ES2951088T3 - Cámara de combustión con dispositivo de mezcla de flujo estático - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un elemento mezclador estático (10) para uso en una cámara de combustión (200) de una caldera industrial calentable con un dispositivo quemador (210), donde el elemento mezclador estático (10) comprende un cuerpo base con un espesor de material (18), que está formado por un material resistente al calor y que presenta un canal pasante (20). El canal de paso (20) discurre en su dirección de eje longitudinal (26) desde un lado de entrada delantero (11) a través del cuerpo base hasta un lado de salida trasero (12), estando dispuestos en el lado varios elementos de guía de flujo (30). lado de entrada (11), cada uno en forma de paletas guía planas (31) sobresalen del lado de entrada (11), y (30) discurren respectivamente desde una sección de borde (24) del canal pasante (20) hasta el borde exterior. (13) del lado de entrada (11), estando dispuesta entre los elementos de guía de flujo (30) cada superficie de turbulencia rebajada (28), que (28) está inclinada (a) hacia el borde exterior (13) del lado de entrada (11). También se especifica un dispositivo mezclador de flujo estático (100). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Cámara de combustión con dispositivo de mezcla de flujo estático
La invención se refiere a una cámara de combustión de una caldera industrial que puede calentarse con un dispositivo de combustión, con un dispositivo mezclador de flujo estático, que comprende al menos un elemento mezclador estático y al menos una placa base, al que se puede conectar al menos un elemento mezclador estático, donde el elemento mezclador estático comprende un cuerpo base con un grosor de material formado por un material resistente al calor y un canal de paso, donde
- el canal de paso discurre en la dirección de su eje longitudinal desde un lado delantero del cuerpo base, el llamado lado de flujo incidente, a través del cuerpo base hasta un lado trasero del cuerpo base opuesto al lado de flujo incidente, el llamado lado de fuga, donde el canal de paso con su abertura de entrada está posicionado esencialmente en el cenetro en el lado de flujo incidente del elemento mezclador estático y donde
- en el lado de flujo incidente están dispuestos varios elementos de guía de flujo separados entre sí, cada uno en forma de álabes planos que sobresalen del lado de flujo incipiente, y que se extienden cada uno desde una sección de borde de la abertura de entrada del canal de paso en dirección distal hasta el borde exterior del lado de flujo incipiente, donde
- entre dos elementos de guía de flujo está dispuesta una superficie de rotación rebajada en comparación con los elementos de guía de flujo, inclinada hacia el borde exterior del lado de flujo incidente, donde los elementos de guía de flujo están realzados en una altura de álabe en comparación con una superficie de rotación adyacente, donde al menos una placa base presenta una o varias escotaduras para el alojamiento en unión positiva de una respectiva sección base de un elemento mezclador estático.
Dependiendo de la aplicación, del estado de la técnica se conocen calderas y/o calderas de vapor con una cámara de combustión denominada tubo de fuego, denominadas también calderas de tubo de fuego/humo o calderas pirotubulares. Un tipo de caldera tal se utiliza siempre como caldera industrial ahí donde se necesite suministro de agua caliente y/o vapor de proceso para aplicaciones industriales. Según el diseño y el tamaño, dichas calderas y/o calderas de vapor pueden proporcionar una potencia térmica de hasta unos 40 MW (megavatios).
Dependiendo del diseño, se suele hablar de una caldera para el suministro de agua caliente a temperaturas de hasta unos 80 °C, así como de una caldera de vapor para el suministro de vapor de proceso, por ejemplo a temperaturas de 180 °C y presiones de vapor de 10 bar, por ejemplo. En aras de la simplicidad, en lo sucesivo, el término «caldera industrial» incluye tanto las calderas mencionadas anteriormente como las correspondientes calderas de vapor para el suministro de vapor de proceso.
Este tipo de calderas industriales suelen comprender una cámara de combustión tubular y/o cilíndrica dispuesta horizontalmente, en cuyo primer lado frontal y/o superficie de cubierta sobresale un dispositivo de combustión en el tubo de fuego. La combustión se suele realizar mediante gas natural o fuelóleo. En el lado frontal y/o la superficie de cubierta del tubo de fuego opuesto al dispositivo de combustión se halla la llamada cámara de giro, en la que el gas combustible y/o gas de combustión del tubo de fuego se desvía en la dirección longitudinal de la caldera industrial y entra en un llamado segundo paso de gas de combustión, que generalmente se diseña como un intercambiador de calor de haz tubular. Dependiendo de la estructura de la caldera industrial, el gas de combustión también puede desviarse varias veces en la dirección longitudinal de la caldera industrial. Así, por ejemplo, una denominada caldera de tubo de fuego de 3 pasos comprende un segundo y posterior tercer paso de gas de combustión en la dirección de flujo de los gases de combustión, que también suele estar diseñado como un intercambiador de calor de haz tubular.
También es conocido del estado de la técnica posicionar elementos acumuladores térmicos de material resistente al calor, por ejemplo, cerámica o acero inoxidable, en la cámara de combustión de una caldera industrial. Para ello, ya se conocen elementos acumuladores térmicos esencialmente en forma de disco con diferentes contornos geométricos, por ejemplo en forma hexagonal o de anillo circular con orificios pasantes interiores. La superficie exterior de estos elementos acumuladores térmicos es esencialmente lisa y desestructurada. El grosor del disco y/o del material de tales elementos acumuladores térmicos en forma de disco suele ser constante. Dichos elementos acumuladores térmicos deben retrasar el enfriamiento de la cámara de combustión disipando el calor, pero tienen la desventaja de que dichos elementos acumuladores térmicos únicamente actúan como cuerpos de desplazamiento dentro de la cámara de combustión e impiden el flujo del gas de combustión dentro de la cámara de combustión o pueden provocar una gran pérdida de presión en la cámara de combustión, así como una reducción del volumen de la cámara de combustión relevante para la combustión. En ese sentido, esto es problemático, ya que la evacuación del gas de combustión en la chimenea posterior puede verse afectada por una pérdida de presión excesiva debido a los componentes integrados en la cámara de combustión y, posteriormente, la operación de la caldera se ve alterado por dichos componentes integrados. Además, con una gran cantidad de elementos acumuladores térmicos posicionados en una cámara de combustión, el proceso de combustión completo puede verse afectado negativamente debido al volumen libre reducido de la cámara de combustión.
El flujo de gas combustible caliente del dispositivo quemador se arremolina turbulentamente al impactar con un elemento acumulador térmico transversal a la dirección del flujo dentro de la cámara de combustión, pero la circulación de flujo y la turbulencia del flujo de gas no están dirigidos y son aleatorios.
Asimismo, es desventajoso que al utilizar elementos acumuladores térmicos de un material ignífugo de arcilla refractaria, como por ejemplo un aislamiento de horno de una caldera, dicho elemento acumulador térmico absorbe el calor de escape del flujo de gas de combustión muy lentamente. Se puede determinar una estimación de la conducción térmica transitoria en un elemento acumulador térmico mediante la combinación del número de Biot (Bi), el número de Fourier (Fo) y la temperatura media adimensional (©) en el elemento acumulador térmico. El número de Biot indica la relación entre la resistencia a la conductividad térmica dentro de un cuerpo sólido y la resistencia a la transferencia térmica convectiva en el fluido circundante. Con números de Biot grandes (Bi »1), la transferencia térmica convectiva se vuelve tan grande que la temperatura de la superficie del cuerpo corresponde a la temperatura del fluido circundante y, debido a la baja conducción térmica en el cuerpo sólido, muestra un claro gradiente a la temperatura en el interior del cuerpo.
Así, en elementos acumuladores térmicos con los materiales ignífugos utilizados normalmente y grosores de capa elevados, solo se puede alcanzar una temperatura central elevada tras varias horas (p. ej. tras 8 horas con temperaturas centrales superiores a 700 °C). Esto también tiene un impacto negativo en un almacenamiento térmico estimado.
Puesto que los elementos acumuladores térmicos conocidos hasta ahora presentan una capacidad calorífica comparativamente pequeña en relación con el volumen de agua caliente disponible de una caldera industrial (aprox.
5 % del volumen de agua caliente, lo que teóricamente solo podría lograrse con un calentamiento uniforme máximo de los elementos acumuladores térmicos), su efecto de almacenamiento térmico es comparativamente bajo. Incluyendo la conducción térmica transitoria en un elemento acumulador térmico (teniendo en cuenta el número de Biot), normalmente se alcanzan capacidades térmicas solo del 2 al 3 % superiores en comparación con el efecto de almacenamiento del volumen de agua caliente de una caldera industrial típica.
Otra desventaja es que en caso de disponer varios de estos elementos acumuladores térmicos uno tras otro en la dirección de flujo incidente del gas de combustión dentro de la cámara de combustión, los elementos acumuladores térmicos posteriores en el lado de flujo incidente se posicionan en la sombra de flujo del primer elemento acumulador térmico sometido a flujo incidente frontal, por lo que los elementos acumuladores térmicos posteriores, especialmente los fabricados en material ignífugo, se calientan aún más lentamente que el elemento acumulador térmico sometido a flujo incidente frontal primero y/o primero en la dirección del flujo incidente.
De acuerdo con las especificaciones del fabricante de calderas industriales y la literatura actual sobre el diseño de las calderas industriales, la cámara de combustión y/o el tubo de fuego deben operarse en cualquier caso sin componentes integrados internos en forma de tales elementos acumuladores térmicos.
DE 20 2005 015 992 U1 revela una cámara de combustión con un elemento mezclador estático según el término genérico de la reivindicación 1.
La presente invención se fija la tarea de superar las desventajas conocidas del estado de la técnica y, para ello, proporcionar una cámara de combustión con un elemento mezclador estático de una caldera industrial genérica y con la que en la medida de lo posible se consigan las siguientes ventajas en la operación continua de una caldera en comparación con una cámara de combustión sin componentes integrados.
- Distribución intensificada y relativamente equilibrada del flujo térmico en la cámara de combustión en la superficie de la pared de la cámara de combustión importante para el transporte térmico al medio calefactor;
- Turbulencia intensificada y relativamente equilibrada del gas combustible en la cámara de combustión;
- en cumplimiento de la densidad de flujo térmico máxima en la pared de la cámara de combustión de 0,24 W/mm2 estipulada por la norma de calderas EN 12953;
- Incremento de la proporción de radiación térmica para el transporte térmico en la cámara de combustión;
- Reducción de turbulencias en la cámara de giro posterior a la cámara de combustión;
- Con ello, pérdida de presión constante de facto en la cámara de combustión y la cámara de giro hasta la entrada en el segundo paso de gas de combustión;
- Reducción del daño térmico que a menudo puede producirse en la pared trasera de la cámara de giro y la entrada de otro modo sometida a tensión térmica en el segundo paso de gas de combustión;
- Reducción de las vibraciones de la caldera, a menudo derivadas de turbulencias en la cámara de giro;
- Reducción del daño causado por las fuerzas de tracción presentes en los cordones de soldadura de la cámara de combustión producidos debido a las fuerzas de empuje hidrodinámicas de la cámara de combustión;
- ahorro de combustible mediante un mayor transporte térmico al medio calefactor que ya se encuentra en la cámara de combustión.
Estas tareas se ejecutan en una cámara de combustión de una caldera industrial calefactable con un dispositivo de
combustión, con un dispositivo mezclador de flujo estático según el término genérico de la reivindicación 1 con las particularidades de la parte característica de la reivindicación 1. Las subreivindicaciones se refieren a otras configuraciones especialmente ventajosas de la invención.
Según la invención, en el elemento mezclador estático de la cámara de combustión en el lado de flujo incidente están dispuestos varios elementos de guía de flujo separados entre sí, cada uno en forma de álabes planos que sobresalen del lado de flujo incidente y cada uno de los cuales se extiende desde una sección de borde de la abertura de entrada del canal de paso en dirección distal hasta el borde exterior del lado de flujo incidente, donde entre dos elementos de guía de flojo hay dispuesta una superficie de rotación rebajada en comparación con los elementos de guía de flujo, inclinada hacia el borde exterior del lado de flujo incidente, donde los elementos de guía de flujo están realzados en una altura de álabe en comparación con una superficie de rotación adyacente.
Debido a su lado de flujo incidente estructurado con varios elementos de flujo y superficies de rotación intermedias, un elemento mezclador estático ofrece la ventaja adicional de que el lado de flujo incidente tiene una superficie específica alta para la circulación de flujo con un medio gaseoso y/o un gas combustible. Bajo el término «superficie específica» se entiende la suma de todas las superficies limítrofes entre el cuerpo base estructurado, especialmente en su lado de flujo incidente, y una fase gaseosa, es decir, el gas combustible que circula alrededor de un elemento mezclador estático, en relación con el volumen del elemento mezclador estático (m2 superficie/m3 volumen). En lo sucesivo, el término lado de flujo incipiente «estructurado» se utiliza como sinónimo de una superficie específica alta.
Bajo el término «elemento de guía de flujo» en lo sucesivo se entienden generalmente elevaciones en forma de álabes planos que sobresalen del lado de flujo incidente e imponen un movimiento giratorio dirigido a un medio gaseoso incidente y/o aquí al gas combustible dentro de una cámara de combustión de una caldera industrial. Para ello y durante la operación, el elemento mezclador estático se posiciona convenientemente dentro de un flujo de gas de modo que la dirección de flujo incidente del gas de combustión corresponda esencialmente con la dirección del eje longitudinal del canal de paso. El lado de flujo incidente estructurado del elemento mezclador estático está alineado en esencia transversalmente a la dirección de flujo incidente del gas de combustión.
Tales elementos de guía de flujo pueden estar configurados, por ejemplo, como aletas o almas rectas o curvas, o como secciones de álabes rectos o curvos. Según la invención, los elementos de guía de flujo discurren respectivamente en dirección distal y/o radial desde el canal de paso hacia el borde exterior del lado de flujo incidente.
Las superficies de rotación colocadas entre los elementos de guía de flujo están algo rebajadas en la dirección de flujo incidente del gas de combustión en comparación con las elevaciones de los elementos de guía de flujo e inclinadas en un ángulo de inclinación a relativo a un plano frontal del lado de flujo incidente oblicuo hasta el borde del lado de flujo incidente. Con esto se consigue que un gas de combustión caliente que fluye en la dirección del eje longitudinal del canal de paso se desvíe hacia afuera por el elemento mezclador estático en dirección distal o radial al impactar con una de las superficies de rotación inclinadas y golpee la pared de la cámara de combustión de la caldera industrial Puede ser ventajoso que las superficies de rotación estén inclinadas en un ángulo de inclinación a de 20° a 70°, preferentemente de 30° a 60°, especialmente preferible de 45°, hacia el borde exterior del lado de flujo incidente.
Mediante la alta área de superficie específica descrita y el rápido calentamiento superficial de un elemento mezclador estático —véanse al respecto las explicaciones anteriores acerca del número de Biot—, durante la operación se logra un mayor y ventajoso transporte de radiación del elemento mezclador estático a la pared de la cámara de combustión. Puede ser especialmente conveniente si, en un elemento mezclador estático, el canal de paso presenta una longitud de canal de paso que corresponde esencialmente al grosor del material del cuerpo base, y los diversos elementos de guía de flujo tienen cada uno el grosor de material del cuerpo de base al menos por secciones, donde las superficies de rotación rebajadas están dispuestas en secciones del cuerpo de base con grosor de material reducido.
Ventajosamente, el canal de paso con una longitud de canal de paso que corresponde esencialmente al grosor del material del cuerpo base se halla en esencia implícitamente perpendicular al lado de flujo incipiente del cuerpo base. Con un flujo incidente al elemento mezclador estático con gas combustible caliente en la dirección del eje longitudinal del canal de paso, el lado de flujo incidente del cuerpo base queda así esencialmente transversal al gas combustible incidente y circula uniformemente alrededor de este. Así, los elementos de guía de flujo pueden aplicar un flujo de rotación de forma especialmente efectiva al gas combustible incidente. Las superficies de rotación inclinadas en la dirección del flujo incidente y ubicadas en hendiduras en el cuerpo base o hendiduras en el lado de flujo incidente también están sometidas a un flujo uniforme de gas combustible en este diseño y aseguran un desvío uniformemente dirigido del gas combustible a lo largo del borde del lado de flujo incidente en dirección lateral. Así, de ser posible, toda la superficie interior de la cámara de combustión se carga ventajosa y uniformemente con gas combustible caliente desviado por las superficies de rotación.
En un diseño especialmente ventajoso de la invención, con un elemento mezclador estático, los múltiples elementos de guía de flujo en el lado de flujo incidente del elemento de mezclador estático pueden estar capacitados como álabes curvos con un radio de curvatura. En esta forma de diseño con álabes curvos, el movimiento rotatorio deseado que se impone al flujo de gas combustible cuando circula alrededor de al menos un elemento mezclador estático posicionado en el interior de una cámara de combustión de una caldera industrial puede ajustarse y/o calcularse con precisión.
Cuanto más pequeño se seleccione el radio de curvatura de los álabes curvos, más fuerte es la turbulencia controlada que se puede imponer al flujo de gas combustible dentro de la cámara de combustión en el lado de flujo incidente del elemento mezclador estático como resultado de un Sin embargo, debe tenerse en cuenta la pérdida de presión, que puede aumentar como resultado de la circulación de flujo alrededor del elemento mezclador estático con un movimiento rotatorio.
Puede ser especialmente efectivo un elemento mezclador estático de una cámara de combustión según la invención si los elementos de guía de flujo tienen cada uno una altura de elemento guía variable en relación con las respectivas superficies de rotación contiguas, aumentando la altura del elemento guía a lo largo de una longitud del elemento guía desde el canal de paso hasta el borde exterior del lado de flujo incidente. Así, al aumentar la altura del elemento guía, se puede aplicar un flujo de rotación más intenso a la parte desviada del gas combustible.
En una formación complementaria, en un elemento mezclador estático, la altura del elemento guía en el lado interior de los elementos guía adyacentes al canal de paso puede ser del 20 % al 50 % del grosor del material del elemento mezclador estático y/o la altura del elemento guía en el lado exterior de los álabes adyacentes al borde del lado de flujo incidente puede ser del 50 % al 100 % del grosor del material del elemento mezclador estático. Seleccionando adecuadamente la altura de los elementos guía y/o el ángulo de inclinación de las superficies de rotación, se puede regular y/u optimizar el grado de desviación del medio incidente hacia la pared de la cámara de combustión.
En una configuración especialmente compacta de la invención, un elemento mezclador estático puede tener una sección de zócalo con superficies de apoyo en su lado inferior, así como un borde del lado de flujo incidente con un contorno de borde redondo, preferiblemente semicircular, en su lado superior. Utilizando una sección de zócalo se aumenta la estabilidad de un elemento mezclador estático. Esto es especialmente ventajoso debido a la presión dinámica que se produce durante la operación generada por el gas combustible que circula alrededor de un elemento mezclador estático. Un contorno de borde redondo, preferiblemente semicircular en el área del lado superior de un elemento mezclador estático ofrece la ventaja, durante la operación, al colocar transversalmente a la dirección del flujo del gas de combustión en el interior de un tubo de fuego esencialmente cilíndrico y/o un cámara de combustión correspondiente, de que la distancia entre la pared de la cámara de combustión y el borde del lado de flujo incidente del elemento mezclador estático sea lo más uniforme posible. Como ya se ha descrito anteriormente, se coloca convenientemente un elemento mezclador estático en posición operativa dentro de la cámara de combustión de una caldera transversalmente a la dirección de flujo del gas combustible caliente.
En una primera variante según la invención, un elemento mezclador estático puede diseñarse en una sola pieza y preferiblemente incluir una junta de expansión con un ancho de junta que se extienda desde el canal de paso hasta el borde del lado de flujo incipiente a través de todo el grosor del material del elemento mezclador estático. Si es necesario, se puede utilizar una junta de expansión para evitar que se acumulen tensiones térmicas en un elemento mezclador estático durante la operación, lo que podría provocar grietas en el cuerpo base.
En otra variante según la invención, un elemento mezclador estático se puede estructurar en dos o varias partes, donde las partes individuales del elemento mezclador estático se pueden unir entre sí en unión positiva mediante conectores.
Tales conectores pueden comprender, por ejemplo, elementos de conexión en forma de espiga dispuestos en una de las partes del elemento mezclador estático y provistos de las escotaduras respectivas correspondientes en otra parte del elemento mezclador estático de dos o varias partes. El diseño como elemento mezclador estático de dos o múltiples partes es ventajoso especialmente con elementos mezcladores estáticos más grandes que, por ejemplo, tienen un diámetro o una anchura en el lado de flujo incipiente de 500 mm o 600 mm. El montaje de un elemento mezclador estático tal en su posición operativa en el interior de una cámara de combustión de una caldera industrial se facilita considerablemente mediante la estructura de varias partes, ya que los elementos mezcladores estáticos pueden volverse muy pesados al aumentar el tamaño.
Para contribuir a la desviación y/o turbulencia del gas de combustión en dirección de la pared de la cámara de combustión durante la operación, el canal de paso en un elemento mezclador estático puede presentar una abertura de entrada con un área de sección transversal libre, así como un diámetro interior en el lado de flujo incidente y una sección de difusor en el lado de fuga con un ángulo de difusión 3 en relación con el lado de fuga, donde la sección de difusor se extiende hasta la abertura de salida del canal de paso en el lado de fuga y un diámetro interior en la abertura de salida es mayor que el diámetro interior en la abertura de entrada.
La sección de difusor divergente, que se ensancha hacia la abertura de salida en la dirección del flujo del gas combustible, puede tener un ángulo de difusor 3, por ejemplo, de 90° a 160°, preferiblemente de 120°, y puede imitar el difusor de una boquilla Laval. Puede ser especialmente conveniente que con un elemento mezclador estático, el canal de paso presente uno o varios dispositivos de conexión en el lado de flujo incipiente para la fijación imperdible de los elementos de acoplamiento correspondientes de un anillo de ajuste dentro del canal de paso. Preferiblemente, como partes del dispositivo de conexión se pueden proveer dos ranuras longitudinales colocadas en secciones de pared opuestas y en la dirección del eje longitudinal del canal de paso y que sirven como guías para un conector. De manera especialmente preferente, también se pueden proveer dos ranuras longitudinales que se extienden en la
dirección del eje longitudinal y dispuestas en secciones de pared opuestas del canal de paso junto con ranuras transversales posteriores a las ranuras longitudinales, donde las ranuras transversales en el extremo respectivo de las ranuras longitudinales están posicionadas transversalmente a estas. Estas ranuras longitudinales y las ranuras transversales posteriores pueden servir como guías para un conector bloqueable, por ejemplo en forma de cierre de bayoneta, y pueden estar previstas como partes del dispositivo de conexión para sujetar un anillo de ajuste dentro del canal de paso.
Dependiendo de la forma de diseño, un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención también puede incluir una placa de zócalo que se puede posicionar en la parte inferior, es decir, bajo la placa base, y que convenientemente dispone de pies de zócalo para compensar cualquier irregularidad y permite que los elementos mezcladores estáticos se posicionen de forma exactamente horizontal en posición operativa en el interior de una cámara de combustión cilíndrica. Además, un dispositivo mezclador de flujo estático también puede comprender si procede una o más placas de soporte que pueden colocarse entre la placa base y una placa de zócalo si es necesario. Así, un dispositivo mezclador de flujo estático puede comprender multitud de componentes que pueden conectarse entre sí en forma de pila y usarse para ajustar la altura del al menos un elemento mezclador estático en su posición operativa en el interior de una cámara de combustión de una caldera. Convenientemente, uno o varios componentes cuyo conjunto comprende un dispositivo de mezcla de flujo estático también pueden estar diseñados de tal manera que puedan conectarse en unión positiva entre sí y, en caso de una circulación turbulenta de gas de combustión caliente dentro de la cámara de combustión, están conectados fijos en su posición relativa en el grupo de los componentes.
Puede ser especialmente ventajoso si en un dispositivo mezclador de flujo estático que también incluya al menos un anillo de ajuste con una dirección del eje longitudinal, un diámetro exterior y un diámetro interior libre, que al menos un anillo de ajuste puede fijarse, preferentemente de forma coaxial, en el lado de flujo incidente en el interior del canal pasante de un elemento mezclador estático.
El diámetro interior libre de un anillo de ajuste define su área de sección transversal interior libre. Dependiendo de la elección de la relación de diámetro entre el diámetro exterior y el diámetro interior libre, también afecta al grosor de la pared del anillo de ajuste. Al insertar un anillo de ajuste en el canal de paso, el área de la sección transversal libre del canal de paso se puede modificar y/o reducir. Así, el perfil de flujo y/o la sección transversal de flujo en el canal de paso de un elemento mezclador estático se puede ajustar ventajosamente de forma especialmente sencilla y económica. Para ello, el cuerpo base del elemento mezclador estático puede, por ejemplo, fabricarse en grandes cantidades en una geometría y tamaño determinados según las dimensiones de la cámara de combustión de una caldera industrial definida. Mediante el uso de anillos de ajuste moldeados individualmente, en particular con diferentes diámetros interiores libres, un dispositivo mezclador de flujo estático se puede adaptar fácilmente a las condiciones de flujo respectivas.
Convenientemente, en un dispositivo mezclador de flujo estático que presente al menos un anillo de ajuste puede presentar elementos de acoplamiento externos, donde al menos un anillo de ajuste puede fijarse de forma imperdible en el lado de flujo incidente dentro del canal de paso de un elemento mezclador estático, preferiblemente a dispositivos de conexión en el interior del canal de paso.
En este diseño, un anillo de ajuste puede fijarse de forma especialmente sencilla y segura en el interior del canal de paso. Ventajosamente, en un diseño con elementos mezcladores estáticos divididos, por lo que pueden ensamblarse a partir de dos o más piezas individuales, el anillo de ajuste insertado también puede apoyar estáticamente las piezas individuales del elemento mezclador estático y mejorar en general la estabilidad de la estructura de tal dispositivo mezclador de flujo estático. Al montar un elemento mezclador estático compuesto por varias piezas, se logra una mayor estabilidad adicional de la estructura mediante un anillo de ajuste modular.
En otro diseño ventajoso de la invención, en un dispositivo mezclador de flujo estático pueden fijarse dos o más elementos mezcladores estáticos uno tras otro en una o varias placas base, donde los canales de paso de los dos o más elementos mezcladores estáticos están preferiblemente dispuestos coaxialmente uno tras otro, y donde al menos los elementos mezcladores estáticos dispuestos posteriormente en el lado de fuga de un primer elemento mezclador estático en el lado de flujo incidente, preferiblemente todos los elementos mezcladores estáticos, están equipados cada uno con un anillo de ajuste fijado en su respectivo canal de paso.
En una formación complementaria de un dispositivo mezclador de flujo, que comprende dos o más anillos de ajuste con diferentes diámetros interiores, los dos o más anillos de ajuste pueden estar dispuestos de tal manera que los diámetros interiores de los anillos de ajuste disminuyan en los elementos mezcladores estáticos dispuestos uno detrás del otro en el lado de fuga.
Así, los diámetros interiores de los anillos de ajuste se vuelven más pequeños en el lado de fuga vistos desde la dirección de flujo incidente del gas de combustión. Mediante el uso de diferentes diámetros interiores se logra que el gas de combustión que fluye a lo largo del eje horizontal de la cámara de combustión se distribuya por varios elementos mezcladores estáticos.
Además, en el marco de la invención, una caldera industrial está provista de una cámara de combustión según la
invención en la que se posiciona un dispositivo mezclador de flujo estático. Las ventajas mencionadas anteriormente también se aplican igualmente a una cámara de combustión y/o una caldera industrial con una cámara de combustión equipada con elementos mezcladores estáticos según la invención y/o con un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención.
Otras características de la invención se derivan de la siguiente descripción de ejemplos de diseño y teniendo en cuenta las ilustraciones. En los dibujos esquemáticos se muestra:
- Fig. 1 en una vista isométrica oblicua desde frente, una segunda variante de diseño de un elemento mezclador estático según la invención;
- Fig. 1A en una representación ampliada, un detalle de la fig. 1;
- F ig .2 en una vista frontal desde frente, el elemento mezclador estático representado en la fig. 1;
- Fig. 3 una vista de sección desde arriba según la línea de sección A-A representada en la fig. 2 del elemento mezclador estático representado en la fig. 1;
- Fig. 4 una vista de sección desde el lateral según la línea de sección B-B representada en la fig. 2 del elemento mezclador estático representado en la fig. 1;
- Fig. 5A a 5C en vistas isométricas respectivamente oblicuas desde frente, diferentes variantes de anillos de ajuste para la fijación a un elemento mezclador estático;
- Fig. 6 en una vista isométrica oblicua desde el lateral, una placa de zócalo como parte de un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención;
- F ig .7 en una vista isométrica oblicua desde el lateral, una placa base como parte de un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención;
- F ig .8 en una vista isométrica oblicua desde arriba, un primer diseño de un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención con dos elementos mezcladores estáticos según la fig. 1;
- F ig .9 en un diagrama de despiece oblicuo desde el lateral, las partes individuales de la estructura mostrada en la fig. 8;
- Fig. 10 en una vista lateral isométrica oblicua desde el lateral, un segundo diseño de un mezclador de flujo estático según la invención con seis elementos mezcladores estáticos posicionados uno tras otro según la fig. 1;
- Fig. 11 en una vista isométrica oblicua desde frente, una segunda variante de diseño de un elemento mezclador estático según la invención;
- Fig. 12 en un diagrama de despiece oblicuo desde el lateral, las partes individuales de la estructura mostrada en la fig. 11;
- Fig. 13 en un diagrama de despiece oblicuo desde el lateral, las piezas individuales de un tercer diseño de un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención con dos elementos mezcladores estáticos según la fig.
11;
- Fig. 14 en una vista isométrica oblicua desde frente, una tercera variante de diseño de un elemento mezclador estático según la invención;
- Fig. 15 en un diagrama de despiece oblicuo desde el lateral, las partes individuales de la estructura mostrada en la fig. 14;
- Fig. 16 en una vista isométrica oblicua desde arriba, un cuarto diseño de un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención con dos elementos mezcladores estáticos según la fig. 15;
- Fig. 17 en un diagrama de despiece oblicuo desde el lateral, las partes individuales de la estructura mostrada en la fig. 16;
- Fig. 18 en una vista de sección parcial oblicua desde el lateral, una cámara de combustión de una caldera industrial con un dispositivo mezclador de flujo estático con seis elementos mezcladores estáticos dispuestos uno tras otro según la invención, donde el dispositivo mezclador de flujo está instalado en el interior del cámara de combustión.
Las otras figuras son representaciones esquemáticas de cálculos CFD, y cada una en forma de diagrama basado en las evoluciones de la velocidad del flujo (Flow velocity) en [m/s], la densidad del flujo de calor (Convection_Wall_Heatflux) en [W/m2], así como la temperatura (Temperature_Celsius) en [°C] ilustran las diferencias en las condiciones de flujo en una cámara de combustión sin componentes integrados en comparación con la misma cámara de combustión con componentes integrados en forma de mezcladores de flujo estático. Con respecto a la densidad del flujo de calor, un aumento del transporte térmico se representa mediante valores negativos, que se ilustran como «áreas blancas» en las ilustraciones siguientes. Cuanto menor sea el valor local de la densidad del flujo de calor, mayor será el flujo de calor hacia el exterior.
Se muestran:
- Fig. 19 en una vista lateral, la evolución de la velocidad de flujo en una cámara de combustión de una caldera industrial de 2 MW sin componentes integrados;
- Fig. 20 en una vista de sección isométrica oblicua desde arriba, la evolución de la densidad del flujo de calor en la pared de la cámara de combustión de la caldera industrial de 2 MW sin componentes integrados;
- Fig. 21 en una vista lateral, la evolución de la temperatura en la cámara de combustión de la caldera industrial de 2 MW sin componentes integrados;
- Fig. 22 en una vista lateral, la evolución de la velocidad del flujo en la cámara de combustión de la caldera industrial de 2 MW con un quinto diseño de un dispositivo mezclador de flujo estático que comprende seis elementos
mezcladores estáticos dispuestos uno tras otro, cada uno con una anchura de 300 mm ;
- Fig. 23 en una vista de sección isométrica oblicua desde arriba, la evolución de la densidad de flujo de calor en la pared de la cámara de combustión de la caldera industrial de 2 MW con el quinto diseño del dispositivo mezclador de flujo (anchura de 300 mm);
- Fig. 24 en una vista lateral, la evolución de la temperatura en la cámara de combustión de la caldera industrial de 2 MW con el quinto diseño del dispositivo mezclador de flujo (anchura de 300 mm);
- Fig. 25 en una vista lateral, la evolución de la velocidad de flujo en una cámara de combustión de una caldera industrial de 10 MW sin componentes integrados;
- Fig. 26 en una vista de sección isométrica oblicua desde arriba, la evolución de la densidad del flujo de calor en la pared de la cámara de combustión de la caldera industrial de 10 MW sin componentes integrados;
- Fig. 27 en una vista lateral, la evolución de la temperatura en la cámara de combustión de la caldera industrial de 10 MW sin componentes integrados;
- Fig. 28 en una vista lateral, la evolución de la velocidad del flujo en la cámara de combustión de la caldera industrial de 10 MW con un sexto diseño de un dispositivo mezclador de flujo estático que comprende seis elementos mezcladores estáticos dispuestos uno tras otro, cada uno con una anchura de 600 mm;
- Fig. 29 en una vista de sección isométrica oblicua desde arriba, la evolución de la densidad de flujo de calor en la pared de la cámara de combustión de la caldera industrial de 10 MW con el sexto diseño del dispositivo mezclador de flujo (anchura de 600 mm);
- Fig. 30 en una vista lateral, la evolución de la temperatura en la cámara de combustión de la caldera industrial de 10 MW con el sexto diseño del dispositivo mezclador de flujo (anchura de 600 mm);
- Fig. 31 en una representación de diagrama en base a vectores de velocidad, la velocidad de flujo (Flow velocity) en [m/s] durante el flujo incidente en la dirección de flujo incidente de un medio gaseoso de un dispositivo mezclador de flujo estático colocado en el lado de flujo incidente frontal según el quinto diseño de la invención (anchura de 300 mm); y
- Fig. 32 en una representación de diagrama en base a vectores de velocidad, la velocidad de flujo (Flow velocity) en [m/s] durante el flujo incidente de un lado de flujo incidente frontal, ubicado en la dirección de flujo incidente de un medio gaseoso, del dispositivo mezclador de flujo estático según el sexto diseño de la invención (anchura de 600 mm).
En general, la asignación en lo sucesivo de los términos con respecto a una ubicación u orientación, como por ejemplo «horizontal», «vertical», «en dirección horizontal», «en dirección vertical», «arriba», «abajo», «lateralmente», «delante», «debajo», «encima», etc. se elige solo por simplificación, y dichos términos se refieren posiblemente a la representación en los dibujos, pero no necesariamente a una posición de uso o instalación real del elemento mezclador estático o dispositivo mezclador de flujo estático en el interior de una cámara de combustión de una caldera industrial.
A continuación, se describen ahora las figuras en detalle. En aras de la simplicidad, los componentes con la misma función se proveen con los mismos signos de referencia en diferentes diseños.
Las figuras fig. 1 a fig.4 muestran en diferentes vistas respectivamente una primera variante de diseño de un elemento mezclador estático 10 según la invención.
El elemento mezclador estático 10 está hecho aquí de una sola pieza de un material cerámico resistente al calor y presenta un cuerpo base con un lado delantero 11 denominado en lo sucesivo como lado de flujo incidente 11, así como un lado trasero 12 denominado en lo sucesivo como lado de fuga 12. El lado de fuga trasero 12 está opuesto al lado de flujo incidente delantero 11.
El lado de flujo incidente 11 presenta aquí un borde superior y/o lateral 13 con un contorno esencialmente semicircular. En su lado inferior, el elemento mezclador estático 10 tiene una sección de zócalo 14 con una anchura 15, así como superficies de apoyo 16. Las superficies de apoyo 16 de la sección de zócalo 14 están aquí inclinadas y sirven como superficies de colocación para el elemento mezclador estático 10 en interacción con una placa base, como se muestra, por ejemplo, en la fig. 7.
El cuerpo base del elemento mezclador estático 10 tiene una anchura 17, un grosor de material máximo 18 y/o profundidad inicial, así como una altura 19. Asimismo, el cuerpo base del elemento mezclador estático 10 presenta un canal de paso 20 que, con su abertura de entrada 21, se posiciona esencialmente en el centro del lado de flujo incidente 11 del elemento mezclador estático 10.
El canal de paso 20 tiene su abertura de salida 22 en el lado de fuga 12. Un área de sección transversal libre 23 del canal de paso 20 aquí está diseñada esencialmente en forma circular con un diámetro interior De del canal de paso 20 en la zona de su abertura de entrada 21. La abertura de entrada 21 está limitada aquí por una sección de borde circundante 24 y/o alma del borde en el lado de flujo incidente 11, donde esta sección de borde 24 y/o alma del borde presenta un diámetro exterior Dr.
Visto desde su abertura de entrada 21, el canal de paso 20 está diseñado aproximadamente desde la mitad hasta la abertura de salida 22 como una sección difusora 25, donde un diámetro interior Da de la sección del difusor 25 en la
abertura de salida 22 es mayor que el diámetro interior De del canal de paso 20 en la zona de su abertura de entrada 21. Aquí se selecciona un ángulo de difusión 13, por ejemplo, de 120°.
La dirección del eje longitudinal 26 del canal de paso 20 se simboliza con una línea de puntos y rayas 26. Así, el canal de paso 20 discurre en la dirección del eje longitudinal 26 y con una longitud de canal 27 desde el lado delantero y/o de flujo incidente 11 del cuerpo base a través del cuerpo base hasta el lado trasero y/o lado de fuga 12 del cuerpo base.
En un sistema de coordenadas tridimensional, la dirección del eje longitudinal 26 del canal de paso 20 corresponde a la dirección del eje X. La dirección del eje Y indica la dirección de la anchura lateral 17 del elemento mezclador estático 10, la dirección del eje Z indica la dirección de la altura 19 del elemento mezclador estático 10.
El elemento mezclador estático 10 está estructurado en el lado de flujo incidente 11 y presenta varias superficies de rotación 28, inclinadas respectivamente hacia el borde exterior 13 del lado de flujo incidente 11 con un ángulo de inclinación a. Además, en el lado de flujo incidente 11 están dispuestos varios elementos de guía de flujo 30 separados entre sí, formados respectivamente como álabes planos 31 que sobresalen del lado de flujo incidente 11. Cada uno de los elementos de guía de flujo 30 discurren aquí respectivamente desde la sección de borde 24 de la abertura de entrada 21 del canal de paso 20 aproximadamente en dirección distal y/o radial hasta el borde exterior 13 del lado de flujo incidente 11. Los álabes 31 presentan un ancho de álabe 32 y/o ancho 32 del elemento de guía de flujo 30 y una longitud de álabe 33 y/o longitud 33 del elemento de guía de flujo 30. Los álabes 31 están configurados aquí como álabes curvos 31 con un radio de curvatura 34.
Aún más detalladamente, el radio de curvatura 34 de un álabe 31 puede indicarse como un primer radio de curvatura R algo mayor, que se mide en un primer flanco 35 del álabe 31, curvado en forma cóncava. A lo largo de este primer flanco 35, el álabe 31 sobresale de la superficie de rotación 28 rebajada, contigua al primer flanco 35, por una altura interior de álabe 36 y/o altura de elemento guía 36, que se mide en el interior del álabe 31 contiguo a la sección del borde 24 alrededor de la abertura de entrada 21 del canal de paso 20. Una altura de álabe exterior 37 y/o una altura de elemento guía 37 se mide en el primer flanco 35 del borde 13 del lado de flujo incidente 11.
Un segundo flanco 38 del álabe 31 y/o el elemento de guía de flujo 30, curvado de forma convexa y opuesto al primer flanco 35, presenta un radio de curvatura r algo inferior en comparación con el radio de curvatura R. La relación entre el radio de curvatura mayor R en el primer flanco 35 y el radio de curvatura menor r en el segundo flanco 38 del álabe 31 y/o el elemento de guía de flujo 30 depende esencialmente de la elección del ancho del álabe 32 y el tamaño de los radios de curvatura R, r. En aras de la simplicidad, en lo sucesivo se hará referencia a un radio de curvatura 34 que es, por así decirlo, un promedio de ambos radios de curvatura R y r.
A lo largo del segundo flanco 38, el álabe 31 sobresale de la superficie de rotación 28 rebajada, contigua al segundo flanco 38, por una altura interior de álabe 39 y/o altura de elemento guía 39, que se mide en el interior del álabe 31 contiguo a la sección del borde 24 alrededor de la abertura de entrada 21 del canal de paso 20. Una altura de álabe exterior 40 y/o una altura de elemento guía 40 se mide en el segundo flanco 38 del borde 13 del lado de flujo incidente 11.
Así, los elementos de guía de flujo 30 están realzados en una altura de álabe 36, 37, 39, 40 en comparación con las respectivas superficies de rotación 28 adyacentes. El grosor de material 18 del cuerpo base del elemento mezclador estático 10 se reduce en la zona de las superficies de rotación 28 rebajadas y presenta solo un grosor de material reducido 18.1 y/o 18.2 en la zona de las superficies de rotación 28. Debido a las escotaduras del cuerpo base en el área de las superficies de rotación inclinadas 28, el peso total del elemento mezclador estático 10 se reduce en comparación con un cuerpo base con un grosor de material constante 18 y un lado delantero liso y sin estructura. El peso total reducido y el consiguiente ahorro de material de un elemento mezclador estático 10 ofrece numerosas ventajas: Así, un elemento mezclador estático 10 puede fabricarse rentablemente en comparación con un cuerpo base sin estructura gracias al ahorro de material, y su manejo es más sencillo.
Para soportar las tensiones de temperatura en el cuerpo base durante el uso en una cámara de combustión de una caldera industrial con el menor daño posible, el elemento mezclador estático 10 aquí mostrado presenta una junta de expansión 45 con un ancho de junta 46 que se extiende en el lado superior del elemento mezclador estático 10 a lo largo de todo su grosor de material 18 desde el canal de paso 20 hasta el borde 13.
Para una comprensión más sencilla del funcionamiento de este elemento mezclador estático 10 en el interior de una cámara de combustión de una caldera industrial, como se muestra esquemáticamente, por ejemplo, en la Fig. 18 , en la Fig. 1 y en parte también en las siguientes ilustraciones se esboza adicionalmente una dirección de flujo incidente 1, simbolizada como flecha 1, que pretende ilustrar la dirección de flujo incidente de un medio gaseoso, del gas de combustión, en el interior de la cámara de combustión de una caldera industrial no representada aquí. La dirección de flujo incidente 1 corresponde esencialmente a la dirección del eje X y/o la dirección del eje longitudinal 26 del canal de paso 20. O, expresado de otro modo, dicho elemento mezclador estático 10 está dispuesto durante la operación en el interior de una cámara de combustión de un caldera industrial de tal manera que la dirección del eje longitudinal 26 del canal de paso 20 está orientada esencialmente en la dirección de flujo incidente 1 del gas de combustión. El lado
de flujo incidente 11 del cuerpo base se halla así en esencia transversalmente a la dirección de flujo incidente 1 del gas de combustión.
Una primera vía de flujo 2 del medio gaseoso, simbolizada por una línea 2 de trazos y puntos y por flechas 2, discurre en la dirección del eje longitudinal 26 a través del canal de paso 20 del elemento mezclador estático 10. Otra segunda vía de flujo 3 del medio gaseoso, simbolizada por una línea discontinua 3 y por flechas 3, muestra esquemáticamente la trayectoria del flujo del gas de combustión en su circulación por el exterior del elemento mezclador estático 10 a lo largo de los elementos de guía de flujo 30. Cuando el medio gaseoso golpea los elementos de guía de flujo 30 en forma de pala, la vía del flujo 3 pasa a un movimiento rotatorio y se desvía en dirección lateral y/o axial del elemento mezclador estático 10 en dirección a una pared interior de la cámara de combustión no mostrada aquí al golpear la superficie de rotación 28.
En la fig. 1, así como parcialmente también en las ilustraciones siguientes, un plano de flujo incidente e también se indica con una línea de contorno de puntos y rayas. El plano de flujo incidente e forma conceptualmente un plano frontal en el lado de flujo incidente estructurado 11 en el que se encuentran aquellas secciones de contorno que, vistas en la dirección de flujo incidente 1 del medio que fluye en la dirección del eje X, están sometidas al flujo en primer lugar. O dicho de otro modo, el plano de flujo incidente e comprende aquellas secciones de contorno en el lado de flujo incidente 11 que más sobresalen del lado de flujo incidente 11 como elevaciones contra la dirección de flujo incidente 1. Estas son aquí las superficies delanteras curvadas de los álabes 31, cada una con un ancho de álabe 32 así como una longitud de álabe 33, así como la sección de borde circundante 24 y/o alma del borde, que bordea la abertura de entrada 21 del canal de paso 20 en el lado de flujo incidente 11. En las ilustraciones siguientes fig. 31 y fig. 32, los perfiles de velocidad se muestran en representación vectorial en el plano de flujo incidente e y/o plano frontal del lado de flujo incidente estructurado 11 de los elementos mezcladores estáticos 10. Las superficies de rotación 28 entre los álabes 31 están ubicadas algo por debajo del plano de flujo incidente e y/o del plano frontal en la dirección de flujo incidente 1 y/o la dirección del eje X, por lo que tampoco se muestran en las ilustraciones fig. 31 y fig. 32.
Las otras ilustraciones fig. 5A a 5C se refieren respectivamente a diferentes variantes de anillos de ajuste 60 para la fijación aun elemento mezclador estático 10. Cada anillo de ajuste 60 está diseñado esencialmente en forma cilíndrica y presenta un diámetro exterior dA, un diámetro interior d| y un grosor de pared del revestimiento del cilindro que resulta de la diferencia entre el diámetro exterior dA al diámetro interior d|. Cada anillo de ajuste 60 presenta en uno de los bordes del revestimiento del cilindro un borde 61 que, en comparación con el diámetro exterior dA, tiene un diámetro del borde aumentado y sobresale hacia fuera del revestimiento del cilindro del anillo de ajuste 60. Una dirección del eje longitudinal 62 respectiva del anillo de ajuste 60 está simbolizada por una línea 62 de trazos y puntos. Una longitud 63 y/o profundidad del anillo de ajuste 60 se mide en el exterior alejado del borde 61 e indica la longitud y/o altura del revestimiento del cilindro del anillo de ajuste 60.
Fig.5A muestra al respecto un primer anillo de ajuste 60.1 con un diámetro exterior dA, así como un primer diámetro interior dr 1.
Fig. 5B muestra al respecto un segundo anillo de ajuste 60.2 con un diámetro exterior dA, igual de grande que el diámetro exterior dAdel primer anillo de ajuste 60.1, así como un segundo diámetro interior d|.2 menor que el primer diámetro interior dr 1. En consecuencia, el tercer anillo de ajuste 60.2 presenta una superficie de sección transversal libre más reducida en comparación con el segundo anillo de ajuste 60.1. El grosor de pared del revestimiento del cilindro es mayor en el segundo anillo de ajuste 60.2 que en el primer anillo de ajuste 60.1.
Fig. 5C muestra un tercer anillo de ajuste 60.2 con un diámetro exterior dA, igual de grande que el diámetro exterior dA del primer y segundo anillos de ajuste 60.1, 60.2, así como con un tercer diámetro interior d|.3 menor que el primer diámetro interior d r 1, así como menor que el segundo diámetro interior d|.2. En consecuencia, el tercer anillo de ajuste 60.3 presenta una superficie de sección transversal libre más reducida en comparación con el segundo anillo de ajuste 60.2. El grosor de pared del revestimiento del cilindro es aún mayor para el tercer anillo de ajuste 60.3 que en el segundo anillo de ajuste 60.3.
Con los anillos de ajuste 60.1,60.2, 60.3 ilustrados en las ilustraciones Fig.5A a 5C, cada uno con un diámetro interior diferente d r 1, d r 2, d r 3 con de lo contrario las mismas dimensiones, se proporciona un juego de anillos de ajuste 60 que se pueden insertar y fijar en la abertura de 21 del canal de paso 20 si es necesario. Así, con la ayuda de los anillos de ajuste insertables 60.1, 60.2, 60.3, el área de la sección transversal libre 23 del canal de paso 20 se puede seguir reduciendo muy fácilmente.
En el lado del flujo incidente, es decir, saliendo desde la abertura de entrada 21, se disponen uno o más dispositivos de conexión 50 en el interior del canal de paso 20 que preferiblemente comprenden dos ranuras longitudinales 51 colocadas en seccionesde pared opuestas, así como en la dirección del eje longitudinal 26 del canal de paso 20 y que sirven como guías para un conector. Las ilustraciones fig. 1 a fig. 4 muestran una variante particularmente favorecida en forma de guías de un conector bloqueable y/o un cierre de bayoneta con dos ranuras longitudinales 51 en dirección del eje longitudinal 26, así como dispuestas en secciones de pared opuestas del canal de paso 20junto con ranuras
transversales 52 dispuestas posteriores a las ranuras longitudinales 51. Las ranuras transversales 52 están posicionadas respectivamente al final de las ranuras longitudinales 51 de forma transversal a estas.
Para la fijación imperdible de un anillo de ajuste 60 en el interior del canal de paso 20, cada anillo de ajuste 60 presenta elementos de acoplamiento 53 exteriores que sobresalen lateralmente más allá de la superficie exterior del revestimiento cilíndrico del anillo de ajuste 60. Los elementos de acoplamiento 53 están diseñados en forma de espigas o botones sobresalientes y corresponden a las ranuras longitudinales 51 y/o las ranuras transversales 52. Cada anillo de ajuste 60 está diseñado de modo que puede insertarse en la abertura de entrada 21 de un canal de paso 20, donde los elementos de acoplamiento 53 en el anillo de ajuste 60 encajan en las correspondientes ranuras longitudinales 51 en las paredes del canal de paso 20. Para ello, el anillo de ajuste 60 se inserta coaxialmente con su dirección del eje longitudinal 62 en la dirección del eje longitudinal 26 del canal de paso 20 en la dirección del eje X hasta que el borde circundante 61 del anillo de ajuste 60 toque la sección de borde 24 del canal de paso 20. En caso de que el dispositivo de conexión 50 esté diseñado como conector bloqueable, el anillo de ajuste 60 insertado se puede asegurar de forma imperdible girándolo en su dirección de eje longitudinal 62. Así, los elementos de acoplamiento 53 encajan en las ranuras transversales 52 de este cierre de bayoneta. El anillo de ajuste 60 se puede separar de nuevo del elemento mezclador estático 10 si es necesario girándolo en la dirección de giro opuesta y extrayéndolo en la dirección del eje longitudinal 26 del canal de paso 20.
La fig. 6 muestra una placa de zócalo 70 como parte de un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención. La placa de zócalo 70 está diseñada aquí esencialmente en forma de paralelepípedo y presenta en su lado inferior dos pies de zócalo 71 que se extienden en dirección longitudinal de la placa de zócalo 70 en forma de tiras. Los pies de zócalo 71 ofrecen la ventaja de poder compensar las irregularidades del suelo en el lugar de colocación de un dispositivo mezclador de flujo estático, especialmente en el interior de una cámara de combustión de una caldera industrial. En el lado superior de la placa de zócalo 70 hay dispuestos perfiles guía laterales 72 en dirección longitudinal que pueden servir para guiar otros componentes.
La fig. 7 muestra una placa de zócalo 80 como parte de un dispositivo mezclador de flujo estático según la invención. La placa de soporte 80 aquí mostrada presenta dos escotaduras 81 en su lado superior en cada una de las cuales se puede insertar una sección de zócalo 14 de un elemento mezclador estático 10 en unión positiva. Ambas escotaduras 81 presentan respectivamente superficies de apoyo inclinadas que corresponden a las superficies de apoyo inclinadas 16 de la sección de zócalo 14 de un elemento mezclador estático 10.
Las ranuras guía laterales 82 en la parte inferior de la placa de soporte 80 sirven para alojar los perfiles guía 72 de la placa de zócalo 70, como se muestra en la fig. 6.
La fig. 8 ilustra un primer diseño de un dispositivo mezclador de flujo estático 100 según la invención con dos elementos mezcladores estáticos 10 según la fig. 1, con una placa de zócalo 70 según la fig. 6 , así como una placa base 80 según la fig. 7. Para ajustar la altura total del dispositivo mezclador de flujo estático 100, se insertan aquí adicionalmente entre la placa de zócalo 70 y la placa de soporte 80 varias placas de soporte 75 más.
La fig. 9 muestra en un diagrama de despiece las partes individuales de la estructura mostrada en la fig. 8. Aquí se pueden ver claramente las tres placas base insertadas 75.1, 75.2, 75.3.
Los dos elementos mezcladores estáticos 10 están dispuestos aquí uno tras otro vistos en la dirección del eje X y/o la dirección de flujo incidente 1 del medio incidente y/o del gas de combustión de manera que las direcciones del eje longitudinal 26 de los canales de paso 20 se posicionan coaxialmente. En el elemento mezclador estático delantero 10, que en la fig. 8 se muestra en el primer plano de la imagen, se halla en el canal de paso 20 un primer anillo de ajuste 60.1 con un primer diámetro interior d|.1. En el segundo elemento mezclador estático trasero 10 se halla en el canal de paso 20 un segundo anillo de ajuste 60.2 con un segundo diámetro interior dr2 menor que el primer diámetro interior d|.1. Al circular alrededor del dispositivo mezclador de flujo estático 100, se reduce en la vía de flujo 2 del medio incidente y/o el gas de combustión a través de los canales de paso 20 el área de la sección transversal libre en el interior de ambos anillos de ajuste 60.1 y 60.2 dispuestos uno tras otro.
La abertura central de un elemento mezclador estático evita una presión dinámica excesiva y una pérdida de presión demasiado grande en la cámara de combustión. Con el diámetro interior que se estrecha se consigue que el gas combustible dispuesto en el centro del chorro de combustión pueda dividirse en varios elementos mezcladores estáticos y luego desviarse.
Así, se mejora el flujo a través del primer elemento mezclador estático 10 y, por consiguiente, el flujo incidente del segundo elemento de flujo 10, que se encuentra en la estela del primer elemento mezclador estático 10.
La Fig. 10 muestra un segundo diseño de un dispositivo mezclador de flujo estático 100 según la invención con seis elementos mezcladores estáticos 10 posicionados uno tras otro según el diseño de la fig. 1.
Los seis elementos mezcladores estáticos 10 están fijados aquí por pares respectivamente visto en la dirección del eje X y/o la dirección del flujo incidente 1 en tres placas de soporte 80 colocadas una tras otra, donde los canales de
paso 20 de los seis elementos mezcladores estáticos 10 están dispuestos respectivamente de forma coaxial 26 uno tras otro. Las placas de zócalo 70 y las placas base 75.1 a 75.3 correspondientes sirven como trípode para los elementos mezcladores estáticos 10. El primer elemento mezclador estático 10 y/o el delantero en el lado de flujo incidente tiene un canal de paso 20 sin anillo de ajuste. Cada uno de los elementos mezcladores estáticos 10 posteriores en el lado de fuga en la dirección del eje X, es decir, del segundo al sexto elemento mezclador estático 10, está equipado con un anillo de ajuste 60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5 fijado en su respectivo canal de paso 20.
Para ello, los múltiples anillos de ajuste 60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5 están dispuestos de manera que los diámetros interiores dr 1, dr2, d|.3, dr4, dr5 de los anillos de ajuste 60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5 se reducen y/o hacen más pequeños en la dirección del eje X de los elementos mezcladores estáticos posteriores en el lado de fuga 10. Según la forma de la cámara de combustión, también se pueden disponer varios elementos mezcladores estáticos 10.
La fig. 11 muestra una segunda variante de diseño de un elemento mezclador estático 10 según la invención, donde la fig. 12 en un diagrama de despiece ilustra las partes individuales de la estructura mostrada en la fig. 11. A diferencia del diseño uniseccional y/o una monopieza de un elemento mezclador estático descrito anteriormente, el elemento de mezclador estático 10 mostrado aquí está construido en dos piezas y comprende una primera parte inferior 10.1 y una segunda parte superior 10.2 que se pueden conectar en unión positiva mediante un conector 55. Para ello, en la primera parte inferior 10.1 hay aquí dispuestos dos elementos de conexión 56 en forma de espigas conectoras que pueden encajar en las escotaduras 57 correspondientes en la segunda parte superior 10.2 del elemento mezclador estático dividido 10. Un anillo de ajuste 60, que a su vez en esta variante de diseño también se puede insertar en el canal de paso 20 de un elemento mezclador estático dividido 10, también sirve ventajosamente como apoyo para las dos partes 10.1 y 10.2 y las estabiliza en su posición conectada. No se requieren juntas de expansión adicionales en este diseño con un cuerpo base dividido.
La Fig. 13 muestra en un diagrama de despiece las piezas individuales de un tercer diseño de un dispositivo mezclador de flujo estático 100 según la invención con dos elementos mezcladores estáticos 10 según la fig. 11.
Las ilustraciones fig. 14 y fig. 15 conciernen a un tercer diseño de un elemento mezclador estático 10 según la invención compuesto a partir de tres partes individuales 10.1, 10.2 y 10.3. A su vez, las piezas individuales 10.1 a 10.3 pueden unirse entre sí en unión positiva mediante conectores 55. En este diseño tampoco se requieren juntas de expansión adicionales en el cuerpo base.
Las ilustraciones fig. 16 y fig. 17 muestran un cuarto diseño de un mezclador de flujo estático 100 según la invención con dos elementos mezcladores estáticos 10 según la fig. 15.
La fig. 18 muestra la vista de una cámara de combustión 200 de una caldera industrial. La cámara de combustión 200 está diseñada en forma esencialmente cilíndrica con una dirección del eje longitudinal 201, así como un diámetro interior 202. En su primer lado frontal, que se puede ver en la imagen de la izquierda en la fig. 18, sobresale un dispositivo de combustión 210 con una llama de quemador 211 en la cámara de combustión 200. Para ello, la llama del quemador 211 está en esencia alineada coaxialmente con el eje longitudinal 201 de la cámara de combustión 200. En el lado frontal de la cámara de combustión 200 opuesto al dispositivo de combustión 210 se halla la llamada cámara de giro, en la que el gas de combustión se desvía unos 180° y se conduce a un segundo paso de gas de combustión, que en la fig. 18 se indica solo esquemáticamente en el fondo de la imagen como un haz de tubos cortados de forma libre de un intercambiador de calor de haz tubular en la dirección opuesta a la dirección del flujo incidente 1 hacia una chimenea de gas de combustión. En el interior de la cámara de combustión 200 se halla aquí un dispositivo mezclador de flujo estático 100 con seis elementos mezcladores estáticos 10 dispuestos uno tras otro según la invención. Aquí, los elementos mezcladores estáticos 10 están posicionados de tal manera que los ejes longitudinales 26 de sus canales de paso 20 están dispuestos respectivamente de forma coaxial con el eje longitudinal 201 de la cámara de combustión 200 y, por lo tanto, también en esencia de forma coaxial con la llama del quemador 211.
Con respecto a las ventajas y los efectos mostrados en las ilustraciones fig. 19 a fig. 32, se refleja como sigue: En general, los mecanismos relevantes para el transporte térmico en una cámara de combustión de una caldera industrial genérica son por un lado el transporte térmico convectivo. y/o turbulento así como, por otro lado, la radiación térmica debida a la alta temperatura de llama del gas combustible a aprox. 1800°C. En cámaras de combustión vacías sin componentes integrados en forma de elementos mezcladores estáticos, la turbulencia y/o el flujo turbulento a través de la llama del quemador coaxial es relativamente bajo, como se puede ver, por ejemplo, en la fig. 19 y/o fig.
25. En una cámara de combustión vacía sin elementos mezcladores estáticos posicionados en su interior, la velocidad de flujo del gas de combustión disminuye, especialmente cerca de la pared de la cámara de combustión, por lo que el coeficiente de transferencia térmica en la pared de la cámara de combustión se reduce desventajosamente. Esto se evidencia, por ejemplo en las ilustraciones fig. 20. y/o fig. 26. Así, durante la operación en una cámara de combustión sin componentes integrados, se forma una capa límite laminar relativamente gruesa del flujo de gas combustible en la pared de la cámara de combustión perjudicial para el transporte térmico a la pared de la cámara de combustión. Al mismo tiempo, el transporte de radiación térmica desde la llama del quemador hasta la pared de la cámara del quemador debe superar aquí el trayecto y/o la distancia comparativamente más largos.
Puesto que el calor del gas de combustión no se puede disipar eficientemente en la cámara de combustión vacía, el gas de combustión se desvía a una cámara de combustión sin componentes internos con alta turbulencia y a una temperatura relativamente alta a través de la cámara de giro hacia el segundo paso de gas de combustión tras la cámara de combustión. En la práctica, esto conlleva una mayor exposición térmica, especialmente con una carga de caldera alta, lo que puede provocar daños materiales en la pared trasera de la cámara de giro y/o la entrada al segundo paso de gas de combustión. Además, esto suele irtambién acompañado de un consumo de combustible mayor debido a diversas pérdidas térmicas. Debido a la turbulencia alta del flujo de gas combustible, también pueden producirse vibraciones dañinas en la caldera, lo que también puede ser desventajoso en la operación de una caldera industrial tal con una cámara de combustión sin componentes internos.
Al instalar elementos mezcladores estáticos y/o un dispositivo mezclador de flujo estático, la turbulencia del gas de combustión se intensifica ventajosamente ya en la cámara de combustión, como se evidencia en las ilustraciones fig.
22, en comparación con la fig. 19 correspondiente sin componentes integrados, y/o fig. 28, en comparación con la fig.
25 correspondiente sin componentes integrados. Mediante los componentes integrados, aumenta significativamente el transporte térmico convectivo en la pared de la cámara de combustión (véanse las ilustraciones fig. 23 y/o fig. 29). Para ello, mediante el diseño respectivamente de un dispositivo mezclador de flujo estático, cada uno con seis elementos mezcladores estáticos dispuestos uno tras otro, estructurados respectivamente con superficies de rotación y elementos de guía de flujo, así como el uso adecuado de anillos de ajuste, distribuye la interacción y/o desviación del gas de combustión incidente sobre varios elementos mezcladores estáticos, como se observa en las ilustraciones fig. 31 y/o fig. 32. Así pueden minimizarse densidades de flujo térmico localmente elevadas que pueden aparecer desfavorablemente en la operación en una cámara de combustión sin componentes integrados.
Al mismo tiempo, mediante la interacción del gas combustible con la superficie específicamente alta de los elementos mezcladores estáticos, su temperatura superficial, aumenta con lo que utilizando elementos mezcladores estáticos y/o un dispositivo mezclador de flujo estático también aumenta el transporte de radiación térmica a la pared de la cámara de combustión. El uso de elementos mezcladores estáticos y/o un dispositivo mezclador de flujo estático en el interior de una cámara de combustión de una caldera industrial reduce ventajosamente la temperatura y la velocidad del gas de combustión ya en la cámara de combustión, con lo que también el subsiguiente recorrido del gas de combustión en el área de la cámara de giro y al entrar en el segundo paso de gas de combustión posterior en el lado de fuga está térmicamente menos expuesto.
El transporte térmico por convección y la radiación en la cámara de combustión en las calderas industriales no suele poder analizarse de forma diferenciada y representativa debido a diversas limitaciones, como la temperatura muy elevada de la cámara de combustión. No obstante, los efectos positivos del uso de elementos mezcladores estáticos y/o un dispositivo mezclador de flujo estático se pueden determinar indirectamente a través de mediciones integrales, por ejemplo, a través del ahorro de combustible, una distribución de temperatura menor en la pared trasera de la cámara de giro y daños materiales reducidos al material de arcilla refractaria para el revestimiento de la cámara de combustión.
Sin embargo, en un modelado de combustión y una simulación de flujo en gran medida cuantitativos de la cámara de combustión, el transporte térmico en la cámara de combustión se puede analizar diferenciadamente. Así, mediante la instalación de elementos mezcladores estáticos y/o un dispositivo mezclador de flujo estático en una cámara de combustión, aumenta significativamente el flujo térmico en la pared de la cámara de combustión.
En el ejemplo de diseño de una cámara de combustión de una caldera industrial de 2 MW (megavatios) en la que se posiciona un mezclador de flujo estático con seis elementos mezcladores estáticos con un diámetro de 300 mm cada uno (véanse las ilustraciones correspondientes fig. 22, fig. 23 , fig. 24 y fig. 31), se puede determinar un aumento del flujo térmico en la cámara de combustión en un 45 % en comparación con la cámara de combustión respectiva sin componentes integrados (véanse las fig. 19 a 21). Mientras que la proporción de transporte térmico por radiación térmica en la cámara de combustión vacía (véase la fig. 20) es solo aprox. del 10%, mediante la instalación de elementos mezcladores estáticos en la misma cámara de combustión aumenta la proporción de radiación por radiación térmica al 36% (véase la fig. 23).
Según el tamaño y/o la potencia de una caldera industrial, es esencial realizar una ampliación correspondiente de los elementos mezcladores estáticos y/o un dispositivo mezclador de flujo estático para cámaras de combustión más grandes con un diámetro de cámara de combustión mayor.
En el ejemplo de diseño de una cámara de combustión de una caldera industrial de 10 MW (megavatios) en la que se posiciona un mezclador de flujo estático con seis elementos mezcladores estáticos con un diámetro de 300 mm cada uno (véanse las ilustraciones correspondientes fig. 28, fig. 29 , fig. 30 y fig. 32), se puede determinar un aumento del flujo térmico en la cámara de combustión en un 45 % en comparación con la cámara de combustión respectiva sin componentes integrados (véanse las fig. 19 a 27). Mientras que la proporción de transporte térmico por radiación térmica en la cámara de combustión vacía (véase la fig. 26) es solo aprox. del 7%, mediante la instalación de elementos mezcladores estáticos en la misma cámara de combustión aumenta la proporción de radiación por radiación térmica al 33% (véase la fig. 29). Este efecto ventajoso se explica bien por la mayor emisión térmica de los elementos mezcladores estáticos.
Además, en la simulación de flujo se detecta, especialmente en la sección de la cámara de giro, una exposición térmica reducida del recorrido del gas de combustión posterior a la cámara de combustión. Así, las ventajas de utilizar elementos mezcladores estáticos y/o un dispositivo mezclador de flujo estático en el interior de una cámara de combustión de una caldera industrial genérica son indudables.
LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA
1 Dirección de flujo incidente, dirección de flujo del medio (flecha)
2 Vía de flujo del medio a través del canal de paso (flecha)
3 Vía de flujo del medio a lo largo de un elemento de guía de flujo (flecha)
10 Elemento mezclador estático
10.1 Primera (segunda, tercera) parte del elemento mezclador estático (y/o 10.2, 10.3)
11 Lado delantero o lado de flujo incidente del elemento mezclador estático
12 Lado trasero y/o lado de fuga del elemento mezclador estático
13 (Sección) del borde del lado de flujo incidente del elemento mezclador estático
14 Sección de zócalo
15 Anchura de la sección de zócalo
16 Superficie de apoyo de la sección de zócalo
17 Anchura del elemento mezclador estático
18 Grosor del material y/o profundidad inicial del elemento mezclador estático
18.1 Grosor de material reducido en el área de la superficie de rotación (y/o 18.2)
19 Altura del elemento mezclador estático
20 Canal de paso del elemento mezclador estático
21 Abertura de entrada del canal de paso
22 Abertura de salida del canal de paso
23 Área de sección transversal libre del canal de paso
24 Sección de borde (alma del borde) del canal de paso
25 Sección del difusor
26 Dirección del eje longitudinal del canal de paso
27 Longitud del canal de paso
28 Superficie de rotación (inclinada de adentro hacia afuera)
30 Elemento de guía de flujo
31 Álabe
32 Ancho de álabe, ancho del elemento de guía de flujo
33 Longitud de álabe, longitud del elemento de guía de flujo
34 Radio de curvatura del álabe (del elemento de guía de flujo) (y/o radios R, r)
35 Primer flanco del álabe (del elemento de guía de flujo) (curva cóncava)
36 Altura interior del álabe (altura del elemento guía) en el primer flanco
37 Altura exterior del álabe (altura del elemento guía) en el primer flanco
38 Segundo flanco del álabe (del elemento de guía de flujo) (curva convexa)
39 Altura interior del álabe (altura del elemento guía) en el segundo flanco
40 Altura exterior del álabe (altura del elemento guía) en el segundo flanco
45 Junta de expansión ./.
46 Ancho de junta
50 Dispositivo de conexión (conector bloqueable)
51 Ranura longitudinal
52 Ranura transversal
53 Elemento de acoplamiento (botón)
55 Conector
56 Elemento de conexión
57 Escotadura
60 Anillo de ajuste
60.1 primer (segundo, tercer) anillo de ajuste (y/o 60.2, 60.3)
61 Borde del anillo de ajuste
62 Dirección del eje longitudinal del anillo de ajuste
63 Longitud y/o profundidad del anillo de ajuste
70 Placa de zócalo
71 Pie de zócalo
72 Perfil guía (lateral)
75 Placa base (y/o 75.1, 75.2, 75.3)
80 Placa de soporte
81 Escotadura para la sección de zócalo de un elemento mezclador estático
82 Ranura guía para alojar el perfil guía
100 Dispositivo mezclador de flujo estático
200 Cámara de combustión de una caldera industrial; tubo de fuego
201 Dirección del eje longitudinal de la cámara de combustión
202 Diámetro de la cámara de combustión
210 Dispositivo quemador
211 Llama del quemador
dA Diámetro exterior del anillo de ajuste
d| Diámetro interior del anillo de ajuste
dr1 Diámetro interior del primer (segundo, tercer) anillo de ajuste (y/o dr2, dr3) DE Diámetro interior del canal de paso en el lado de entrada
DR Diámetro exterior del borde del alma en el lado de entrada
DA Diámetro interior de la sección del difusor en el lado de salida
X Dirección del eje X; en la dirección del eje longitudinal del canal de paso
Y Dirección del eje Y; dirección de la anchura lateral del elemento mezclador estático Z Dirección del eje Z; dirección de altura del elemento mezclador estático
A Ángulo de inclinación de la superficie de rotación
í Ángulo del difusor
£ Plano de flujo incidente, plano frontal en el lado de flujo incidente y/o lado delantero
Claims (15)
1. Cámara de combustión (200) de una caldera industrial que puede calentarse con un dispositivo de combustión (210) con un dispositivo mezclador de flujo estático (100), que comprende al menos un elemento mezclador estático (10), así como al menos una placa de soporte (80) con la que se puede conectar al menos un elemento mezclador estático (10), donde el elemento mezclador estático (10) comprende un cuerpo base con un grosor de material (18) formado por un material resistente al calor y que presenta un canal de paso (20), donde
- el canal de paso (20) transcurre en la dirección 55 de su eje longitudinal (26) desde un lado delantero del cuerpo base, el llamado lado de flujo incidente (11), a través del cuerpo base hasta un lado trasero del cuerpo base opuesto al lado de flujo incidente (11), el llamado lado de fuga (12), donde el canal de paso (20) está posicionado con su abertura de entrada (21) esencialmente centrada en el lado de flujo incidente (11) del elemento mezclador estático (10) y donde
al menos una placa de soporte (80) presenta una o más escotaduras (81) para alojar en unión positiva una sección de zócalo respectiva (14) de un elemento mezclador estático (10), donde el dispositivo mezclador de flujo (100) está posicionado en la cámara de combustión (200) de tal modo que al menos un elemento mezclador estático (10) está colocado con su lado de flujo incidente (11) esencialmente de forma transversal a una dirección de flujo incidente (1) de un medio de flujo gaseoso, donde la dirección del eje longitudinal (26) de al menos un canal de paso (20) y/o la dirección del eje longitudinal (62) de al menos un anillo de ajuste (60) está y/o están dispuestas paralelamente a la dirección del eje longitudinal (201) de la cámara de combustión (200), preferiblemente de forma coaxial a la dirección del eje longitudinal (201) de la cámara de combustión (200),
caracterizada porque
- en el lado de flujo incidente (11) del elemento mezclador estático (10) hay dispuestos varios elementos de guía de flujo (30) separados entre sí, cada uno de los cuales en forma de álabes planos (31) que sobresalen del lado de flujo incidente (11) y que (30) transcurren en dirección distal desde una sección del borde (24) de la abertura de entrada (21) del canal de paso (20) hasta el borde exterior (13) del lado de flujo incidente (11), donde
- entre dos elementos de guía de flujo (30) hay dispuesta respectivamente una superficie de rotación (28) rebajada en comparación con los elementos de guía de flujo (30) que (28) está inclinada oblicuamente hacia abajo (a) hacia el borde exterior (13) del lado de flujo incidente (11), donde los elementos de guía de flujo (30) se elevan en una altura de álabe (36, 37, 39, 40) en comparación con una superficie de rotación adyacente (28).
2. Cámara de combustión (200) según la reivindicación 1, caracterizada porque el canal de paso (20) presenta una longitud de canal de paso (27) que corresponde esencialmente al grosor del material (18) del cuerpo base, así como los múltiples elementos de guía de flujo (30) presentan respectivamente, al menos por secciones, el grosor de material (18) del cuerpo base, donde las superficies de rotación rebajadas (28) están colocadas en secciones del cuerpo de base con grosor de material reducido (18.1, 18.2).
3. Cámara de combustión (200) según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque los múltiples elementos de guía de flujo (30) en el lado de flujo incidente (11) del elemento mezclador estático (10) tienen forma de álabes curvos (31) con un radio de curvatura (34, R, r).
4. Cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los elementos guía de flujo (30) en relación con las correspondientes superficies de rotación adyacentes (28) presentan respectivamente una altura de elemento guía variable (36, 37, 39, 40), donde la altura del elemento guía (36, 37, 39, 40) aumenta a lo largo de una longitud de elemento guía (33) desde el canal de paso (20) hasta el borde exterior (13) del lado de flujo incidente (11).
5. Cámara de combustión (200) según la reivindicación 4, caracterizada porque la altura del elemento guía (36, 39) en el lado interior de los elementos guía (30) adyacente al canal de paso (20) es del 20 % al 50 % del grosor del material (18) del elemento mezclador estático (10) y/o la altura del elemento guía (37, 40) en el lado exterior de los álabes (31) adyacente al borde del lado del flujo incidente (11) es del 50 % al 100 % del grosor del material (18) del elemento mezclador estático (10).
6. Cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el elemento mezclador estático (10) presenta en su lado inferior una sección de zócalo (14) con superficies de apoyo (16), así como en su lado superior un borde (13) del lado de flujo incidente (11) con un contorno de borde redondo, preferiblemente semicircular.
7. Cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el elemento mezclador estático (10) está diseñado en una sola pieza y preferiblemente comprende una junta de expansión (45) con un ancho de junta (46) que se extiende desde el canal de paso (20) hasta el borde (13) del lado de flujo incidente (11) a través de todo el grosor de material (18) del elemento mezclador estático (10).
8. Cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el elemento mezclador estático (10) está construido en dos o más partes, donde las partes individuales (10.1, 10.2, 10.3) del elemento mezclador estático (10) se pueden conectar entre sí en unión positiva con conectores (55).
9. Cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el canal de paso (20) presenta en el lado de flujo incidente (11) una abertura de entrada (21) con un área de sección transversal libre (23), así como un diámetro interior (De), así como en el lado de fuga (12) una sección difusora (25) con un ángulo de difusión (13) con respecto al lado de fuga (12), donde la sección difusora (25) se extiende hasta la abertura de salida (22) del canal de paso (20) en el lado de fuga (12) y un diámetro interior (Da ) en la abertura de salida (22) es mayor que el diámetro interior (De) en la abertura de entrada (21).
10. Cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque para la fijación imperdible de los elementos de acoplamiento correspondientes (53) de un anillo de ajuste (60) en el interior del canal de paso (20), el canal de paso (20) presenta, en el lado de flujo incidente, uno o más dispositivos de conexión (50), preferiblemente dos ranuras longitudinales (51) colocadas en secciones de pared opuestas entre sí y que discurren en la dirección del eje longitudinal (26) del canal de paso (20) y que sirven como guías de un conector, especialmente preferible dos ranuras longitudinales (51) que se extienden en la dirección del eje longitudinal (26) y están dispuestas en partes de pared opuestas entre sí del canal de paso (20), junto con ranuras transversales (52) dispuestas en cada caso posteriormente a las ranuras longitudinales (51), donde las ranuras transversales (52) están dispuestas transversalmente al final de las ranuras longitudinales (51) respectivamente y sirven como guías de un conector bloqueable.
11. Cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende además al menos un anillo de ajuste (60) con una dirección del eje longitudinal (62), un diámetro exterior (dA) y un diámetro interior libre (dl3), caracterizada porque al menos un anillo de ajuste (60) puede fijarse en el lado de flujo incidente (11) en el interior del canal de paso (20) de un elemento mezclador estático (10), preferiblemente de forma coaxial (26, 62).
12. Cámara de combustión (200) según la reivindicación 11, donde al menos un anillo de ajuste (60) presenta elementos de acoplamiento externos (53), caracterizada porque al menos un anillo de ajuste (60) puede fijarse de forma imperdible en el lado de flujo incidente en el interior del canal de paso (20) de un elemento mezclador estático (10), preferentemente a dispositivos de conexión en el interior del canal de paso (20).
13. Cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque dos o varios elementos mezcladores estáticos (10) están fijados uno tras otro a una o varias placas de soporte (80), donde preferiblemente los canales de paso (20) de los dos o varios elementos mezcladores estáticos (10) están colocados coaxialmente (26) uno tras otro, y donde al menos los elementos mezcladores estáticos (10) colocado en el lado de fuga de un primer elemento mezclador estático (10) en el lado de flujo incidente, preferiblemente todos los elementos mezcladores estáticos (10), están equipados cada uno con un anillo de ajuste (60, 60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5) fijado en su respectivo canal de paso (20).
14. Cámara de combustión (200) según la reivindicación 13, que comprende dos o más anillos de ajuste (60, 60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5) de diferentes diámetros interiores (dr 1, dr 2, dr 3, dr 4, dr 5), caracterizada porque dos o más anillos de ajuste (60, 60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5) están colocados de tal modo que los diámetros interiores (d|.1,d|.2,d|.3,d|.4,d|.5) de los anillos de ajuste (60, 60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5) disminuyen en los elementos mezcladores estáticos (10) colocados uno tras otro en el lado de fuga.
15. Caldera industrial con una cámara de combustión (200) según una de las reivindicaciones 1 a 14.
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