automaticamente mediante (a) la monitorizacion de al menos un parametro que es eficaz para indicar una reduccion o aumento en el valor del numero de Wobbe del combustible gaseoso y (b) la activacion o desactivacion de una serie secundaria de las estructuras de eyeccion de combustible (por ejemplo, un colector de eyeccion secundaria) cuando el parametro alcanza un valor predeterminado. En consecuencia, por ejemplo, si el quemador 10 de la invencion se opera usando solo su serie primaria 15 de eyectores 25, la serie secundaria 15' de eyectores 25' se activa automaticamente si el(los) parametro(s) monitorizado(s) alcanza(n) un valor predeterminado que indica una disminucion suficiente en el valor del numero de Wobbe del combustible. Posteriormente, si el valor del numero de Wobbe del combustible continuo disminuyendo de tal manera que el(los) parametro(s) monitorizado(s) volvio a alcanzar un valor predeterminado, la tercera serie 15” de eyectores 25" tambien se activa automaticamente.

A modo de ejemplo, pero no a modo de limitacion, el parametro monitorizado puede incluir o consistir en la presion del combustible gaseoso del anillo(s) de eyeccion interior, de tal manera que un anillo exterior adicional de eyectores podna ser activado automaticamente cuando se alcanza el maximo de la presion disponible para el(los) anillo(s) interior(es). Alternativamente, los ejemplos de otros parametros que pueden ser monitorizados y utilizados con fines de control incluyen, pero no se limitan a, la composicion y/o el numero de Wobbe del combustible.

Cada una de las puntas de eyeccion de combustible gaseoso 36, 36' y 36” en las series primaria, secundaria y terciaria de las puntas de eyeccion puede tener cualquier numero deseado de puertos de eyeccion previstos en las mismas. Estos puertos tambien pueden ser de cualquier forma deseada y pueden ser dispuestos para proporcionar, en general, cualquier patron deseado o el regimen del flujo de combustible gaseoso fuera de la pared de quemador 20. Ejemplos de formas de puerto de eyeccion adecuadas incluyen, pero no se limitan a los drculos, elipses, cuadrados, rectangulos, y orificios de eyeccion detipo supersonico.

Cada una de las puntas de eyeccion 36, 36' y 36” empleadas en el quemador 10 tendra mas preferiblemente solamente un unico puerto de eyeccion proporcionado en la misma. El puerto de eyeccion individual proporcionado en cada punta de eyeccion 36, 36' y 36” puede ser de cualquier forma capaz de proporcionar el flujo de chorro libre y el grado de arrastre y de mezcla deseado. Ademas, los orificios de eyeccion individuales de todas las puntas de eyeccion 36, 36', y 36” pueden ser de la misma forma o pueden ser de cualquier combinacion deseada de diferentes formas aceptables. Tfpicamente, los puertos de eyeccion de las puntas 36, 36' y 36” seran, o tendran un tamano equivalente a, un puerto circular que tiene un diametro en el intervalo de aproximadamente 0,062 a aproximadamente 0,50 pulgadas (1,57-13 mm).

Dependiendo principalmente del tamano del quemador y de las necesidades de capacidad de la aplicacion particular en cuestion, en general, se puede utilizar cualquier numero y separacion de los eyectores 25, 25', y 25” en la serie primaria, secundaria, o terciaria 15, 15', o 15". La separacion entre pares adyacentes de eyectores tipicamente sera la misma, pero puede ser diferente. Pares de eyectores 25', 25', o 25' adyacentes estaran preferentemente separados a una distancia suficiente, de tal manera que, eyectores vecinos no interferiran entre sf en lo que respecta al arrastre de chorro libre de gas de combustion en las corrientes eyectadas. Cada par adyacente de eyectores estara tipicamente separado al menos 0,25 pulgadas (6,4 mm) (mas tipicamente al menos 1,5 pulgadas (38 mm)). Cada par de eyectores primarios 25 adyacentes estara mas preferiblemente separado alrededor de 1,5 pulgadas a aproximadamente 2,2 pulgadas de distancia (38-56 mm).

Cada una de las puntas de eyeccion de combustible primarias, secundarias y terciarias 36, 36' y 36” que se utiliza en el quemador 10 de la invencion preferiblemente sera de un tipo como se muestra y se describe en la patente US n.° 6.626.661. Una estructura de punta de eyeccion 36, 36', 36” particularmente preferida se muestra en la figura 9.

Estas configuraciones de punta reducen la obturacion y la coquizacion generalmente asociadas con la mayona de los problemas de estabilidad del quemador. Tambien tienen menos masa y la zona menos expuesta reduce el aumento de la temperatura y, por lo tanto, reduce la coquizacion. Ademas, la probabilidad de obturacion se reduce aun mas, ya que tiene, preferiblemente, un solo puerto perforado en la punta. Ademas, las formas aerodinamicas de estas puntas mejoran adicionalmente la mezcla de gases inertes con el combustible gaseoso eyectado desde la punta. La forma de tipo "lamina de aire" aumenta el flujo de productos inertes de combustion en torno a la punta para una mayor mezcla que a su vez reduce las emisiones de NOx.

Ademas, el uso preferente de solo un (1) puerto perforado en la punta contribuye a la relacion de rechazo significativamente mejorada proporcionada por la unidad del quemador 10 segun la invencion. Ademas, dado que estas puntas no requieren puertos de encendido y, por lo tanto, permiten el uso de puertos de combustible mas pequenos, mas puntas pueden colocarse de manera uniforme alrededor de la pieza ceramica del quemador, lo que

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permite que el quemador mezcle de manera mas uniforme el combustible gaseoso y el aire de combustion juntos, lo que permite el quemador funcione con menor exceso de aire.

El siguiente ejemplo esta destinado a ilustrar, pero de ninguna manera limitar, la invencion reivindicada.

Ejemplo

Las pruebas se realizaron utilizando un conjunto de quemador 10 de la invencion como se ilustran en las figuras 1 a 9. El conjunto de quemador 10 tema: una tasa de combustion de diseno de 5 MMBTU/Hr (1,47 MW); un quemador de pared circular 20; un diametro exterior en el extremo delantero 22 de la pared de quemador 20 de 18,5 pulgadas (470 mm); un diametro interior en el extremo de descarga del cuello del quemador de 11,75 pulgadas (298,5 mm); una muesca de combustion exterior anular circular 35 formada en la pared de quemador y que tiene una profundidad radial de 1,75 pulgadas (44,5 mm) y una anchura longitudinal de 1,5 pulgadas (38 mm); un total de 34 canales de suministro de aire primarios 40 conicos que tiene un diametro de entrada de 0,75 pulgadas (19,1 mm) en el extremo de base de la pared de quemador y un diametro extremo de salida de 0,625 pulgadas (15,9 mm) en la muesca anular 35; un anillo primario 15 de eyectores que tienen un total de 34 puntas de eyeccion primarias 25; dos anillos exteriores adicionales 15' y 15” de puntas de eyeccion circundantes y un total de 17 ranuras de descarga de productos de la combustion primarias 41 rectangulares, que tienen cada uno una longitud de arco de 10,59° y una anchura radial de 0,75 pulgadas (19,1 mm). En la muesca exterior anular 35, las aberturas de entrada de las ranuras de productos de combustion 41 se desplazaron radialmente hacia el interior desde las aberturas de descarga de los canales de suministro de aire primarios 40 en 0,75 pulgadas (19,1 mm).

En las simulaciones del conjunto de quemador 10 realizadas utilizando Modelado de Dinamica de Fluidos Computacional, el quemador funciona con exito con los combustibles que van desde el gas de smtesis que tiene un numero de Wobbe de solamente 117a gas natural que tiene un numero de Wobbe de 1346.

En las pruebas reales, la unidad de quemador 10 de la invencion se monto verticalmente en un horno de paso unico que tiene unas dimensiones de 7 pies de largo por 5 pies de ancho por 45 pies de altura (213 x 152 x 1372 cm). El horno tema seis tubos de paso unico, de agua que van desde la parte superior a la parte inferior del calentador para eliminar el calor. Los tubos se cubrieron con aislamiento de fibra de ceramica de 1 pulgada (2,54 cm) de espesor desde el suelo hasta seis pies (182,88 cm) por encima del suelo. Las porciones restantes de los tubos se dejaron al descubierto.

La unidad del quemador se quemo con exito utilizando cada uno de los combustibles gaseosos identificados en la Tabla 1 siguiente. Los combustibles gaseosos tuvieron valores de numero de Wobbe que van desde 116,5 hasta 1339,5. Muestras de emision fueron extrafdas en la base de la pila de horno por debajo de la compuerta de la pila. La temperatura de la camara de combustion se mide con un termopar de velocidad situado a unos 14 pies (427 cm) por encima del suelo del horno. La temperatura del suelo se midio a traves de la puerta del horno con un termopar de velocidad situado alrededor de 1,5 pies (46 cm) por encima del suelo del horno.

La corriente del horno se midio en el suelo del horno.

Tabla 1

Composicion: Carbon % en volumen Gas Natural % en volumen Biogas % en volumen Tierra de relleno % en volumen Biomasa % en volumen Madera % en volumen

CH4 (metano): 1,00 % 94,00 % 56,00 % 52,00 % 3,00 %

C2H6 (etano): 2,00 %

C3H8 (propano): 2,00 %

CO2: 2,00 % 36,00 % 47,00 % 8,00 % 9,00 %

H2O: 9,00 %

02

N2: 65,00 % 2,00 % 8,00 % 1,00 % 45,00 % 50,00 %

SO2

H2S

CO: 28,00 % 20,00 % 20,00 %

NH3

H2: 4,00 % 18,00 % 18,00 %

AR

Total (% en volumen): 100,00% 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %

Exceso de O2 (% en volumen): 1,53 % 3,00 % 2,79 % 2,75 % 1,80 % 1,93 %

TEMP (°F): 70 70 70 70 70 70

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LHV (Btu/scf): 109,9 933,1 509,0 472,7 113,5 140,8

HHV (Btu/scf): 112,9 1035,1 565,6 525,2 122,5 152,8

S.G.: 0,94 0,60 0,94 1,02 0,82 0,84

M.W.: 27,20 17,29 27,16 29,40 23,73 24,44

indice de Wobbe: 116,5 1339,5 584,0 521,3 135,4 166,4

Despues de que se hubieran realizado las pruebas suficientes para asegurar y confirmar la correcta ejecucion en el intervalo anteriormente identificado de los combustibles, el quemador se traslado a, y se monto horizontalmente en, un segundo horno para realizar mas ensayos de combustibles de origen biologico. El segundo horno era un horno de tipo cabina de un solo paso que era de aproximadamente 37 pies de largo por 12 pies de alto por 6,8 pies de ancho (1128 x 366 x 207 cm) (dentro de los tubos al interior de los tubos). El horno tema dos conjuntos de bancos de tubos a lo largo de las paredes del horno. El conjunto oeste (el mas cercano al quemador) tema nueve tubos horizontales de un solo paso, de agua (cuatro en el lado sur y cinco en el lado norte) que va desde alrededor de 2 a 25 pies (61-762 cm) desde el extremo del quemador del calentador. Los tubos se dejaron al descubierto para maximizar la transferencia de calor. El banco este constaba de 24 tubos horizontales de un solo paso de agua (12 en cada lado) que va desde aproximadamente 26 a 36 pies (792-1097 cm) desde el extremo oeste del calentador. Estos tubos tambien se dejaron al descubierto para maximizar la transferencia de calor.

Las muestras de gases para las emisiones fueron extrafdas de la base de la pila del horno por debajo de la compuerta de la pila. La temperatura de la camara de combustion se midio con un termopar de velocidad situado a 16 pies (488 cm) del quemador. La temperatura de la pila se midio en la base de la pila debajo de la compuerta de pila. La corriente del horno se midio en la pared de quemador montado.

Los resultados del ensayo para el montaje del quemador 10 segun la invencion que funcione con gas natural y el combustible de origen biologico simulado se proporcionan en la siguiente Tabla 2. El biocombustible representaba una de las composiciones mas diffciles con respecto a la estabilizacion de la llama, dado que la especie reactiva primaria fue el metano y el nivel de dilucion con dioxido de carbono fue alto.

Tabla 2

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COMBUSTIBLE GASEOSO: Gas natural Bioderivados

Gas natural %: 100,0 52,0

Dioxido de carbono %: - 48,0

DATOS DE COMBUSTIBLE GASEOSO

Liberacion de calor MMBTU/HR.: 5,000 5,000

Presion interior del colector PSIG: 4,6 2,6

Temperatura interior del colector F.: 39 37

Presion del colector central PSIG: 0,1 4,4

Temperatura del colector central F.: 52 50

AIRE DE COMBUSTION

Temperatura del aire ambiente F.: 42 40

Humedad relativa %: 88 89

Presion barometrica en Hg.: 30,29 30,30

Corriente del horno en W.C.: 0,31 0,31

Ajuste de la puerta de aire: 3,75 4,50

T.V. Ajuste de la puerta de aire (en abierto): F/O F/O

DATOS DE EMISIONES

Oxfgeno % (Base Drv): 2,9 3,1

CO VMDP: 0,0 0,0

NOx PPMV: 19,8 9,9

Temperatura de la camara de combustion F.: 1593 1607

Temperatura del suelo F.: 1470 1485

Longitud de la llama visible Ft.: 8-9 8-9

Ancho de la llama visible Ft.: 3-4 3-4

Para el funcionamiento con gas natural, se inyecto esencialmente todo el combustible a traves del anillo interior 15 de las puntas 25 del conjunto de quemador 10. Debido al menor numero de Wobbe del biocombustible, se utilizaron tanto el anillo interior 15 como el anillo central 15' de puntas. Para cada combustible, las llamas se establecieron dentro de la muesca exterior anular 35. Los productos calientes que salen de la muesca 35 soportan la estabilizacion

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de la llama principal en la superficie de extremo exterior de la pieza ceramica 22.

Los niveles de emision de contaminantes a la atmosfera cuando se opera con un 15 por ciento de exceso de aire fueron bajos para cada combustible. Las concentraciones de monoxido de carbono estaban por debajo de 1 ppm. La concentracion de NOx para el funcionamiento con gas natural fue de alrededor de 20 ppm. Para el biogas simulado este nivel se redujo a aproximadamente 10 ppm.

Las contenciones de llama visible para estos combustibles fueron similares. Con la tasa de combustion de diseno de 5 MMBTU/hr (1,47 MW), la longitud de la llama era de unos 8,5 pies (259 cm) y el diametro era de unos 3,5 pies (107 cm).

Estas pruebas demostraron que el quemador de combustible flexible segun la invencion es capaz de utilizar combustibles que tienen mas de una variacion de orden de magnitud en el numero de Wobbe, manteniendo llamas estables y la generacion de niveles muy bajos de emisiones de NOx y CO. Cambios bruscos y amplios en el valor calonfico del combustible se alojan sin cambios notables en la estabilidad de la llama.

Por lo tanto, las realizaciones de la presente invencion estan bien adaptadas para llevar a cabo los objetivos y alcanzar los fines y las ventajas mencionados anteriormente, asf como aquellos inherentes a la misma. Por otra parte, la invencion no esta limitada en su aplicacion a los detalles de las realizaciones preferidas y las etapas descritas en este documento. Aunque las realizaciones actualmente preferidas se han descrito para los propositos de esta descripcion, numerosos cambios y modificaciones seran evidentes para los expertos normales en la tecnica. Tales cambios y modificaciones estan comprendidos dentro de esta invencion como se define por las reivindicaciones. Ademas, la fraseologfa y terminologfa empleadas en el presente documento son para el proposito de descripcion y no de limitacion.

Tambien se comprendera por los expertos en la tecnica que, a menos que se especifique lo contrario, las caractensticas inventivas, estructuras y etapas discutidas en el presente documento se pueden emplear ventajosamente usando cualquier numero de boquillas de eyeccion de combustible exteriores, cada una teniendo una o cualquier otra serie de puertos de eyeccion de flujo previstos en el mismo. Ademas, el quemador de la invencion descrito en el presente documento puede ser orientado hacia arriba, hacia abajo, horizontalmente, o en general en cualquier otro angulo de funcionamiento deseado.

Aunque las realizaciones particulares se han descrito en el presente documento, se apreciara que la invencion no esta limitada a ello y que muchas modificaciones y anadidos a los mismos se pueden hacer dentro del alcance de la invencion. Por ejemplo, varias combinaciones de las caractensticas de las reivindicaciones dependientes siguientes se pueden hacer con las caractensticas de las reivindicaciones independientes, sin apartarse del alcance de la presente invencion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato quemador (10) para un

una pared de quemador (20) que delantero (22), un exterior (38) longitudinalmente, que se extiende a traves de, y esta rodeado sustancialmente por, dicha pared de quemador, y una abertura de descarga de dicho paso de aire en dicho extremo delantero de dicha pared de quemador; una muesca exterior (35) que se proporciona en y se extiende sustancialmente alrededor de dicho exterior que se extiende longitudinalmente de dicha pared de quemador, en el que dicha muesca exterior esta situada por detras de dicho extremo delantero de dicha pared de quemador;

una pluralidad de canales de suministro de aire primarios (40) que estan formados en dicha pared de quemador y se extienden hasta dicha muesca exterior;

una pluralidad de canales de descarga de gas producto de la combustion primarios (41) que se extienden en dicha pared de quemador desde dicha muesca exterior hasta dicho extremo delantero de dicha pared de quemador; y

una pluralidad de estructuras de eyeccion de combustible (25) situadas fuera de dicha pared de quemador, en el que dichas estructuras de eyeccion de combustible tienen puertos de eyeccion de combustible y estando al menos algunos de dichos puertos de eyeccion de combustible orientados para el suministro de al menos una porcion de un combustible gaseoso al interior de dicha muesca exterior.
2. El aparato quemador de la reivindicacion 1, en el que:

dichos puertos de eyeccion de combustible de un primer conjunto de dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) estan orientados para eyectar dicho combustible gaseoso fuera de dicha pared de quemador (20) en un primer angulo, de tal manera que al menos una porcion de dicho combustible gaseoso eyectado desde los mismos sera suministrada al interior de dicha muesca exterior (35) y

dichos puertos de eyeccion de combustible de un segundo conjunto de dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) estan orientados para eyectar dicho combustible gaseoso fuera de dicha pared de quemador en un segundo angulo que es diferente de dicho primer angulo, de manera que dicho combustible gaseoso eyectado desde los mismos sera suministrado a una ubicacion que esta longitudinalmente por delante de dicha muesca exterior.
3. El aparato quemador de la reivindicacion 2, en el que dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) de dicho primer conjunto estan situadas en una relacion de alternancia con dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) de dicho segundo conjunto en serie alrededor de dicha pared de quemador.
4. El aparato quemador de cualquier reivindicacion anterior, en el que cada una de dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) tiene solo un puerto de eyeccion de combustible.
5. El aparato quemador de cualquier reivindicacion anterior, en el que:

dichos canales de suministro de aire primarios (40) tienen aberturas de descarga (55) que estan situadas en una serie en dicha muesca exterior (35);

dichos canales de descarga de gas producto de la combustion primarios (41) tienen aberturas de entrada (56) que estan situadas en una serie en dicha muesca exterior; y

dicha serie de dichas aberturas de entrada de dichos canales de descarga de gas producto de la combustion primarios esta situada longitudinalmente por delante de, y radialmente hacia dentro desde, dicha serie de dichas aberturas de descarga de dichos canales de suministro de aire primarios.
6. El aparato quemador de la reivindicacion 5, en el que:

dicha pared de quemador (20) comprende una primera pieza ceramica (43) que se extiende longitudinalmente, que tiene un extremo distal (45);

dicha pared de quemador comprende ademas una pieza ceramica delantera (47) que esta unida a dicho extremo distal de dicha primera pieza ceramica y que define dicho extremo delantero (22) de dicha pared de quemador; dichos canales de suministro de aire primarios (40) se extienden longitudinalmente a traves de dicha primera pieza ceramica hasta dicha muesca exterior (35); y

dichos canales de descarga de gas producto de la combustion primarios (41) se extienden a traves de dicha pieza ceramica delantera desde dicha muesca exterior hasta dicho extremo delantero de dicha pared de quemador.
7. El aparato quemador de la reivindicacion 5 o la reivindicacion 6, en el que dicha pared de quemador (20) tiene una forma de seccion transversal sustancialmente circular.
8. El aparato quemador de cualquier reivindicacion anterior, en el que dicha muesca exterior (35) es sustancialmente

sistema de calentamiento de combustion, que comprende:

se extiende longitudinalmente, teniendo dicha pared de quemador un extremo que se extiende longitudinalmente, un paso de aire (26) que se extiende

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circular y tiene una forma de seccion transversal longitudinal sustancialmente rectangular.
9. El aparato quemador de cualquier reivindicacion anterior, en el que:

dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) forman una serie de estructuras de eyeccion de combustible primarias que sustancialmente rodean dicha pared de quemador (20) y

dicho aparato quemador comprende ademas una serie de estructuras de eyeccion de combustible secundarias (25') que sustancialmente rodean dicha pared de quemador, estando dicha serie de dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias separadas radialmente hacia fuera desde dicha serie de dichas estructuras de eyeccion de combustible primarias, teniendo cada una de dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias un puerto de eyeccion de combustible, y estando situados dichos puertos de eyeccion de combustible de dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias longitudinalmente por detras de y lateralmente hacia fuera desde dicho extremo delantero (22) de dicha pared de quemador.
10. El aparato quemador de la reivindicacion 9, en el que dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias (25') tienen puertos de eyeccion de combustible que estan orientados para eyectar dicho combustible gaseoso de tal manera que al menos la mayor parte de dicho combustible gaseoso eyectado desde los mismos se suministre a una ubicacion que esta al menos tan alejada longitudinalmente hacia delante como un borde exterior de dicho extremo delantero (22) de dicha pared de quemador (20).
11. El aparato quemador de la reivindicacion 9 o la reivindicacion 10, que comprende ademas una tercera serie de estructuras de eyeccion de combustible (25") que sustancialmente rodean dicha pared de quemador (20), estando dicha tercera serie de estructuras de eyeccion de combustible separadas radialmente hacia fuera desde dicha serie de dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias, y teniendo dicha tercera serie de estructuras de eyeccion de combustible puertos de eyeccion de combustible que estan situados longitudinalmente por detras de y lateralmente hacia fuera desde dicho extremo delantero (22) de dicha pared de quemador.
12. Un metodo de funcionamiento de un quemador (10) que comprende las etapas de:

(a) eyectar un combustible gaseoso a partir de una pluralidad de estructuras de eyeccion (25) situadas fuera de una pared de quemador (20) que se extiende longitudinalmente, de tal manera que una primera porcion de dicho combustible gaseoso se recibe en una muesca exterior (35) que se proporciona en y se extiende alrededor de un exterior (38) que se extiende longitudinalmente de dicha pared exterior del quemador, estando dicha muesca exterior situada por detras de un extremo delantero (22) de dicha pared de quemador;

(b) suministrar una primera cantidad de aire al interior de dicha muesca exterior anular y quemar al menos parte de dicha primera porcion de dicho combustible gaseoso en dicha muesca exterior para producir un gas producto de la combustion primario;

(c) suministrar al menos una porcion de dicho gas producto de la combustion primario a dicho extremo delantero de dicha pared de quemador a traves de una pluralidad de canales de descarga de producto de la combustion primarios (41) que se extienden en dicha pared de quemador desde dicha muesca exterior hasta dicho extremo delantero de dicha pared de quemador; y

(d) quemar una segunda porcion de dicho combustible gaseoso por delante de dicha muesca exterior con el aire suministrado a traves de un paso de aire (26) que se extiende longitudinalmente a traves de y esta rodeado por dicha pared de quemador.
13. El metodo de la reivindicacion 12, en el que dicha primera cantidad de aire se suministra a dicha muesca exterior (35) a traves de una pluralidad de canales de suministro de aire primarios (40) que se extienden longitudinalmente en dicha pared de quemador (20) hasta dicha muesca exterior.
14. El metodo de la reivindicacion 13, en el que:

dichos canales de suministro de aire primarios (40) tienen aberturas de descarga (55) que estan situadas en una serie en dicha muesca exterior (35);

dichos canales de descarga de gas producto de la combustion primarios (41) tienen aberturas de entrada (56) que estan situadas en una serie en dicha muesca exterior; y

dicha serie de dichas aberturas de entrada de dichos canales de descarga de gas producto de la combustion primarios esta situada longitudinalmente por delante de y radialmente hacia dentro desde dicha serie de dichas aberturas de descarga de dichos canales de suministro de aire primarios.
15. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que:

dicha primera porcion de dicho combustible gaseoso es eyectada desde un primer conjunto de estructuras de eyeccion de combustible (25) que tienen puertos de eyeccion de combustible que estan orientados para eyectar dicha primera porcion de dicho combustible gaseoso fuera de dicha pared de quemador en un primer angulo, de modo que dicha primera porcion de dicho combustible gaseoso se suministra al interior de dicha muesca exterior (35) y

5

10

15

20

25

30

35

40

dicha segunda porcion de dicho combustible gaseoso es eyectada desde un segundo conjunto de estructuras de eyeccion de combustible (25) que tienen puertos de eyeccion de combustible que estan orientados para eyectar dicha segunda porcion de dicho combustible gaseoso fuera de dicha pared de quemador en un segundo angulo que es diferente de dicho primer angulo, de modo que dicha segunda porcion de dicho combustible gaseoso se quema por delante de dicha muesca exterior.
16. El metodo de la reivindicacion 15, en el que dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) de dicho primer conjunto estan situadas en una relacion de alternancia con dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) de dicho segundo conjunto en una serie alrededor dicha pared de quemador (20).
17. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que:

dichas estructuras de eyeccion de combustible (25) forman una serie de estructuras de eyeccion de combustible primarias que rodean sustancialmente dicha pared de quemador (20) y

dicho metodo comprende ademas las etapas de (i) monitorizar al menos un parametro eficaz para indicar una reduccion en un valor de numero de Wobbe de dicho combustible gaseoso y (ii) iniciar la eyeccion de una cantidad adicional de combustible gaseoso desde una serie de estructuras de eyeccion de combustible secundarias (25') que rodean sustancialmente dicha pared de quemador cuando dicho parametro alcanza un valor predeterminado, estando dicha serie de dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias separadas radialmente hacia fuera desde dicha serie de dichas estructuras eyectoras de combustible primarias, teniendo dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias puertos de eyeccion de combustible, y estando situados dichos puertos de eyeccion de combustible de dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias longitudinalmente por detras de y lateralmente hacia fuera desde dicho extremo delantero (22) de dicha pared de quemador.
18. El metodo de la reivindicacion 17, en el que dichos puertos de eyeccion de combustible de dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias (25') estan orientados de manera que dicha cantidad adicional de combustible gaseoso se suministra y se quema en una ubicacion que esta al menos tan alejada longitudinalmente hacia delante como un borde exterior de dicho extremo delantero (22) de dicha pared de quemador (20).
19. El metodo de la reivindicacion 18, en el que dicho metodo comprende ademas la etapa, cuando dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias (25') eyectan dicha cantidad adicional de combustible gaseoso de acuerdo con la etapa (ii), de iniciar la eyeccion de una cantidad adicional de combustible gaseoso desde una tercera serie de estructuras de eyeccion de combustible (25") que rodean sustancialmente dicha pared de quemador (20) cuando dicho parametro alcanza un valor predeterminado, estando dicha tercera serie de estructuras de eyeccion de combustible separadas radialmente hacia fuera desde dicha serie de dichas estructuras de eyeccion de combustible secundarias, y teniendo dicha tercera serie de estructuras de eyeccion de combustible puertos de eyeccion de combustible que estan situados longitudinalmente por detras de y lateralmente hacia fuera desde dicho extremo delantero (22) de dicha pared de quemador.
20. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en el que dicho parametro es una presion de dicho combustible gaseoso.