ES2917626T3 - Quemador modular - Google Patents

Abstract

Un quemador modular, que comprende una pluralidad de módulos de mezcla (10), flanqueado entre sí y paralelo a un plano longitudinal (y), cada uno de los cuales tiene una longitud (l) medido paralelo al plano longitudinal (y), en el que la mezcla de la mezcla Los módulos se separan entre sí por un tono de montaje (P), medido como la distancia entre los planos longitudinales medios de dos módulos adyacentes (10). La relación entre la longitud de los módulos de mezcla (10) y el tono de montaje (P) es de aproximadamente 12.3. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Quemador modular

La presente invención se refiere a un quemador modular, que puede utilizarse, por ejemplo, en una caldera montada en la pared.

En particular, la invención se refiere a un quemador modular que comprende una pluralidad de módulos de mezcla flanqueados entre sí.

Cada módulo de mezcla comprende normalmente un conducto de flujo de la mezcla aire-combustible. Dicho conducto de flujo está doblado en forma de U, es decir, tiene una tendencia que comprende dos secciones ligeramente inclinadas entre sí y conectadas por una curva que describe un ángulo no muy inferior a 180°. El conducto de flujo se encuentra en un plano sustancialmente vertical. La sección superior del conducto de flujo está en comunicación con un conjunto de aberturas de salida alargadas, flanqueadas entre sí y dispuestas sobre una superficie de emisión sustancialmente plana, que están destinadas a emitir la mezcla de aire y gas combustible. Las superficies de emisión de los módulos de mezcla se encuentran en un plano de emisión principal del quemador. El tramo inferior del conducto de flujo de cada módulo de mezcla está orientado hacia una boquilla de inyección del gas combustible, en un tubo de Venturi dispuesto de forma sustancialmente perpendicular a una abertura de entrada del conducto de flujo.

El flujo de gas combustible inyectado en la entrada del conducto de flujo produce el arrastre a través del tubo de Venturi del llamado aire primario que se mezcla con el combustible dentro del conducto de flujo. La mezcla de aire y combustible, que sale del conducto de flujo a través de las aberturas de salida del módulo de mezcla, alimenta una llama que se extiende por encima del módulo de mezcla, en proximidad a las propias aberturas de salida. Otro aire de combustión, conocido como aire secundario, se alimenta a la llama desde el entorno, y en particular a través de los espacios que separan los distintos módulos de mezcla flanqueados entre sí.

Una característica geométrica importante de los quemadores modulares es la relación entre el área total del quemador, tomada como el área total de las superficies de emisión de los módulos de mezcla y los espacios que separan las propias superficies de emisión, y el área total de los espacios entre las superficies de emisión de los módulos de mezcla. Ambas áreas se miden en el plano principal de emisión del quemador.

En los quemadores modulares actuales, la relación mencionada es de aproximadamente 0,3. Esto determina una contribución muy consistente del aire secundario para completar la combustión. En la salida de los módulos de mezcla a través de las aberturas de salida, la mezcla aire-combustible tiene, por tanto, un lambda relativamente bajo (normalmente inferior a 1, es decir, inferior a la relación estequiométrica). Esto significa que la temperatura de la llama, en las secciones más cercanas a las aberturas de salida de los módulos de mezcla, está por encima del valor crítico para la formación de óxidos de nitrógeno (NOx). Este fenómeno se acentúa especialmente hacia los regímenes de menor potencia de la caldera y es ciertamente indeseable por razones obvias de contención de las emisiones nocivas. El documento EP 1 130 315 A2 divulga un quemador modular según el preámbulo de la reivindicación 1.

El objeto de la presente invención es ofrecer un quemador modular que permite reducir la emisión de óxido de nitrógeno.

Una ventaja del quemador según la presente invención es que no requiere ninguna modificación particular ni en la estructura de la caldera mural en la que se instala, ni en el propio quemador, que tiene una estructura general sustancialmente similar a la de los quemadores actualmente disponibles.

Otra ventaja del quemador según la presente invención es que permite un ajuste más preciso de la potencia suministrada.

Otras características y ventajas de la presente invención se harán más evidentes en la siguiente descripción detallada de una realización de la presente invención, ilustrada a modo de ejemplo no limitativo en las figuras adjuntas, en las que:

- la figura 1 es una vista esquemática de un módulo de mezcla que puede utilizarse en un quemador según la presente invención;

- la figura 2 muestra esquemáticamente una caldera en la que puede utilizarse un quemador según la presente invención;

- las figuras 3 y 4 muestran, respectivamente, una vista lateral y desde arriba de un quemador modular según la presente invención;

- la figura 4a muestra la vista desde arriba con algunas zonas significativas del quemador resaltadas;

- la figura 5 muestra un gráfico que representa el lambda de la mezcla aire-combustible en función del régimen de potencia suministrado por el quemador en un quemador actualmente disponible;

- la figura 6 muestra un gráfico que representa el lambda de la mezcla aire-combustible en función del régimen de potencia suministrado por el quemador en un quemador según la presente invención.

El quemador modular (1) según la presente invención puede utilizarse en una caldera del tipo ilustrado esquemáticamente en la figura 2. El quemador (1) produce una llama que calienta un intercambiador de calor suprayacente (3) por cuyo interior circula un fluido vectorial que transporta el calor recibido hacia los destinos previstos. Los humos producidos por la combustión son aspirados por medio de un ventilador (4) para ser enviados a una chimenea.

El quemador modular según la presente invención comprende una pluralidad de módulos de mezcla (10) flanqueados entre sí. Los módulos de mezcla tienen una conformación aplanada en su conjunto y están dispuestos paralelamente entre sí por medio de soportes (S) que permiten constreñir el quemador (1) a una estructura de soporte. Los módulos de mezcla (10) están separados entre sí por espacios libres que permiten el paso del aire. Cada módulo de mezcla (10) comprende un conducto de flujo (11), es decir, un conducto para el paso de una mezcla de aire y combustible. En la forma de realización representada, el conducto de flujo (11) tiene una tendencia curva en forma de U, en la que una sección inferior (11a) está conectada a una sección superior (11b) a través de una curva (11c). La sección superior (11b) puede estar ligeramente inclinada hacia la parte superior de la curva (11c).

El conducto de flujo (11) está provisto de una abertura de entrada (12). Dicha abertura de entrada (12) está situada en el extremo de la sección inferior (11a). La abertura de entrada (12) está destinada a recibir un caudal previsto de combustible emitido por una boquilla (2) que puede estar situada en una posición frontal con respecto a la abertura de entrada (12). El conducto de flujo (11) está provisto además de un tubo Venturi (12a) situado aguas abajo de la abertura de entrada (12). De forma conocida, el flujo de combustible producido por la boquilla (2), al pasar por el tubo de Venturi (12a), genera una depresión que produce la aspiración de un determinado caudal de aire a través de la abertura de entrada (12).

El conducto de flujo (11) está provisto además de una pluralidad de aberturas de salida (13), dispuestas en una superficie de emisión (14). Las aberturas de salida (13) se proporcionan a través de una placa de forma alargada, sustancialmente conformada como una tira, que define la superficie de emisión (14). En la forma de realización representada, visible particularmente en la figura 4, las aberturas de salida (13) tienen una forma alargada y son paralelas entre sí.

Los módulos de mezcla (10) están dispuestos de manera que las superficies de emisión (14) se encuentran en un plano de emisión (100) del quemador. Dicho plano de emisión (100) es sustancialmente un plano que contiene las superficies de emisión (14), aparte de los posibles desajustes debidos al montaje de los módulos de mezcla (10) y a la geometría efectiva de las superficies de emisión (14). En cualquier caso, el plano de emisión (100) contiene las proyecciones geométricas de las superficies de emisión (14).

En el plano de emisión (100), las superficies de emisión (14) están separadas entre sí por superficies libres (15). Dichas superficies libres (15), indicadas con sombreado en cruz en la figura 4a, están sustancialmente definidas por la proyección geométrica sobre el plano de emisión (100) de los espacios que separan los módulos de mezcla (10). Las superficies de emisión (14) se indican en cambio con sombreado inclinado.

En el quemador según la presente invención, la relación operativa entre el área libre total, proporcionada por la suma de las superficies libres (15) proyectadas sobre el plano de emisión (100), y el área total del quemador, proporcionada por la suma de las superficies de emisión (14) y las superficies libres (15) proyectadas sobre el plano de emisión (100), es inferior o igual a 0,2. En los quemadores modulares actualmente disponibles, la relación de funcionamiento descrita anteriormente es, en cambio, de aproximadamente 0,3. En el quemador modular según la presente invención, la relación de funcionamiento es, por lo tanto, inferior a aproximadamente el 60% de la relación de funcionamiento prevista en los quemadores actualmente disponibles.

En el quemador según la presente invención, la relación entre el área total de las aberturas de salida (13) y el área de la superficie de emisión (14) es superior a 0,35 para cada módulo de mezcla. Por ejemplo, dicha relación está comprendida entre 0,35 y 0,4 para cada módulo de mezcla (10).

Teniendo en cuenta que los módulos de mezcla (10) tienen dimensiones estándar que prevén una longitud (L) de 160 mm, en el quemador según la presente invención los módulos de mezcla (10) están separados por un paso de montaje (P) de aproximadamente 13 mm, medido como la distancia entre los planos longitudinales medios de dos módulos adyacentes (10), mientras que en los quemadores actuales dicho paso está comprendido entre 17 y 20,5 mm. En el quemador según la presente invención, la relación entre la longitud de los módulos de mezcla (10) y el paso de montaje (P) es superior a 11, mientras que en los quemadores actuales es de 9,41 como máximo. En una forma de realización particularmente ventajosa, dicha relación es de aproximadamente 12,3.

En esencia, en el quemador modular según la presente invención, los módulos de mezcla (10) están mucho más cerca unos de otros con respecto a lo previsto en los quemadores modulares actuales. Esto reduce el espacio que separa los módulos de mezcla (10) entre sí, y por lo tanto reduce las superficies libres (15).

Tal reducción de la relación de funcionamiento permite reducir el aporte de aire secundario a la combustión que se desarrolla en la salida de las aberturas de salida (13), en proximidad a las superficies de emisión (14) del plano de emisión (100). En efecto, como ya se ha subrayado, los módulos de mezcla (10) están separados entre sí por espacios muy reducidos con respecto a los quemadores actuales, de modo que las secciones libres (15) disponibles para el flujo de aire secundario son igualmente reducidas.

La consecuente reducción del suministro de aire secundario hace que predomine el caudal de aire primario que se aspira en el conducto de flujo (11) a través de la abertura de entrada (12). A su vez, el caudal de aire primario aspirado en el conducto de flujo (11) a través de la abertura de entrada (12) depende sustancial y predominantemente de la depresión creada por el ventilador (4) en el interior de la caldera, mientras que el efecto de la depresión creada por el flujo de combustible que transita por el tubo de Venturi (12a) se vuelve sustancialmente insignificante. En otras palabras, el caudal de aire primario y el caudal de aire secundario permanecen sustancialmente constantes al variar el régimen de potencia de la caldera. Una vez establecido el régimen de funcionamiento del ventilador (4), la potencia del quemador se ajusta variando únicamente el caudal de gas enviado al conducto de flujo, es decir, variando la presión de suministro del gas a la boquilla (2). Además, el caudal de aire primario se mantiene sustancialmente constante al variar el caudal de combustible enviado al tubo Venturi (12a). Gracias a las características del quemador modular según la invención, y en particular gracias a la reducción del caudal de aire secundario, es posible fijar el caudal de aire primario que se aspira en el conducto de flujo (11) de cada módulo de mezcla (10) de manera que el lambda primario de la mezcla aire-combustible sea relativamente alto, alrededor de 1,3, a las bajas potencias de funcionamiento del quemador (figura 5), y disminuya a medida que aumenta la potencia hasta un valor máximo de alrededor de 0,9 de la potencia del quemador. Lambda es igual a 1 en torno al 85% de la potencia de funcionamiento del quemador.

Gracias a las características del quemador según la presente invención, el lambda primario de la mezcla airecombustible es, por lo tanto, relativamente alto incluso a partir de las bajas potencias de funcionamiento del quemador, por lo tanto también en las proximidades de las aberturas de salida (13) y del plano de emisión (100). Esta característica permite, incluso desde los primeros pasos de la combustión, mantener la temperatura de la llama por debajo de los valores típicos que provocan la formación de óxidos de nitrógeno (NOx).

En los quemadores actuales, en cambio, el enfriamiento de la llama por debajo de las temperaturas críticas para la formación de NOx, solo tiene lugar tras el suministro de aire secundario, cuando los óxidos de nitrógeno ya se han formado en las proximidades del plano de emisión (14).

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Un quemador modular, que comprende una pluralidad de módulos de mezcla (10), contiguos entre sí y paralelos a un plano longitudinal (Y), cada uno de los cuales tiene una longitud (L) medida paralelamente al plano longitudinal (Y), estando los módulos de mezcla separados entre sí por un paso de montaje (P), medido como la distancia entre los planos longitudinales medios de dos módulos adyacentes (10), caracterizado porque la relación entre la longitud de los módulos de mezcla (10) y el paso de montaje (P) es superior a 11.

2. El quemador modular de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la relación entre la longitud de los módulos de mezcla (10) y el paso de montaje (P) es de aproximadamente 12,3.

3. El quemador modular de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada módulo de mezcla (10) comprende un conducto de flujo (11), equipado con una abertura de entrada (12) y una pluralidad de aberturas de salida (13), dispuestas sobre una superficie de emisión (14); en donde las superficies de emisión (14) se encuentran en un plano de emisión (100) del quemador y, en el plano de emisión (100), las superficies de emisión (14) están separadas entre sí por superficies libres (15); en donde la relación entre el área total de las superficies libres (15) y el área total de las superficies de emisión (14) y de las superficies libres (15) es inferior a 0,2.

4. El quemador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada módulo de mezcla (10) comprende un conducto de flujo (11), equipado con una abertura de entrada (12) y una pluralidad de aberturas de salida (13), dispuestas sobre una superficie de emisión (14); en donde las superficies de emisión (14) se encuentran en un plano de emisión (100) del quemador y, en el plano de emisión (100), las superficies de emisión (14) están separadas entre sí por superficies libres (15); en donde en cada módulo de mezcla (10), la relación entre el área total de las aberturas de salida (13) y el área de la superficie de emisión (14) está comprendida entre 0,35 y 0,4.