MX2008009058A

MX2008009058A - Cabezal de mezclado y quemador que incluye tal cabezal.

Info

Publication number: MX2008009058A
Application number: MX2008009058A
Authority: MX
Inventors: Daniele Tagliazucchi
Original assignee: Tck S R L
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2009-03-05
Also published as: EP2014982A3; EP2014982A2; ITMO20070235A1

Abstract

Cabezal de mezclado para quemadores que comprende un cuerpo principal (2) cilíndrico y hueco en su interior, que se extiende a lo largo de un eje (3) y que comprende una superficie lateral cilíndrica (4) delimitada por una extremidad abierta (2a), para permitir la entrada de un gas dentro del cuerpo cilíndrico (2), y por una extremidad cerrada (2b), opuesta a la primera (2a); la superficie cilíndrica (4) presenta una zona (4a) de encendido de llama que comprende una pluralidad de aberturas (5) para la salida del gas; en proximidad de la extremidad abierta (2a) del cuerpo principal (2) hay un disco (6); este disco (6) comprende una pluralidad de ranuras (9) que permiten que un flujo de aire pueda atravesar el disco y llegar cerca de las aberturas (5); las aberturas (5) están dispuestas a lo largo de una pluralidad de circunferencias (12) paralelas entre sí y alineadas axialmente a lo largo de toda la zona de llama (4a).

Description

CABEZAL DE MEZCLADO Y QUEMADOR QUE INCLUYE TAL CABEZAL MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere a un cabezal de mezclado, en particular para quemadores de llama. Además, es objeto de la presente invención un quemador de llama para hornos del tipo industrial, el cual comprende dicho cabezal de mezclado. El cabezal de mezclado objeto de la presente invención se utiliza en quemadores de hornos para las aplicaciones más diversas, en particular para la cocción de materiales cerámicos. Los cabezales de mezclado actuales presentan un cuerpo principal cilindrico, hueco en su interior, que tiene una reducida extensión axial variable entre 20 y 30 mm. A través de una primera extremidad abierta, la parte interna del cuerpo principal está en comunicación de fluido con un conducto del quemador, a través del cual fluye gas. La extremidad opuesta del cuerpo principal, por el contrario, está cerrada. En la superficie lateral del cuerpo principal hay aberturas u orificios, dispuestos a lo largo de una única circunferencia. A través de estas aberturas u orificios sale el gas. Entre la circunferencia con las aberturas y la primera extremidad del cuerpo principal hay un disco difusor, el cual presenta una pluralidad de ranuras que lo atraviesan axialmente y que ponen en comunicación de fluido las dos superficies de base opuestas del disco. En otros términos, el disco difusor tiene una pluralidad de paletas, entre las cuales fluye el aire. Tal disco difusor está en comunicación de fluido con un segundo conducto del quemador, preferentemente concéntrico al que contiene gas, a través del cual fluye aire. El aire pasa por este último conducto, a través de las ranuras dispuestas entre las paletas, hasta la superficie de base del disco difusor orientada hacia las aberturas u orificios. Aquí el aire se mezcla con el gas que sale de las aberturas. Para mejorar el mezclado, las ranuras suelen estar inclinadas con respecto al eje del cuerpo principal, de modo de conferirle, al aire, un movimiento vortiginoso. Los conductos del quemador, dentro de los cuales fluyen gas y aire, generalmente están situados externamente con respecto al horno. El cabezal de mezclado, por el contrario, está incluido en una porción del quemador dispuesta dentro de la pared del horno. En particular, la porción del cuerpo principal con las aberturas está orientada hacia la parte interna del horno. La parte Solicitante ha notado que tales cabezales de combustión presentan algunos inconvenientes. En particular, la disposición de las aberturas, colocadas a lo largo de una única circunferencia situada en la base del cuerpo principal, muy cerca del disco, crea problemas durante la mezcla de aire y gas. En efecto, el gas que fluye dentro del cuerpo principal sale radialmente de las aberturas con una cierta velocidad, formando una especie de barrera anular al flujo de aire axial que pasa a través del disco. Por lo tanto, para mejorar la mezcla a menudo es necesario utilizar un caudal de aire mayor que el efectivamente necesario para superar la contrapresión que crea el flujo de gas que sale de las aberturas. El cabezal de mezclado de la técnica conocida, además, conlleva consumos elevados de gas. La presente invención, por lo tanto, se propone idear un cabezal de mezclado que no presente los inconvenientes pertenecientes a la técnica conocida. El objetivo de la presente invención es el de proponer un cabezal de combustión que permita obtener una mejor mezcla de aire y gas con el consiguiente ahorro energético. Otro objetivo es el de poner a disposición un cabezal de mezclado que, mejorando la combustión, produzca una reducción del consumo de gas y una disminución de los volúmenes de sustancias contaminantes emitidas. Además, un objetivo de la presente invención es el de proponer un cabezal de mezclado en condiciones de realizar una distribución más uniforme de la temperatura a la salida del mezclador y de tener una llama más regular y mejor circunscrita.

La utilización de la invención permite mejorar la combustión general reduciendo las dispersiones térmicas y la posibilidad de rotura de las cámaras de combustión y de los elementos conexos. Estos objetivos y otras ventajas se logran mediante la presente invención según está descrita en una o varias de las reivindicaciones que están más adelante. Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán aún más de manifiesto a partir de la descripción indicativa y, por lo tanto, no restrictiva, de una forma de ejecución preferida, pero no exclusiva, de un cabezal de mezclado, según se exhibe en los dibujos anexos, en los cuales: - la figura 1 muestra una vista esquemática en sección axial de un cabezal de mezclado según una primera modalidad, en conformidad con la presente invención; - la figura 2 muestra una vista lateral esquemática de un cabezal de mezclado de una segunda modalidad, en conformidad con la presente invención; - la figura 3 muestra una vista lateral desde la izquierda de los cabezales representados en las figuras 1 y 2; - la figura 4 exhibe una sección axial de un quemador para hornos industriales que comprende un cabezal de mezclado en conformidad con la presente invención; - las figuras 5 y 6 muestran vistas esquemáticas en perspectiva de las modalidades de las figuras 1 y 2. Haciendo referencia a las figuras citadas arriba, con el número 1 se ha indicado un cabezal de mezclado, en su totalidad, según la presente invención. El cabezal de mezclado (1 ) para quemadores comprende un cuerpo principal (2), preferentemente cilindrico, hueco en su interior y que se extiende preponderantemente a lo largo de un eje (3). El cuerpo principal (2) comprende una primera extremidad (2a) abierta para permitir la entrada de un gas y una segunda extremidad (2b), opuesta a la primera (2a), cerrada. El cuerpo principal (2), además, comprende una superficie lateral (4), delimitada por las dos extremidades (2a y 2b), que presenta una zona de encendido de llama que incluye una pluralidad de aberturas u orificios (5) para la salida del gas. Las aberturas u orificios (5) tienen un diámetro variable entre 1 y 3 mm, preferentemente entre 1.5 y 2.5 mm, y están distribuidos en dicha superficie lateral (4) cuya extensión en la dirección axial es mayor que la dimensión transversal del cuerpo principal (2). En proximidad de la primera extremidad (2a) del cuerpo principal (2), en particular entre las aberturas u orificios (5) y la primera extremidad (2a), el cabezal (1 ) presenta un disco difusor (6). Tal disco difusor (6), coaxial al cuerpo principal (2), comprende una primera superficie de base (7) orientada hacia la extremidad abierta (2a) del cuerpo central (2), y una segunda superficie de base (8), opuesta a la primera, orientada hacia la extremidad cerrada (2b) del cuerpo principal (2). El disco difusor (6) suele tener un diámetro comprendido entre 50 y 60 mm, preferentemente 57 mm, y un espesor comprendido entre 5 y 15 mm. Una porción periférica anular del disco difusor (6) presenta una pluralidad de ranuras (9), que ponen en comunicación de fluido la primera superficie de base (7) con la segunda superficie de base (8) del disco (6). En otros términos, el disco difusor (6) presenta una especie de pluralidad de paletas (10) intercaladas con una pluralidad de ranuras (9) entre las cuales fluye aire. De manera ventajosa, tales ranuras (9) están inclinadas con respecto al eje longitudinal (3) del cuerpo principal (2), de modo de conferirle al aire un movimiento vortiginoso que mejora la mezcla con el gas. Preferentemente las ranuras (9) están inclinadas con respecto al eje (2) de un ángulo (a) comprendido entre 20 y 40°, preferentemente 30°. En la segunda superficie (8) del disco difusor (6), extendiéndose hacia la zona de encendido de llama, hay un elemento de chispeo de encendido (11 ). Este último elemento (11 ) comprende, por ejemplo, un electrodo metálico que se excita eléctricamente, de modo de crear una chispa que da inicio a la combustión de la mezcla. El cabezal de mezclado, además, comprende un detector de llama, no exhibido en las figuras anexas, en condiciones de detectar y señalar la efectiva presencia de la llama en el quemador. El cuerpo principal (2) tiene una extensión axial comprendida entre 50 y 80 mm, preferentemente entre 60 y 70 mm. La zona de encendido de llama, a lo largo de la cual están distribuidas las aberturas (5), en cambio, tiene una longitud que varía entre 30 y 70 mm, preferentemente entre 50 y 60 mm. Según una primera configuración, exhibida en la figura 1 , las aberturas u orificios (5) están alineados a lo largo de al menos una recta generatriz (13), paralela al eje (3) del cuerpo principal (2). Preferentemente hay de dos a ocho rectas generatrices (13), a lo largo de las cuales están alineadas las aberturas u orificios (5), cada una compuesta por un número de aberturas (5) variable de dos a seis. Como alternativa, como se puede ver en la figura 2, las aberturas (5) están dispuestas a lo largo de al menos una línea tipo espiral (14) envuelta alrededor de la superficie cilindrica (4) del cuerpo principal (2). Puede haber de dos a seis líneas tipo espiral (14), preferentemente cuatro. Estas líneas tipo espiral (14) pueden tener un sentido de envoltura hacia la derecha o hacia la izquierda y ser concordantes o discordantes con la inclinación de las ranuras (8) del disco (6). Entre las configuraciones posibles, las que contemplan aberturas u orificios (6) dispuestos a lo largo de líneas tipo espiral (14) discordantes con respecto a la inclinación de las ranuras (9) favorecen un mejoramiento de la mezcla entre el aire y el gas. Otra disposición que favorece el mejoramiento de la mezcla es la que exhibe una distribución escalonada de las aberturas u orificios (5) a lo largo de las generatrices de la primera modalidad exhibida o a lo largo de las líneas tipo espiral de la segunda, es decir una distribución en virtud de la cual en una misma sección normal al eje (3) existe una sola abertura u orificio (5) (o existe un número inferior al número de filas o generatrices existentes). Un quemador (15) para hornos industriales comprende una primera porción (16) que se puede colocar fuera del horno, en particular asociable contra la superficie externa (17) de una pared ( 8) del horno. El quemador (15), además, comprende una segunda porción (19), alineada coaxialmente con la primera porción (16), que se puede colocar dentro de la pared (18) del horno. Dentro de la segunda porción está colocado el cabezal de mezclado (1 ) descrito con anterioridad, con la zona de llama (4a) orientada hacia la parte interna del horno. La primera (16) y la segunda (19) porción preferentemente son cilindricas y están alineadas entre sí axialmente. La primera porción (16) comprende un primer conducto (20) y un segundo conducto (21 ) concéntricos entre sí, alimentados con gas y aire respectivamente. El primer conducto (20) está en comunicación de fluido con la extremidad abierta (2a) del cuerpo principal (2) del cabezal de mezclado (1 ), de modo tal que el gas, pasando a través del primer conducto y entrando dentro del cuerpo principal (2), salga por las aberturas u orificios (5). El segundo conducto (21 ) está en comunicación de fluido con el disco difusor (6) del cabezal de mezclado (1 ); en particular, el aire que atraviesa este segundo conducto (21 ) fluye de la primera superficie (7) del disco (6) a la segunda superficie (8) del disco a través de las ranuras (9). Las ranuras le confieren al aire un movimiento vortiginoso o de remolino (swirl) para mejorar la mezcla con el gas que sale de las aberturas (5). La presente invención logra ventajas importantes. A igualdad de caudal de gas de entrada, la presencia de un elevado número de aberturas, distribuidas en un área amplia que se extiende coaxialmente al flujo, le permite al gas distribuirse con mayor uniformidad a lo largo de la zona de encendido de llama y salir de cada abertura u orificio con una velocidad relativamente baja. De este modo los chorros de gas no forman una "barrera" al flujo de aire lo cual permite obtener una mejor mezcla entre el aire y el gas, lo cual permite reducir aproximadamente del 15% la cantidad de aire de combustión que actualmente necesitan los quemadores instalados en los hornos de la técnica conocida. Actualmente, en efecto, es necesario un 20-30% de exceso de aire para superar la contrapresión creada por el gas que sale a una velocidad sostenida por pocas aberturas concentradas en una restringida zona de llama, creando una especie de barrera al aire que llega desde el disco.

La mezcla de aire y gas, además, es más uniforme y se produce en una zona dimensionalmente bien controlada. Ello contribuye a mejorar la combustión con consiguiente reducción del consumo y del volumen de humo en la chimenea de al menos el 0%. El cabezal de mezclado objeto de la presente invención, además, permite ahorrar gas en el caso de que el horno estuviese vacío. Dicho de otro modo, durante las etapas de cocción de los materiales, puede haber momentos ociosos, es decir intervalos de tiempo durante los cuales dentro del horno no hay ningún material para cocer. Durante este tiempo, sin embargo, el quemador sigue encendido sin que en su interior haya ningún cuerpo que absorba el calor generado. Como consecuencia de lo anterior, dentro del horno se acumula calor y se experimenta una variación del perfil de temperatura con respecto a la curva deseada. El presente cabezal de mezclado permite una regulación puesto que permite mantener encendido el quemador incluso con una presión de gas al mínimo de 2/3 mm de H20 (400 kcal/h), lo cual conlleva ahorros del 3-5% de gas por día. La vida útil de la cámara de combustión, finalmente, es mayor puesto que se tiene un menor calentamiento de la pared externa del horno debido al hecho que las aberturas u orificios y, por ende, la zona de llama, tienen una distribución (longitudinal) uniforme y controlada dentro de la cámara de combustión. A la presente invención se le podrán aplicar numerosas modificaciones de naturaleza práctica o aplicativa de los elementos de fabricación sin que por ello se salga del ámbito de protección de la idea inventiva reivindicada a continuación.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un cabezal de mezclado para quemadores que comprende: un cuerpo principal (2) cilindrico y hueco en su interior, que se extiende a lo largo de un eje (3), que comprende una extremidad abierta (2a) para permitir la entrada de un gas, una extremidad cerrada (2b), opuesta a la primera (2a), y una superficie lateral (4), delimitada por las dos extremidades (2a y 2b), que presenta una zona de encendido de llama que comprende una pluralidad de aberturas u orificios (5) para la salida del gas; un disco difusor (6), coaxial a dicho cuerpo principal (2) y ubicado en proximidad de la extremidad abierta (2a) de dicho cuerpo principal (2), que comprende una porción periférica anular provista de una pluralidad de ranuras (9) que ponen en comunicación de fluido una primera superficie de base (7) del disco difusor (6) con una segunda superficie de base (8), opuesta a la primera superficie de base (7), para permitir el paso de aire; dichas ranuras (9) estando inclinadas con respecto a dicho eje (3) de modo de impartirle al aire un movimiento vortiginoso; un elemento de chispeo de encendido (11 ); caracterizado por el hecho que dichas aberturas u orificios (5) están distribuidos en dicha superficie lateral (4) cuya extensión en la dirección axial es mayor que la dimensión transversal del cuerpo principal (2).

2.- El cabezal de combustión de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichas aberturas u orificios (5) están alineados axialmente a lo largo de una pluralidad de líneas generatrices (13) de la superficie lateral cilindrica (4) de dicho cuerpo principal (2).

3. - El cabezal de mezclado de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichas aberturas u orificios (5) están alineados a lo largo de una pluralidad de líneas (14) que se envuelven tipo espiral alrededor del eje (3) de dicho cuerpo principal (2).

4. - El cabezal de combustión de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el sentido de envoltura de dichas líneas tipo espiral (14) es concordante con la inclinación de las ranuras (9) que hay en dicho disco (6).

5. - El cabezal de mezclado de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el sentido de envoltura de dichas lineas tipo espiral (14) es discordante con la inclinación de las ranuras (9) que hay en dicho disco (6).

6. - El cabezal de mezclado de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque dichas ranuras (9) están inclinadas con respecto al eje (3) del cuerpo principal (2) de un ángulo comprendido entre 20 y 40 grados, preferentemente 30 grados.

7.- El cabezal de mezclado de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la zona de encendido de llama de la superficie lateral cilindrica (4) tiene una longitud comprendida entre 30 y 70 mm, preferentemente 50 mm.

8. - Un quemador para hornos industriales que comprende una primera porción (16) que se puede ubicar fuera del horno y una segunda porción (19), alineada coaxialmente con la primera porción (16), que se puede colocar dentro de una pared (18) del horno, caracterizado por el hecho que dicha segunda porción (19) comprende en su interior un cabezal de mezclado (1 ) según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 7.

9. - El quemador de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicha primera porción (16) comprende un primer conducto (20) y un segundo conducto (21 ) concéntricos entre sí, alimentados con gas y aire respectivamente.

10. - El quemador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dicho primer conducto (20) está en comunicación de fluido con la extremidad abierta (2a) del cuerpo principal (2) del cabezal de mezclado (1 ), de modo tal que el gas fluya desde el primer conducto (20) dentro del cuerpo principal (2) del cabezal de mezclado (1 ) y salga por las aberturas (5).

11. - El quemador de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque dicho segundo conducto (19) está en comunicación de fluido con el disco difusor (6) del cabezal de mezclado (1 ), de modo tal que el aire fluya desde el segundo conducto (19) hasta la segunda superficie (8) del disco (6) a través de las ranuras (9), para mezclarse con el gas que sale de las aberturas u orificios (5).