ES2694033T3 - Conjunto de boquilla para carbón - Google Patents

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ES2694033T3 ES09175983.7T ES09175983T ES2694033T3 ES 2694033 T3 ES2694033 T3 ES 2694033T3 ES 09175983 T ES09175983 T ES 09175983T ES 2694033 T3 ES2694033 T3 ES 2694033T3
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Albert D. Larue
Leonard D. Hazlett
Kurt S. Titmas
Zumao Chen
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Abstract

Un conjunto de boquilla para carbón (102) para un quemador de carbón pulverizado; comprendiendo el conjunto de boquilla para carbón (102): una boquilla para carbón (104) que tiene una entrada corriente arriba y una salida corriente abajo; la boquilla para carbón (104) teniendo una pared que tiene una superficie interior; la boquilla para carbón (104) que tiene una dirección longitudinal; un difusor (110) colocado en la boquilla para carbón (104) más cerca de la entrada corriente arriba que de la salida corriente abajo; el difusor (110) que tiene un cuerpo con una porción corriente arriba ahusada (120); el difusor (110) que tiene una pluralidad de palas (122) que se extienden hacia fuera desde el cuerpo, las palas (122) estando en ángulo con respecto a la dirección longitudinal de la boquilla para carbón (104) de manera que el flujo de carbón y aire que pasa a través del difusor (110) se arremolina; un codo de quemador (106) conectado a la entrada corriente arriba de la boquilla para quemador (104); el conjunto de boquilla para carbón estando caracterizado por que también comprende un acondicionador de flujo (130) soportado por el codo (106), configurado para dirigir un cordón de carbón en la porción corriente arriba ahusada (120) del difusor (110), y con una porción fija (132) y una porción ajustable (134), la porción ajustable siendo selectivamente móvil con respecto al codo de quemador (106).

Description

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DESCRIPCION
Conjunto de boquilla para carbon Campo
La presente invencion se refiere a mejoras en el campo de los quemadores encendidos por carbon pulverizado de bajo oxido de nitrogeno (NOx). Mas en particular, pero no en exclusiva, la invencion se refiere a un conjunto de boquilla para carbon que acondiciona la corriente de carbon pulverizado/aire primario antes de la combustion.
Antecedentes
Los quemadores encendidos por carbon de NOx bajo emplean diversos tipos de hardware en las boquillas de quemador para alterar la corriente de carbon pulverizado/aire primario (PA/PC) antes de entrar en la garganta del quemador para iniciar la combustion. Estos dispositivos se disenan para mejorar la mezcla de combustible/aire para un mejor control de las emisiones de NOx. La Patente de Estados Unidos 4.380.202 divulga un difusor conico 10 (un ejemplo del cual se representa en la Figura 1) que se ha utilizado en los quemadores Babcock y Wilcox DRB-XCL® y DRB-4Z®. El difusor conico 10 se ubica cerca de la entrada de la boquilla para carbon 4 corriente abajo de un deflector estacionario opcional 8 ubicado dentro de las coronas de la boquilla para carbon 4. El difusor promociona la generacion de un anillo de combustible rico en combustible cerca de las paredes de la boquilla para carbon 4 corriente abajo del difusor conico 10, promoviendo asf las mejoras en la estabilidad de la llama y emisiones inferiores de NOx. El difusor conico 10 se construye normalmente de materiales ceramicos para mejorar la resistencia al desgaste.
El ensayo de combustion ha demostrado que un quemador DRB-4Z® en fase de aire equipado con un cono de distribucion 5 ubicado en la boquilla para carbon 4 y corriente arriba de un impulsor con palas estandar 12 (vease la Figura 2) produce menores emisiones de NOx que el mismo quemador equipado con un difusor conico. El ensayo con carbon bituminoso del este ha demostrado una reduccion de NOx de aproximadamente el 17 % que puede lograrse usando un impulsor con palas estandar 12 cuando esta en fase cerca de un 0,8 de estequiometna. Una mezcla de campo cercano incrementada en condiciones de reduccion tiende a favorecer unas emisiones inferiores de NOx. El ensayo de campo ha demostrado tambien unas emisiones menores de NOx que se logran con quemadores DRB-XCL® equipado con impulsores con palas estandar 12 en comparacion con los equipados con difusores conicos 10 en ciertas condiciones de fase.
Mientras los impulsores con palas estandar 12 y los dispositivos de mezcla ubicados similarmente pueden ofrecer mejoras de NOx funcionales, estos sufren generalmente erosion y una degradacion relacionada con la alta temperatura. Lograr el beneficio de mezcla pretendido de los impulsores con palas estandar 12 generalmente requiere colocar los impulsores en o cerca de la salida del carbon del quemador dentro de la boquilla para el carbon 4. Sin embargo, en estas ubicaciones los impulsores alcanzan facilmente altas temperaturas desde la transferencia de calor de radiacion desde el horno. Estas altas temperaturas son indeseables para la longevidad del impulsor ya que pueden erosionar termicamente los componentes metalicos directamente y/o provocar que el carbon se pegue y se cuaje sobre el dispositivo provocando danos consecuentes desfavorables adicionales.
El carbon pulverizado es altamente abrasivo, y una erosion desde el carbon pulverizado es un problema consistente para el componente del quemador en contacto directo con este. Mientras la ceramica puede minimizar este efecto y se usa frecuentemente para proteger el equipo contra la erosion, unas altas temperaturas cerca de la salida de la boquilla para carbon del quemador 4 evitan el uso eficaz de ceramicas en tales aplicaciones. Cuando se combinan, la erosion y la exposicion a altas temperaturas acortan generalmente la vida de componentes de los impulsores y dispositivos ubicados similarmente a aproximadamente alrededor de un ano de vida util eficaz, despues de lo cual el quemador experimenta un rendimiento disminuido hasta tal momento en que el impulsor se sustituye. Los impulsores estandar 12 y dispositivos ubicados similarmente experimentan asf una vida util limitada eficaz en la generacion de energfa, requiriendo gastos sustanciales (coste, material, trabajo, y tiempo de apagon) para facilitar la sustitucion repetida. Existe asf una necesidad de desarrollar un dispositivo de impulsor difusor de una vida util alargada para aliviar las preocupaciones asociadas con los impulsores de la tecnica anterior.
Una preocupacion adicional de los quemadores encendidos por carbon pulverizado es el potencial para una distribucion no uniforme del carbon pulverizado y el aire primario en multiples quemadores a los que da servicio un pulverizador determinado. Tales no uniformidades se deben en parte a las diferencias en las tubenas de carbon desde la fuente (pulverizador) o una corriente de carbon pulverizado a cada salida de carbon individual (quemador). Cada quemador, como se proporciona dentro de una instalacion de caldera/combustion, se ubica a una distancia unica desde el pulverizador que suministra el carbon pulverizado al quemador. De manera inherente en cualquier instalacion de caldera determinada hay diferencias tal como: longitudes de tramo de tubena de carbon, numero de dobleces por cada tramo, geometnas de doblez y en algunos casos un unico molino o pulverizador puede suministrar multiples elevaciones de quemadores. Estos factores se combinan para provocar diferencias en la resistencia de flujo unicas en cada tubena, y de esta manera cada quemador. Para compensar estas diferencias, uno orificios fijos o dispositivos similares a veces se utilizan en un esfuerzo para equilibrar la distribucion de flujo a
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traves de cada una de las tubenas de carbon para cada pulverizador. Aunque es util, tales dispositivos tienen limitaciones inherentes haciendo que no sea posible proporcionar una distribucion uniforme y sostenible.
Otra tecnica es aplicar resistores de flujo ajustables en las tubenas de carbon. Unos resistores de flujo ajustables proporcionan la ventaja de un ajuste en lmea para desequilibrios medidos, con una eficacia variable. Sin embargo, tales dispositivos son generalmente no viables de manera economica basandose en la necesidad de suministrar una pieza de carrete en lmea de ceramica para alojar tal dispositivo. Ademas, los costes de instalacion proporcionan una barrera adicional para la viabilidad debido a la necesidad de alteraciones en las tubenas de carbon (cortes, adicion de rebordes), una falta de accesibilidad, y la necesidad de nuevas plataformas etc., para instalar y mantener tal equipo. Existe asf una necesidad de unos resistores de flujo ajustables, facilmente instalables y mejorados.
Los disenos de impulsor eficaces tambien deben tener en cuenta caractensticas diversas de combustion tal como la longitud de la llama. Los quemadores encendidos por carbon pulverizado de bajo NOx tienden a formar grandes llamas y producir mayores niveles de combustibles no quemados en relacion con los quemadores convencionales. Las llamas largas generalmente son resultado de un suministro de aire insuficiente al chorro de combustible cuando continua hacia el horno. Un aire secundario desde las zonas de aire exteriores de quemadores de bajo NOx no penetran eficazmente en el chorro de combustible, de manera que el combustible no combustionado persiste a lo largo del eje de la llama. Muchos sistemas de bajo NOx utilizan puertos de aire sobre fuego para quemar el combustible no combustionado de manera que se inhiben las emisiones de NOx por medio del principio bien conocido de inmigracion de aire.
Dependiendo de las dimensiones de un horno determinado (profundidad, altura etc.), unas llamas excesivamente largas pueden tener como resultado la incidencia de la llama, escorificacion y corrosion de tubos de caldera transmitiendo asf la funcion del quemador. Las llamas de quemador mas largas tambien pueden extenderse de manera desfavorable a porciones del horno donde el aire sobre fuego se introduce a traves de puertos de aire sobre el fuego. En tales casos la capacidad de controlar la formacion de NOx se inhibe de manera desfavorable ya que el aire suministrado por el sistema de aire sobre fuego puede extender la llama mas alla de la zona de aire sobre el fuego, mezclando asf de manera eficaz multiples fases de combustion y minimizando los beneficios de la combustion de fase. La mezcla eficaz de aire y carbon antes de la combustion proporciona un grado de control sobre la longitud de la llama. Una necesidad en la industria es asf proporcionar un impulsor de difusor de resistencia al desgaste mejorada; mejorando asf la mezcla de aire/combustible controlada, resultando asf en una llama y caractensticas de combustion, asociadas con un impulsor de difusor operativo.
El documento EP 0 672 863 describe un quemador de combustion para carbon pulverizado que incluye una boquilla para carbon pulverizado, y boquillas de aire secundarias y terciarias proporcionadas en relacion concentrica con la boquilla de carbon pulverizado. Un anillo de estabilizacion de llama se proporciona en un extremo de salida de la boquilla de carbon pulverizado. Una pared de separacion se proporciona dentro de la boquilla para carbon pulverizado para dividir un paso en esta boquilla en dos pasos. Una mezcla de carbon pulverizado/aire fluye directa a traves de los dos pasos, por lo que los flujos de recirculacion de la mezcla de aire/carbon pulverizado se forman en proximidad al extremo de salida de la boquilla para carbon pulverizado.
El documento EP 0 670 454 describe un quemador para carbon marron.
El documento US5.588.380 describe un conjunto de boquilla de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
El documento FR2773388 describe un quemador para combustible solido pulverizado, por ejemplo carbon transportado por flujo de aire en fase rica y pobre.
El documento DE436812 describe una boquilla de polvo de combustible subdividida por una trayectoria enrollada.
El documento EP 1 845 308 describe un puerto de aire sobre fuego, metodo para fabricacion de puerto de aire, caldera, instalacion de caldera, metodo para operar una instalacion de caldera y metodo para mejorar una instalacion de caldera.
El documento US 6.058.855 describe un sistema de combustion de caldera encendido en U de baja emision.
El documento US 6.055.913 describe un esparcidor de carbon con paletas de remolino.
El documento US 5.131.334 describe un estabilizador de llama para un quemador de combustible solido.
El documento US 5.529.000 describe un esparcidor de flujo de aire y carbon pulverizado.
El documento US 2006/029895 describe un inyector de combustible para una estabilizacion de llama mejorada y bajo NOx.
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Sumario
Los aspectos de la invencion se definen en las reivindicaciones adjuntas.
La presente invencion proporciona un conjunto de boquilla para carbon de acuerdo con la reivindicacion 1.
En una configuracion, la invencion incluye un difusor ceramico ubicado en el extremo corriente arriba de la boquilla para carbon. La configuracion del difusor permite que el difusor se fabrique a partir de ceramica y se ubique en el extremo corriente arriba del refrigerador de la boquilla para carbon. El difusor ceramico tiene un cuerpo con una porcion corriente arriba ahusada y una pluralidad de palas que se extienden hacia fuera desde el cuerpo. Las palas estan en angulo con respecto a la direccion longitudinal de la boquilla para carbon de manera que un flujo de aire y carbon que pasa a traves del difusor puede girar selectivamente.
En otra configuracion, la invencion puede proporcionar un difusor para una boquilla para carbon en el que el extremo corriente arriba usado del cuerpo de difusor es romo por lo que una corriente de carbon pulverizado que se acopla al extremo corriente arriba romo del difusor se dividira y se dirigira relativamente de manera uniforme entre la pluralidad de palas.
En una configuracion diferente, la invencion puede proporcionar un difusor para una boquilla para carbon en el que el cuerpo del difusor incluye un extremo corriente arriba ahusado y una porcion corriente abajo con palas que se extienden hacia fuera desde el extremo corriente arriba y la porcion corriente abajo.
La invencion tambien incluye un acondicionador de flujo ajustable para un codo de quemador en el que el acondicionador de flujo incluye una porcion fija y una porcion ajustable.
La invencion proporciona un conjunto de boquilla para carbon para un quemador de carbon pulverizado. El conjunto incluye una boquilla para carbon que tiene una entrada corriente arriba y una salida corriente abajo; la boquilla para carbon que tiene una pared que tiene una superficie interior; un codo de quemador dispuesto corriente arriba de la entrada corriente arriba; un difusor colocado en la boquilla para carbon mas cerca de la entrada corriente arriba que la salida corriente abajo; el difusor teniendo un cuerpo con una porcion corriente arriba ahusada; el difusor teniendo una pluralidad de palas que se extienden hacia fuera desde el cuerpo; las palas adaptandose para hacer girar un flujo de aire y carbon; y un acondicionador de flujo ajustable transportado por el codo de quemador; el acondicionador de flujo ajustable teniendo una porcion fija y una porcion movil; la porcion fija esta adaptandose para dirigir una corriente de carbon pulverizado en la porcion corriente arriba ahusada del difusor y la porcion movil siendo movil selectivamente para ajustar la cafda de presion por el codo de quemador.
Breve descripcion de los dibujos
La FIGURA 1 es una vista en perspectiva de un conjunto de boquilla para carbon conocido que tiene un difusor conico.
La FIGURA 2 es una vista en perspectiva de un conjunto de boquilla para carbon conocido que tiene un impulsor de 15 grados.
Las FIGURAS 3A-3E son vistas esquematicas que muestran el flujo de partfculas de aire primario/carbon pulverizado en ubicaciones a lo largo del conjunto de boquilla para carbon de la tecnica anterior de la FIGURA 2.
La FIGURA 4 es una vista en seccion longitudinal de un conjunto de boquilla para carbon de acuerdo con una configuracion ejemplar.
La FIGURA 5 es una vista frontal del conjunto de boquilla para carbon de ejemplo de la FIGURA 4.
La FIGURA 6 es una vista en perspectiva de una configuracion de ejemplo de un difusor usado con el conjunto de boquilla para carbon.
Las FIGURAS 7A-7E son vistas esquematicas que muestran el flujo de partfculas de aire primario/carbon
pulverizado en ubicaciones a lo largo del conjunto de boquilla para carbon de la FIGURA 4 con el deflector
ajustable 100 por cien abierto.
Las FIGURAS 8A-8E son vistas esquematicas que muestran el flujo de partfculas de aire primario/carbon
pulverizado en ubicaciones a lo largo del conjunto de boquilla para carbon de la FIGURA 4 con el deflector
ajustable 100 por cien cerrado.
La FIGURA 9A es una primera vista en seccion transversal en perspectiva de un deflector para carbon en el que el deflector ajustable esta en una primera posicion.
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La FIGURA 9B es una segunda vista en seccion transversal en perspectiva de un deflector de carbon en el que el deflector ajustable esta en una segunda posicion.
Se entendera que los numeros similares como los usados en este documento se referiran a elementos similares a traves de la memoria descriptiva.
Aunque la invencion es susceptible de tener diversas modificaciones y formas alternativas, las realizaciones espedficas se muestran a modo de ejemplo en los dibujos y se describen en este caso en detalle. Debena entenderse, sin embargo, que los dibujos y la descripcion detallada de ellos no pretenden limitar la invencion a la forma particular divulgada, sino al contrario, la invencion debe cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que entran dentro del alcance de la presente invencion como se define por las reivindicaciones adjuntas.
Descripcion detallada
Un conjunto de boquilla para carbon 102 para un quemador de carbon pulverizado incluye una boquilla para carbon o una tubena de boquilla para carbon 104 y un codo de quemador 106. El conjunto de boquilla para carbon 102 acondiciona la corriente de aire primario/carbon pulverizado antes de distribuirlo al horno. El conjunto de boquilla para carbon 102 puede usarse para lograr una rapida mezcla de carbon pulverizado y aire secundario en un quemador para acelerar la combustion del carbon pulverizado en condiciones de reduccion en una unidad en fases de aire. La combustion acelerada oxida el combustible mas rapidamente en la zona de quemador en la extension en la que el aire esta disponible. La combustion acelerada proporciona mas tiempo para que el gas combustion complete la combustion en condiciones de reduccion antes de que el equilibro de aire se suministre por el sistema de aire sobre el fuego. El tiempo de residencia incrementado en condiciones de reduccion disminuye la cantidad de NOx formado en la zona del quemador. Ademas, una combustion mas completa en la zona del quemador limita la cantidad de combustible restante necesario para quemar en y sobre los puertos de aire sobre fuego, disminuyendo por tanto los combustibles no quemados que dejan el horno y mejorando la eficacia. La combustion acelerada es aconsejable ademas ya que sirve para acortar y ensanchar la envoltura de llama; reducir la incidencia de llama para calderas encendidas de pared unica y mitigar la formacion de llamas mas largas capaces de extenderse en la zona de aire sobre fuego.
El conjunto de boquilla para carbon 102 incluye un difusor 110 ubicado en la porcion corriente arriba del refrigerador de la boquilla para carbon 104. En el contexto de la presente invencion, la porcion corriente arriba de la boquilla para carbon 104 se define facilmente como una porcion en lmea de ceramica de la boquilla para carbon 104, que es generalmente inclusiva de la mitad de la boquilla 104 que esta mas cerca de la entrada 112 de la boquilla 104. En la configuracion de ejemplo del conjunto 102 representado en la FIGURA 4, el difusor 110 se ubica a un cuarto de la longitud de la boquilla (definida entre el extremo de entrada 112 y el extremo de salida 114) desde el extremo de entrada 112. En otras configuraciones, el difusor 110 puede ubicarse desde entre aproximadamente cero a aproximadamente 2 diametros de boquilla para carbon lejos del extremo de entrada de boquilla 112. El difusor 110 se configura para acondicionar la corriente de aire primario/carbon pulverizado en un tubo alargado que tiene una alta concentracion de carbon pulverizado dispuesto alrededor de un centro primario rico en aire. Una vez que el carbon pulverizado abandona la boquilla 104 en la salida de boquilla 114, continuara ensanchandose en un movimiento exterior provocando que se mezcle con las corrientes de aire secundario e incrementando el mdice de combustion. La ubicacion del difusor 110 en la boquilla 104 permite que el difusor 110 se fabrique desde un material ceramico para proporcionar al difusor 110 propiedades contra el desgaste mas deseables.
El difusor 110 transmite un remolino o giro en la corriente de aire primario/carbon pulverizado en la porcion corriente arriba de la boquilla para carbon 104. El difusor 110 promueve que el flujo de giro persista desde la ubicacion del difusor 110 a la salida 114 de la boquilla para carbon 104 y dentro del horno. El difusor 110 se configura para generar una configuracion de combustible corriente abajo que es rica en aire en el centro y rica en combustible cerca de la superficie interior de la boquilla para carbon 104. Ademas de su ubicacion en la boquilla para carbon 104, el difusor 110 logra la distribucion de aire/combustible deseada usando una porcion de cuerpo corriente arriba ahusada o nariz 120 combinada con una pluralidad de palas 122 que se extienden desde una porcion de cuerpo corriente abajo 124. Ademas de estos factores, la distribucion del combustible y aire dentro de la boquilla para carbon 104 queda influenciada por el acondicionamiento de flujo en el codo 106. Un acondicionador de flujo 130 se proporciona en el codo del quemador 106 para redirigir el flujo de carbon pulverizado (generalmente en la forma de una corriente alargada/bobina helicoidal o un "cordon de carbon") formado a lo largo del radio exterior del codo 106 por fuerzas centnfugas. El acondicionador de flujo 130 se usa para dirigir el cordon de carbon en la porcion de cuerpo corriente arriba 120 del difusor 110 donde el flujo de carbon pulverizado se separa y se distribuye directamente contra las palas 122, en el que el combustible se redirige en un patron de giro que termina en el patron de distribucion de combustible deseado.
Como se ha introducido antes y mostrado en las FIGURAS 4 y 6, el difusor 110 incluye un cuerpo que tiene una porcion de cuerpo corriente arriba o nariz 120 dispuesta enfrente de una porcion de cuerpo corriente abajo central 124. La nariz 120 puede doblarse suavemente o sin rupturas en el frente de la porcion de cuerpo corriente abajo 124 por lo que no existen sustancialmente interrupciones que interrumpan el flujo de carbon y aire. La nariz 120 se ahusa desde un extremo pequeno corriente arriba hacia un extremo corriente abajo mas grande. La nariz 120 puede
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incorporar diferentes formas. En una nariz 120 de ejemplo, esta es de una forma semiesferica o alargada semiesferica en la que el diametro de la esfera es la porcion mas ancha de la nariz de bala. En ejemplos alternativos, unas formas ovales, conicas, piramidales y ovales ahusadas alargadas pueden utilizarse. En la configuracion de ejemplo representada en los dibujos, la nariz 120 define una porcion de una esfera que tiene un diametro exterior de alrededor de un tercio del diametro interior de la boquilla para carbon 104. En un ejemplo alternativo, el diametro de la boquilla de bala esta preferentemente entre aproximadamente 15 a aproximadamente 20 por ciento del diametro de boquilla para carbon.
La mayona de la porcion de cuerpo corriente abajo 124 puede estar en la forma de un cilindro recto que tiene un diametro exterior sustancialmente igual al diametro exterior de la nariz 120. La nariz 120 y la porcion de cuerpo corriente abajo 124 pueden formarse integralmente. El extremo corriente abajo 140 de la porcion de cuerpo corriente abajo 124 puede ahusarse a un diametro mas estrecho para no crear un cambio brusco que interferina con el flujo de aire y combustible. El diametro estrechado del extremo corriente abajo 140 puede estar entre aproximadamente 100 % y 10 por ciento del diametro exterior de la porcion del cuerpo. En otra configuracion del difusor 110, la porcion de cuerpo corriente abajo 124 puede estar en sf misma ahusada con su extremo corriente abajo y corriente arriba que tienen un diametro menor que su porcion media por lo que el tronco 124 se asemeja a un barril.
Una pluralidad de palas 122 se extienden hacia fuera desde el cuerpo del difusor 110. Las palas 122 pueden estar dispuestas en un angulo a la direccion longitudinal de la boquilla para carbon 104 (que generalmente es paralela a la direccion de flujo del combustible en el extremo fno de la boquilla para carbon 104) por lo que un giro o remolino se transmite al combustible cuando se mueve a traves del difusor 110. Las palas 122 se configuran para transmitir una fuerza dirigida hacia fuera a las partfculas de carbon por lo que se mueven hacia la superficie interior de la boquilla para carbon 104 cuando se mueven por las palas 122 y despues de que abandonen el difusor 110. Las palas 110 pueden estar en angulo desde cero a cuarenta y cinco grados con respecto a la direccion longitudinal de la boquilla 104 cuando se ve desde el frente del difusor 110. Unos angulos de paso menores se cree que funcionan bien con unidades fuera de fase, ya que esto reduce la energfa de mezcla con el aire secundario para ayudar a reducir las emisiones de NOx mientras que aun se crea un centro rico en aire y un anillo exterior rico en combustible.
Aunque diez palas 122 se muestran en la configuracion de ejemplo de la FIGURA 6, diferentes numeros de palas 122 pueden usarse. Otras configuraciones del difusor 110 pueden tener desde cuatro a catorce palas 122. El numero de palas 122 permite un grado de control sobre la cafda de presion a traves del difusor 110 y cambia la energfa de mezcla del combustible con el aire secundario una vez que las partfculas de carbon abandonan la boquilla para carbon 104. El numero de palas 122 y la configuracion de las palas 122 puede asf adaptarse para aplicaciones espedficas y unas geometnas y disenos espedficos de boquilla para carbon espedficos.
La longitud longitudinal 150 de cada pala 122 es la dimension dispuesta generalmente a lo largo de la direccion del flujo. La longitud radial o altura 152 de cada pala 122 esta generalmente en la direccion radial del difusor 110. El extremo corriente arriba 154 de cada pala 122 se ahusa (redondea en la configuracion de ejemplo) y el extremo corriente abajo 156 de cada pala 122 tambien se ahusa (tambien se redondea en la configuracion de ejemplo). Cada pala 122 esta en angulo de manera que define una superficie de incidencia corriente arriba o pared lateral corriente arriba 158 que se impacta directamente por el flujo del combustible y una superficie corriente abajo o pared lateral corriente abajo 160. El espesor de pala es la distancia entre las paredes laterales 158 y 160 en cualquier punto de la pala. El espesor puede ser sustancialmente constante como cuando las paredes laterales 158 y 160 son planas y paralelas (como se muestra en la FIGURA 6) o como cuando las paredes laterales 158 y 160 se curvan pero son paralelas/concentricas. El espesor de pala puede variar cuando las paredes laterales 158 y 160 no son paralelas, como cuando la pala tiene la forma de un perfil aerodinamico o una pala de espesor ahusado. En la configuracion de ejemplo representada en la FIGURA 6, las paredes laterales 158 y 160 de pala son planas y paralelas. Las palas 122 que estan en forma de espiral a lo largo de la longitud de la porcion de cuerpo corriente abajo 124 (paredes laterales curvadas en lugar de planas) pueden proporcionar una aceleracion a las partfculas de carbon a traves del difusor 110 incrementando asf su energfa de mezcla con el aire secundario cuando las partfculas de carbon abandonan la boquilla para carbon. Las palas 122 en la forma de perfiles aerodinamicos pueden proporcionar una manera de crear mas giro mientras no necesitan un angulo de pala agresivo para ayudar a reducir la cafda de presion.
Cada pala 122 se superpone a una porcion de la nariz 120 de manera que cada extremo corriente arriba 154 se dispone corriente arriba de la porcion de cuerpo corriente abajo 124 y corriente abajo del extremo corriente arriba de la nariz 120. En la configuracion de ejemplo del difusor 110 mostrado en la FIGURa 6, las palas 122 se extienden alrededor de un cuarto de la longitud de nariz sobre la nariz 120. Esta configuracion proporciona que el carbon que se mueve radialmente hacia fuera por la nariz 120 se acople a las palas 122 mientras el carbon todavfa se mueve radialmente hacia fuera. El extremo corriente abajo 156 se dispone corriente arriba del extremo corriente abajo 140 de la porcion de cuerpo corriente abajo 124.
El acondicionador de flujo 130 en el codo de quemador 106 es un dispositivo ajustable con una porcion fija 132 y una porcion movil 134. La porcion fija 132 del acondicionador 130 se dispone contra la porcion exterior del codo 106 por lo que el cordon de carbon que se forma contra o a lo largo de la porcion exterior del codo 106 se desvfa fuera hacia la porcion central de la boquilla 104 donde colisiona con la nariz 120 del difusor 110. La porcion movil 134
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puede moverse entre una configuracion 100 % abierta en la que tiene poca influencia en el flujo (e induce poca cafda de presion) como se muestra en la FIGURA 9B en el que el mango 214 rota a una posicion totalmente abierta en la placa de ajuste de angulo 217, y una configuracion 100 % cerrada en donde la mayona del flujo entrante se influencia por el acondicionador 130 (y una cafda mayor de presion se crea) como se muestra en la FIGURA 9A en el que el mango 214 rota a una posicion totalmente cerrada en la placa de ajuste de angulo 217. La porcion movil 134 tambien puede colocarse selectivamente entre una posicion 100 por cien abierta y una posicion 100 por cien cerrada en la que un mecanismo de sujecion 220 utiliza orificios de colocacion 230 para mantener una posicion deseada de la porcion movil 134 del acondicionador de flujo 130.
El acondicionador 130 permite asf que la cafda de presion a traves del conjunto 102 pueda ajustarse. El ajuste de la cafda de presion a traves del conjunto 102 permite el suministro del flujo de aire primario/carbon pulverizado que puede ajustarse. A diferencia de otros dispositivos ajustables en la tubena de carbon, el acondicionador 130 se ubica en el codo del quemador 106 que es accesible de manera invariable para la instalacion y ajuste, reduciendo asf ademas los gastos de instalacion. El acondicionador 130 tambien puede configurarse para montarse facilmente en un codo de quemador de un puerto de inspeccion para facilitar la instalacion.
La porcion movil 134 puede ser una placa plana o puede tener una superficie superior curvada o inclinada como se muestra en la FIGURA 5 para ayudar a evitar que el polvo de carbon se acumule en su parte superior y sufra una combustion. El tamano de las porciones 132 y 134 puede ajustarse para permitir un diferencial de presion reducido o mayor entre las posiciones abierta y cerrada del acondicionador 130.
Para plantas que ya tienen orificios ajustables en sus tubenas de carbon y no necesitan o de otra manera no quieren una capacidad de flujo ajustable, una cuna estacionaria puede usarse para dirigir el cordon del carbon en la nariz 120. La cuna puede usarse tanto para aplicaciones de placa de salpicadura como de codo segmentado.
Durante el uso, un cordon de carbon se separa del acondicionador 130 y se dirige hacia la nariz 120 del difusor 110. El cordon de carbon se fragmenta contra la nariz 120 sustancialmente igualmente dispersandose alrededor de la nariz 120 y a traves de palas 122 creando asf un patron de combustible de centro rico en aire corriente abajo del difusor 110 dentro de la boquilla de carbon 104. Las palas 122 se encuentran en un angulo que transmite un giro o movimiento de remolino al carbon y aire a traves de la boquilla para carbon 104 corriente abajo del difusor 110. La ubicacion corriente arriba del difusor 110 proporciona al carbon tiempo para moverse en un patron establecido antes de introducirse en el quemador. El movimiento de giro y remolino a traves de la boquilla para carbon 104 transmite fuerzas centnfugas en las partfculas de carbon forzandolas al penmetro exterior de la boquilla para carbon creando un centro mayor rico en aire, con un anillo rico en combustible alrededor del exterior. Las FIGURAS 7 y 8 representan un analisis CFD (dinamica de fluido computacional) del flujo de partfculas a traves del conjunto de boquilla para carbon 102. Cada dibujo muestra el anillo rico en combustible a lo largo del penmetro de la boquilla para carbon y el centro rico en aire en diferentes ubicaciones a lo largo de la boquilla 104.
Los resultados de un analisis CFD (dinamica de fluido computacional) mostrados en las FIGURAS 3, 7 y 8 muestran que la relacion de momento tangencial con el momento axial de las partfculas de carbon es al menos un 18 % superior con el difusor 110 que un impulsor con palas de la tecnica anterior. La distribucion de combustible en un anillo alrededor del penmetro de la boquilla para carbon 104 se define mas con un centro rico en aire mayor que en comparacion con la de un impulsor con palas estandar.
Una ventaja adicional del conjunto 102 es que tambien tiene la posibilidad de desviar flujos de carbon a quemadores individuales mediante el acondicionador 130 dentro del codo de quemador 106. Un acondicionador ajustable 130 puede usarse para variar el flujo de carbon a su quemador a traves de su capacidad para ajustar la cafda de presion por el codo de quemador 106.
Unos quemadores de bajo NOx DRB-4Z® se han empleado extensivamente en el mercado de las calderas de utilidad y tienen una reputacion de dureza y fiabilidad mecanica. Mientras que el rendimiento de emisiones de NOx del quemador de bajo NOx DRB-4Z® en una unidad con fases puede mejorarse anadiendo un impulsor con palas de la tecnica anterior tal como se ha representado en la FIGURA 2, la fiabilidad mecanica puede sufrir desde la proximidad del impulsor con palas al extremo de salida de la boquilla 114. La configuracion del difusor 110 permite que funcione como se pretende mientras que se ubica en el extremo corriente arriba de la boquilla para carbon 104. Esta ubicacion, que es un entorno mucho mas fno en comparacion con la salida de la boquilla para carbon, permite construir el difusor 110 a partir de materiales ceramicos extendiendo asf en gran medida la vida util del difusor 110.
Aunque el difusor conico en la realizacion de la FIGURA. 6 presenta las palas 122 de un difusor conico en una configuracion en sentido anti horario, se entiende que en realizaciones alternativas de la presente invencion, las palas 122 pueden colocarse como alternativa en una manera horaria sin apartarse de las ensenanzas de la presente invencion.
Aunque las realizaciones ilustrativas se han mostrado y descrito en detalle, la invencion puede incorporarse de otra manera. Las siguientes reivindicaciones no debenan interpretarse como limitadas a las pocas realizaciones expuestas antes.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un conjunto de boquilla para carbon (102) para un quemador de carbon pulverizado; comprendiendo el conjunto de boquilla para carbon (102):
    una boquilla para carbon (104) que tiene una entrada corriente arriba y una salida corriente abajo; la boquilla para carbon (104) teniendo una pared que tiene una superficie interior; la boquilla para carbon (104) que tiene una direccion longitudinal;
    un difusor (110) colocado en la boquilla para carbon (104) mas cerca de la entrada corriente arriba que de la salida corriente abajo;
    el difusor (110) que tiene un cuerpo con una porcion corriente arriba ahusada (120);
    el difusor (110) que tiene una pluralidad de palas (122) que se extienden hacia fuera desde el cuerpo, las palas (122) estando en angulo con respecto a la direccion longitudinal de la boquilla para carbon (104) de manera que el flujo de carbon y aire que pasa a traves del difusor (110) se arremolina;
    un codo de quemador (106) conectado a la entrada corriente arriba de la boquilla para quemador (104); el conjunto de boquilla para carbon estando caracterizado por que tambien comprende
    un acondicionador de flujo (130) soportado por el codo (106), configurado para dirigir un cordon de carbon en la porcion corriente arriba ahusada (120) del difusor (110), y con una porcion fija (132) y una porcion ajustable (134), la porcion ajustable siendo selectivamente movil con respecto al codo de quemador (106).
  2. 2. El conjunto (102) de la reivindicacion 1, en el que cada pala (122) tiene una superficie de incidencia de manera que un flujo de carbon y aire que pasa a traves del difusor se arremolina.
  3. 3. El conjunto (102) de la reivindicacion 1 o 2, en el que el cuerpo de difusor y las palas (122) se fabrican de un material ceramico.
  4. 4. El conjunto (102) de la reivindicacion 1, 2 o 3, en el que la superficie exterior de la porcion corriente arriba ahusada (120) del cuerpo del difusor (110) se curva suavemente.
  5. 5. El conjunto (102) de cualquier reivindicacion anterior, en el que la porcion corriente arriba ahusada (120) del cuerpo del difusor (110) es parcialmente esferica.
  6. 6. El conjunto (102) de cualquier reivindicacion anterior, en el que el cuerpo del difusor tiene una porcion corriente abajo y la pluralidad de las palas se extienden desde tanto la porcion corriente arriba ahusada como la porcion corriente abajo del cuerpo.
  7. 7. El conjunto (102) de cualquier reivindicacion anterior, en el que la porcion corriente arriba ahusada (120) tiene una longitud longitudinal y la pluralidad de las palas (122) se extienden a lo largo de al menos 25 por ciento de la longitud longitudinal de la porcion corriente arriba (120).
  8. 8. El conjunto (102) de cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos una de las palas (122) tiene un extremo corriente arriaba y/o corriente abajo ahusado (154, 156).
  9. 9. El conjunto (102) de cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos una de las palas (122) tiene paredes laterales corriente arriba y corriente abajo paralelas (158, 160).
  10. 10. El conjunto (102) de la reivindicacion 9, en el que cada una de las paredes laterales (158, 160) es plana.
  11. 11. El conjunto (102) de la reivindicacion 9 o 10, en el que cada una de las paredes laterales (158, 160) esta curvada.
  12. 12. El conjunto (102) de cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos una de las palas (122) tiene paredes laterales corriente arriba y corriente abajo curvadas (158, 160).
  13. 13. El conjunto (102) de cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos una de las palas (122) tiene al menos una pared lateral (158, 160) curvada lejos de otra pared lateral (158, 160) para definir un perfil aerodinamico.
  14. 14. El conjunto (102) de cualquier reivindicacion anterior, en el que el codo de quemador (106) define una porcion de observacion (290) y el codo comprende el acondicionador de flujo (130) que tiene un mango de ajuste (214) dispuesto a su traves.
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