ES2638306T3 - Quemador de combustión y calentador proporcionado con dicho quemador - Google Patents

Quemador de combustión y calentador proporcionado con dicho quemador Download PDF

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Abstract

Un quemador de combustión (1) que comprende: una boquilla del combustible (2) que está configurada para inyectar gas de combustión preparado por la mezcla del combustible sólido y el aire principal; una boquilla del aire secundario de carbón (3) dispuesta en un lado externo de la boquilla del combustible (2) y configurada para inyectar el aire secundario de carbón desde una periferia externa de la boquilla del combustible (2); una boquilla del aire secundario (4) dispuesta en un lado externo de la boquilla del combustible (2) y de la boquilla del aire secundario de carbón (3) y configurada para inyectar aire secundario desde una periferia externa de la boquilla del combustible (2); y una pluralidad de portallamas (5) que están dispuestos en una abertura (21) de la boquilla del combustible (2), caracterizado por que los portallamas (5) tienen una estructura para cortar transversalmente la abertura (21) de la boquilla del combustible (2) y para cruzarse uno con el otro en una o más intersecciones, en donde al menos una intersección está situada en un área central de la abertura (21) de la boquilla del combustible (2), y tiene una forma de separación que se amplía en una dirección de flujo del gas de combustión y tiene un vértice dirigido al lado corriente arriba de la dirección de flujo para ramificar/dividir el gas de combustión en una dirección de flujo del gas de combustión cuando se observa en sección transversal a lo largo de una dirección en la que el portallamas (5) se amplía, y la boquilla del combustible (2), la boquilla del aire secundario de carbón (3) y la boquilla del aire secundario (4) están configuradas respectivamente para inyectar el gas de combustión, el aire secundario de carbón y el aire secundario en flujos rectos sin generar remolinos.

Description

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a o en más de 30 % con 0,10≤L/r. Sin embargo, con 0,13<L/r, una disminución en la cantidad de emisión de NOx tiende a bajar.
El límite superior del ancho de separación L se define por la relación con la posición h/(r/2) del portallamas 5 en la
5 abertura 21 de la boquilla del combustible 2. En otras palabras, si el ancho de separación L se vuelve demasiado grande, la posición del portallamas se acerca más a la superficie de la pared interna de la boquilla del combustible 2, y el efecto de estabilización de la llama interna para la llama de combustión se reduce, lo cual no es preferible (véase la Figura 5). Por lo tanto, es preferible que el ancho de separación L del portallamas 5 esté optimizado en función de la relación (proporción L/r) con el diámetro interno r de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 y la relación con la posición h/(r/2) del portallamas 5.
Mientras el portallamas 5 tiene una sección transversal triangular en el presente ejemplo, esto no representa una limitación. El portallamas 5 puede tener una sección transversal con forma de V (no se ilustra). Esta configuración proporciona también efectos similares.
15 Es preferible, sin embargo, que el portallamas 5 tenga una sección transversal triangular, en lugar de una sección transversal con forma de V. Por ejemplo, una sección transversal con forma de V puede generar que el portallamas se deforme debido al calor de la radiación durante la combustión alimentada por aceite (1). Además, las cenizas pueden retenerse, adherirse, y depositarse dentro del portallamas. Con el portallamas 5 que tiene una sección transversal triangular y el horno fabricado de cerámica, la adhesión de ceniza disminuye.
[Estructura de enderezado de la boquilla del combustible]
La Figura 8 es un esquema para explicar una estructura de enderezado del flujo en el quemador de combustión
25 ilustrado en la Figura 1. La Figura 9 es un esquema para explicar un anillo de enderezado de flujo de la estructura de enderezado del flujo ilustrada en la Figura 8.
En los quemadores de combustión convencionales con una configuración que estabiliza la llama exterior de la llama de combustión, el gas de combustión o el aire secundario se suministra en flujos giratorios o flujos con ángulos empinados. Por consiguiente, se forma un área de recirculación en la periferia externa de una boquilla del combustible, donde el encendido externo y la estabilización de la llama exterior se llevan a cabo eficientemente (no se ilustra).
Por el contrario, dado que el quemador de combustión 1 utiliza la configuración que estabiliza la llama interna de la
35 llama de combustión como se describió anteriormente, es preferible que el gas de combustión y el aire secundario (aire secundario principal y aire secundario) se suministren en flujos enderezados (véase la Figura 1). En otras palabras, es preferible que la boquilla del combustible 2, la boquilla principal del aire secundario 3, y la boquilla del aire secundario 4 tengan una estructura para suministrar gas de combustión o aire secundario en flujos enderezados sin generar remolinos.
Por ejemplo, es preferible que la boquilla del combustible 2, la boquilla principal del aire secundario 3, y la boquilla del aire secundario 4 tengan una estructura sin obstáculos que dificulten los flujos enderezados del gas de combustión o del aire secundario en sus pasajes de gas interno (véase la Figura 1). Dichos obstáculos incluyen, por ejemplo, las aspas giratorias para generar flujos giratorios y una estructura para guiar los flujos de gas hacia un área
45 cercana a la superficie de la pared interna.
En esta configuración, dado que el gas de combustión y el aire secundario se inyectan en flujos enderezados para formar la llama de combustión, en una configuración que estabiliza la llama interna de la llama de combustión, se suprime la circulación de gas en la llama de combustión. En consecuencia, la parte periférica externa Y de la llama de combustión (véase la Figura 4) se mantiene a temperatura baja, en donde la cantidad de emisión de NOx debido a la mezcla con el aire secundario se reduce.
Además, en el quemador de combustión 1, es preferible que la boquilla del combustible 2 tenga un mecanismo de enderezado del flujo 6 (véanse las Figuras 8 y 9). El mecanismo de enderezado del flujo 6 es un mecanismo que
55 endereza los flujos del gas de combustión a suministrarse en la boquilla del combustible 2, y que tiene una función para generar una caída de presión en el gas de combustión que pasa a través de la boquilla del combustible 2 y que suprime la desviación del flujo del gas de la chimenea, por ejemplo. En esta configuración, el mecanismo de enderezado del flujo 6 genera flujos enderezados del gas de combustión en la boquilla del combustible 2. Con el portallamas 5 dispuesto en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2, se realiza la estabilización de la llama interna de la llama de combustión (véase la Figura 1). La estabilización interna de la llama se asegura de este modo apropiadamente, donde la cantidad de emisión de NOx en la parte periférica externa Y de la llama de combustión (véase la Figura 4) se reduce.
Por ejemplo, en el presente ejemplo, la boquilla del combustible 2 tiene una estructura de tubo circular en el lado
65 corriente arriba del gas de combustión (en la base del quemador de combustión 1), y su sección transversal cambia gradualmente para ser una sección transversal rectangular en la abertura 21 (véanse las Figuras 2, 8, y 9). El
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configuran de modo que la distancia máxima h (h’) desde el eje central de la boquilla del combustible 2 hacia los extremos ampliados respectivos del portallamas 5 y el diámetro interno r (r’) de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 cumplan con h/(r/2)<0,6 (h’/(r’/2)<0,6). De este modo, se alcanza la estabilización de la llama interna de la llama de combustión.
5 En la configuración descrita anteriormente, el par de portallamas 5, 5 se dispone (véase la Figura 12). Esto, sin embargo, no es limitante, y tres o más portallamas 5 pueden cruzarse unos con los otros y conectarse con su intersección colocada en el área central de la abertura de la boquilla del combustible (no se ilustra). También en dicha configuración, la intersección de los portallamas 5, 5 se forma en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2. De este modo, la estabilización de la llama interna de la llama de combustión se realiza apropiadamente, y la cantidad de emisión de NOx en la parte interna X de la llama de combustión (véase la Figura 4) se reduce.
La Figura 13 es un gráfico de los resultados de la prueba de rendimiento del quemador de combustión, que
15 representa los resultados de la prueba comparativos del quemador de combustión 1 ilustrado en la Figura 10 y del quemador de combustión 1 ilustrado en la Figura 12. Los quemadores de combustión 1 son comunes en cuanto a que ambos tienen el par de portallamas 5, 5 dispuestos en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2. Sin embargo, estos difieren unos de los otros en cuanto a que el quemador de combustión 1 ilustrado en la Figura 10 tiene una estructura (estructura de separación paralela) en la que el par de portallamas 5, 5 se dispone en paralelo, mientras que el quemador de combustión 1 ilustrado en la Figura 12 tiene una estructura (estructura de separación cruzada) en la que el par de portallamas 5, 5 se disponen de manera cruzada. Los valores numéricos del carbono sin quemar son valores relativos al quemador de combustión 1 (1,00) ilustrado en la Figura
10.
25 Como se representa en los resultados de la prueba, puede observarse que, en el quemador de combustión 1 ilustrado en la Figura 12, el carbono sin quemar disminuye relativamente.
[Tercera modificación en la forma del portallamas]
Como alternativa, en el quemador de combustión 1, una pluralidad de portallamas 5 pueden disponerse en un patrón de signos numéricos (#), y el área rodeada por estos portallamas 5 puede colocarse en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 (véase la Figura 14). En otras palabras, la configuración de la Figura 10 y la configuración de la Figura 12 pueden combinarse. En esta configuración, una superficie resistente de encendido se forma en el área rodeada por el portallamas 5. Con el área rodeada por el portallamas 5 colocada en el área central
35 de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2, la estabilización de la llama interna de la llama de combustión se realiza apropiadamente. De este modo, la cantidad de emisión de NOx en la parte interna X de la llama de combustión (véase la Figura 4) se reduce.
Por ejemplo, en el presente ejemplo, cuatro portallamas 5 alargados se disponen en un patrón de signo numérico, y se configuran de modo que sus direcciones longitudinales se alineen con la dirección del ancho o la dirección de la altura de la boquilla del combustible 2 (véase la Figura 14). Cada portallamas 5 corta transversalmente de manera sustancial la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 en la dirección del ancho o la dirección de la altura. Cada uno de los cuatro portallamas 5 se dispone en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2. Por consiguiente, el área rodeada por los portallamas 5 se dispone en el área central de la abertura 21 de la boquilla del
45 combustible 2. Además, los portallamas 5 se configuran de modo que la distancia máxima h desde el eje central de la boquilla del combustible 2 hacia los extremos ampliados respectivos del portallamas 5 y el diámetro interior r de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 cumplan con h/(r/2)<0,6. De este modo, la estabilización de la llama interna de la llama de combustión se realiza apropiadamente.
En la configuración descrita anteriormente, es preferible que los espacios de disposición entre el portallamas 5 se establezcan como pequeños (véase la Figura 14). En esta configuración, un área libre en el área rodeada por los portallamas 5 es pequeña. En consecuencia, una caída de presión del área rodeada por el portallamas 5 se vuelve amplia relativamente debido a la forma de separación de los portallamas 5, donde la velocidad del flujo del gas de la chimenea del área rodeada por el portallamas 5 en la boquilla del combustible 2 disminuye. Por lo tanto, el
55 encendido del gas de combustión se realiza rápidamente.
En la configuración descrita anteriormente, cuatro portallamas 5 se disponen en un patrón de signo numérico (véase la Figura 14). Esto, sin embargo, no es limitante, y cualquier número de (por ejemplo, dos en la dirección de la altura y tres en la dirección del ancho) de los portallamas 5 puede conectarse para formar un área rodeada por los portallamas 5 (no se ilustra). Con el área rodeada por los portallamas 5 colocados en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2, la estabilización de la llama interna de la llama de combustión se realiza apropiadamente.
[Ejemplo de aplicación con la boquilla del combustible que tiene una abertura circular]
65 En los presentes ejemplos y realizaciones, en una vista frontal de la boquilla del combustible 2, la boquilla del
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En el quemador de combustión 1, "el área central" de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 se refiere a un área donde, con el portallamas 5 con una forma de separación que se amplía en la dirección del flujo del gas de combustión, cuando se ve en sección transversal a lo largo de la dirección en la que el portallamas 5 se amplía, la sección transversal que pasa a través del eje central de la boquilla del combustible 2, la distancia máxima h (h’) 5 desde el eje central de la boquilla del combustible 2 hacia los extremos que se amplían (el extremo corriente abajo de la forma de separación) de los portallamas 5 y el diámetro interno r (r’) de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 cumplen con h/(r/2)<0,6 (h’/(r’/2)<0,6) (véanse las Figuras 1, 2, 10 a 12, y 14 a 16). La distancia máxima h (h’) significa la distancia máxima h (h’) de una pluralidad de extremos que se amplían de los portallamas 5.
El diámetro interno de la boquilla de combustión 2 se refiere a, cuando la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 es rectangular, un tamaño interior r, r’ en su dirección del ancho y su dirección de la altura (véanse las Figuras 2, 10, 12, y 14); se refiere a, cuando la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 es circular, su diámetro r (véanse las Figuras 15 y 16); y se refiere a, cuando la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 es elíptica, su diámetro largo y su diámetro corto (no se ilustra).
15 En el quemador de combustión 1, el ancho de separación L de la forma de separación del portallamas 5 y el diámetro interior r de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 cumplen con 0,06≤L/r (véanse las Figuras 1 y 3). En esta configuración, debido a que la proporción L/r del ancho de separación L del portallamas 5 con el diámetro interno r de la boquilla del combustible 2 está optimizada, la estabilización de la llama interna se asegura apropiadamente. Esto es ventajoso en cuanto a que la cantidad de emisión de NOx en la parte periférica externa Y de la llama de combustión (véase la Figura 4) se reduce.
En el quemador de combustión 1, la boquilla del combustible 2 y las boquillas de aire secundario 3, 4 tienen una estructura que inyecta el gas de combustión o el aire secundario en flujos enderezados (véanse las Figuras 1, 8, y
25 11). En esta configuración, el gas de combustión y el aire secundario se inyectan en flujos enderezados para formar la llama de combustión, donde en una configuración que estabiliza la llama interna de la llama de combustión, se suprime la circulación de gas en la llama de combustión. En consecuencia, la parte periférica externa de la llama de combustión se mantiene a temperatura baja, en donde la cantidad de emisión de NOx debido a la mezcla con el aire secundario se reduce.
En el quemador de combustión 1, los portallamas 5 se disponen en paralelo en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 (véanse las Figuras 10, 11, 14, y 16). En esta configuración, en un área intercalada entre los portallamas adyacentes 5, 5, se forma una atmósfera de reducción debido a la escasez de aire. Esto es ventajoso en cuanto a que la cantidad de emisión de NOx en la parte interna X de la llama de combustión (véase la
35 Figura 4) se reduce.
En el quemador de combustión 1, el par de portallamas 5, 5 se disponen de modo que se crucen unos con los otros y se conecten y su intersección se coloque en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2 (véanse las Figuras 12, y 14 a 16). En esta configuración, con el par de portallamas 5, 5 cruzándose unos con los otros y conectados, se forma una superficie resistente de encendido en su intersección. Con la intersección dispuesta en el área central de la abertura 21 de la boquilla del combustible 2, la estabilización de la llama interna de la llama de combustión se realiza apropiadamente. De este modo, la cantidad de emisión de NOx en la parte interna X de la llama de combustión (véase la Figura 4) se reduce.
45 En el quemador de combustión 1, se dispone una pluralidad de boquillas de aire secundario (la boquilla del aire secundario 4), y estas boquillas de aire secundario son capaces de ajustar la cantidad de suministro de aire secundario de una forma relativa a la otra (véase la Figura 17). En esta configuración, al ajustar la cantidad de inyección de aire secundario a partir de cada boquilla del aire secundario 4, el estado de la llama de combustión se controla apropiadamente, lo cual es ventajoso.
En el quemador de combustión 1 con la configuración descrita anteriormente, todas las boquillas de aire secundario (las boquillas de aire secundario 4) se operan constantemente. Esta configuración es ventajosa en cuanto a que, en comparación con una configuración en la cual algunas boquillas del aire secundario no están operando, se suprime el desgaste de las boquillas de aire secundario generado por la radiación de las llamas desde el horno.
55 En el quemador de combustión 1 con la configuración descrita anteriormente, una parte de las boquillas de aire secundario 4 sirve también como un puerto de aceite o un puerto de gas (véase la Figura 18). En esta configuración, por ejemplo, cuando el quemador de combustión 1 se aplica al calentador de combustible de carbón pulverizado 100, a través de la boquilla del aire secundarios 4 que sirve también como un puerto de aceite o un puerto de gas, puede suministrarse el aceite requerido para la operación de inicio del calentador. Esto es ventajoso en cuanto a que esta configuración elimina la necesidad de puertos de aceite adicionales o boquillas de aire secundario adicionales y la altura del calentador puede reducirse.
Aplicabilidad industrial
65 Como se describió anteriormente, el quemador de combustión y el calentador que incluye el quemador de
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