MX2011008932A - Quemador para dispositivo de postcombustion termica. - Google Patents

Abstract

La invención describe un quemador (10) para un dispositivo de postcombustión térmica, el cual, en una forma conocida, tuene una boquilla de quemador (1) arreglada en un alojamiento (12). Arreglado sobre la región extrema del alojamiento (12) se encuentra un aparato de turbulencia (13), a través del cual el gas de exhaustación a ser purificado puede hacerse fluir. La boquilla del quemador (1) comprende un tubo externo (2) y un tubo interno (3), donde es posible que el gas de combustión se haga fluir a través del espacio entre los dos tubos (2, 3) como un espacio de salid anula (4) en la región extrema de los mismos. La trayectoria de flujo para el gas de combustión tiene un estrangulamiento en la vecindad del espacio de salida (4). De esta forma, puede ser lograda una llama compacta, la forma de la cual puede ser designada como "acombada" y la cual, para un volumen dado, tiene una superficie relativamente pequeña. Aunque, desde un punto de vista convencional, esa llama tiene índices de CO2 pobres, el aparato de turbulencia (13) asegura que el gas de exhaustación se queme en llama con índices muy bajos de NOX y CO.

Description

QUEMADOR PAPA DISPOSITIVO DE POSTCOMBUSTION TERMICA CAMPO DE LA INVENCION La invención se relaciona con un quemador paira un dispositivo de postcombustión térmica, que comprende: a) un alojamiento; b) una boquilla de combustión, la cual esta colocada en el alojamiento y tiene un tubo a través del cual puede fluir gas de combustión y que tiene al menos una abertura de salida para el gas de combustión; c) un aparato de turbulencia, el cual está unido a una región extrema del alojamiento y a través del cual el gas de exhaustación a ser purificado puede fluir.

Los dispositivos de postcombustión térmica pretenden quemar tan completamente como sea posible y con eficiencia máxima, es decir con una potencia mínima del quemador, las impurezas retenidas en el aire, de exhaustación que requieren eliminación. Desde el punto de vista de la combustión completa, seria favorable que la llama producida por el quemador sea de una temperatura relativamente alta; sin embargo, a medida que la temperatura se incrementa, también lo hace la formación de óxidos de nitrógeno indeseables.

Un quemador del tipo mencionado al principio es descrito en la DE 102 37 604 B . La boquilla de combustión usada aquí tiene una pluralidad de aberturas de salida principales, vía las cuales el gas de combustión fluye hacia fuera a una cierta presión en la dirección radial. Como resultado de la selección apropiada de la distancia radial del eje de la boquilla de combustión en la cual se encuentran colocadas las aberturas de salida principales, y de la sección transversal de las aberturas de salidas principales, llamas individuales, las cuales no se superponen sustancialmente entre si, forman las aberturas de salida principales. La idea obvia perseguida en este caso es que la bola compacta de llama que ocurra aun en los primeros quemadores de acuerdo con la técnica anterior se rompa en una multiplicidad de llamas individuales, cada una de las cuales queme a una temperatura menor que la bola de llamas. Este concepto ha probado ser muy exitoso; sin embargo, existe la necesidad persistente de mejorar aun más las características de los quemadores.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION El objetivo de la presente invención es diseñar un quemador del tipo mencionado al principio de modo que puedan ser logrados valores de combustión particularmente buenos, particularmente con respecto a la formación de CO y N0X, con una simple estructura.

Este objetivo es logrado, de acuerdo con la invención, en la que d) la boquilla de combustión comprende un tubo de salida y un tubo interno, el cual, con sus regiones extremas, forma un espacio de salida anular; donde e) el gas de combustión puede fluir a través del interespacio entre el tubo externo y el tubo interno, como el espacio de salida; f) la trayectoria del flujo para el gas de combustión tiene una constricción en la vecindad del espacio de salida.

Puesto que, de acuerdo con la invención, la boquilla de combustión es diseñada con un tubo externo y uno interno, y en particular, la constricción en la región extrema de la trayectoria de flujo, se logra en combinación con la corriente del aire de exhaustación, una llama particularmente compacta cuya forma externa puede ser descrita aproximadamente como "una forma de campana". Para un volumen dado, ésta tiene una superficie comparativamente pequeña y, de acuerdo con la opinión general, por lo tanto no es realmente deseable lograr buenos valores de combustión. Se ha asumido hasta ahora, que esas llamas compactas, la temperatura de combustión es demasiado alta, y que valores excesivamente altos de N0X son por lo tanto inevitables .

A De acuerdo con la invención, sin embargo, se ha reconocido que esa forma de llama tiene un efecto totalmente positivo, puesto que se vuelve difícil que el oxigeno tenga acceso a las regiones internas de la llama, lo cual hace que la temperatura de la llama allí da como resultado una llama que queme de una forma reducida. A través del aparato de turbulencia, el cual, a pesar de una llama compacta, proporciona una combustión completa de las impurezas introducidas en el gas de exhaustación y en el gas de combustión, en esas turbulencias de flujo son generadas entre la corriente de aire de exhaustación y el anillo de gas, la invención evita las consecuencias negativas, temidas por los especialistas, de combustión incompleta con altos valores de CO. Esas turbulencias de flujo jalan primero parcialmente las regiones externas de la llama hacia atrás, regiones las cuales, sin embargo, son finalmente arrastradas por el aire de exhaustación, de modo que se ha lograda la oxidación completa de los constituyentes combustibles a una baja temperatura de la cámara de combustión.

De manera conveniente, la constricción en la trayectoria del flujo del gas de combustión es lograda en el tubo externo, en su región extrema que delimita el espacio de salida, tiene una porción que se ahusa cónicamente en la dirección del flujo de gas de combustión.

Esta porción hace que el gas de combustión en la vecindad del espacio de salida sea desviada hacia el tubo interno, promoviendo la formación de la forma de llama deseada.

De manera particularmente ventajosa es que la modalidad de la invención donde el tubo interno tenga una ranura, en particular una sección transversal en forma de V sobre su superficie circunferencial externa en su región extrema que delimita el espacio de salida. Cuando esta ranura actúa junto con la región extrema que se ahusa cónicamente del tubo externo, se produce un flujo de gas de combustión en el cual, en un grado singular, la llama resultante tiene las características deseadas.

En el caso de la última modalidad mencionada, es adicionalmente posible que el tubo externo y el tubo interno sean ajustables uno con relación al otro en la dirección axial. De esta manera, es posible alterar el área efectiva del espacio de salida, por ejemplo para adaptar el quemador a diferentes capacidades.

Por razones de espacio, finalmente, es más barato si se acomoda el electrodo de ignición dentro del tubo interno.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Una modalidad ejemplar de la invención es explicada de manera mas completa en lo siguiente con referencia a las figuras, donde La figura 1 muestra un corte axial a través de la región de un quemador que se localiza dentro del alojamiento de un dispositivo de postcombustión térmica.

La figura 2 muestra, en escala amplificada, un corte axial a través de la región extrema de la boquilla de combustión del quemador de la Figura 1, en una primera posición relativa de los dos componentes internos; La figura 3 muestra un corte, similar al de la figura 2, en el cual los componentes internos de la boquilla de combustión están en una segunda posición relativa .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Se hace referencia primero a la figura 1. Representada en ella se encuentra una región de un quemador, denotada como un todo por la referencia 10, que está colocada dentro del alojamiento externo aislado del dispositivo de postcombustión térmica. En consideración del "ambiente" en el cual este quemador 10 es usado, se hace referencia a DE 102 37 604 B4, ya mencionada anteriormente. A menos que se establezca otra cosa en lo siguiente, se hacen aquí declaraciones con respecto a la conexión, diseño y manera de operar el quemador 10 aplicado aquí de igual manera. En particular, también se aplica en este caso que el quemador 10 es introducido como un todo, con su región extrema libre, en la abertura 15 en una pared de una cámara de combustión 14 del dispositivo de postcombustión térmica.

El quemador 10 tiene un alojamiento de quemador cilindrico 12, el cual, en su extremo orientado hacia la cámara de combustión 16, contiene un aparato de turbulencia 13. Este aparato de turbulencia 13 puede de igual modo ser construido en la forma descrita en la DE 102 37 607 B . Con su circunferencia externa, puede ser soportado de manera más o menos apretada sobre la abertura 15 en la pared de la cámara de combustión 14.

Colocada coaxialmente dentro del alojamiento del quemador 12 se encuentra la boquilla de combustión real 1, la cual, por su parte, comprende un tubo externo 2 y, coaxialmente dentro de este último, un tubo interno 3. El tubo externo 2, en su región extrema libre localizada dentro de la cámara de combustión 16, tiene una porción 2a que converge cónicamente hacia el extremo. El tubo interno 3, por otro lado, en su región extrema localizada dentro de la cámara de combustión 16, tiene una porción 3a que se ahusa cónicamente hacia el extremo y, además, hacia el extremo libre, tiene una porción 3b que se amplia cónicamente nuevamente. De esta manera, se produce un tipo de ranura en forma de V 3c en la superficie circunferencial externa del tubo interno 1. Entre el extremo libre de la porción 2a del tubo externo 2 y la ranura 3c existe un espacio de salida de la boquilla anular 4.

Es posible un movimiento relativo axial entre el tubo externo 2 y el tubo interno 3 de la boquilla de combustión 1. Esto puede ser efectuado ya sea a través del desplazamiento axial del tubo externo 2 ó el desplazamiento axial del tubo interno 3. Como resultado, la sección transversal del espacio de salida efectivo 4 de la boquilla de combustión 1 puede ser alterada. Esto se vuelve claro de las Figuras 2 y 3. Mientras que, en la Figura 2 el extremo libre de la porción 2a del tubo externo 2 es aproximadamente opuesta al punto más bajo de la ranura 3c del tubo interno 3 y, de esta manera, se produce un espacio para la boquilla 4 que es tan grande como es posible, en la posición relativa de la Figura 3 el extremo libre de la porción 2a del tubo externo 2 se localiza relativamente cerca de la porción 3a del tubo interno 3 que se ahusa cónicamente hacia el extremo del tubo interno 3. En esta posición relativa del tubo externo 2 y el tubo internó 3, la sección transversal del espacio de salida anular 4 se observa relativamente pequeña.

El interespacio anular entre el alojamiento del quemador 12 y el tubo externo 2 de la boquilla de combustión 1 se localiza en el campo de observación de un diodo de UV, el cual, en forma conocida, sirve para verificar el proceso de combustión.

En una forma no representada en las Figuras, el interespacio anular entre el tubo externo 2 y el tubo interno 3 de la boquilla de combustión 1 se conecta a una fuente de gas de combustión.

Finalmente, es insertado un electrodo de ignición 4 en el interior del tubo interno 3. El interespacio anular entre el tubo interno 3 y el electrodo de ignición 5 puede ser alimentado con un gas de ignición.

El quemador 10 descrito anteriormente opera como sigue : El gas de combustión es suministrado a una cierta presión al espacio intermedio entre el tubo externo 2 y el tubo interno 3 de la boquilla de combustión 1. Su velocidad de flujo en este caso puede incrementarse en la linea de suministro por medio de un tubo de Venturi, como es conocido. El gas de combustión sale entonces a través del espacio de salida 4. Para que el quemador 10 queme, el gas de ignición es introducido en el espacio intermedio entre el tubo interno 3 y el electrodo de ignición 5, y es quemado por medio del electrodo de ignición 5. Esto da como resultado, entonces, a la vez, en la ignición del gas de combustión. Después del espacio de salida 4, en la dirección de flujo, se forma entonces una llama 17, cuyo contorno externo se asemeja a una campana. Esto significa que, partiendo del radio del borde libre del tubo externo 2, la llama 17 se amplia primero de manera relativamente rápido en la dirección de flujo, pero entonces, más allá en la dirección del interior de la cámara de combustión 16, se vuelve solo ligeramente más grande hacia el radio de la misma y, finalmente también, nuevamente se vuelve relativamente rápido más pequeña. Esto es representado esquemáticamente en la Figura 1. De este modo se produce una llama 17 que, para un volumen predeterminado, tiene una superficie relativamente pequeña.

El aire de exhaustación a ser purificado fluye, vía el aparato de turbulencia 3, hacia la llama asi formada 17, el aire de exhaustación en este caso experimenta una turbulencia interna alrededor de la llama 17. Las impurezas contenidas en el aire de exhaustación son ahora quemadas, tanto la formación de NOx como la formación de CO siendo suprimidas en una forma efectiva.

Como ya se mencionó anteriormente, la sección transversal efectiva del espacio de salida 4 puede ser alterada de acuerdo con la cantidad de aumento del gas de exhaustación, para obtener por lo tanto una forma de llama que es óptima para la aplicación dada, asi como la menos posible formación de NOx y CO.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. El quemador para un dispositivo de postcombustión térmica, que comprende, a) un alojamiento; b) una boquilla de combustión, la cual está colocada en el alojamiento y tiene un tubo a través del cual puede fluir gas de combustión y que tiene al menos una abertura de salida para el gas de combustión; c) un aparato de turbulencia, el cual está unido a una región extrema del alojamiento y a través del cual el gas de exhaustación a ser unificado puede fluir; caracterizado porque d) la boquilla de combustión comprende un tubo de salida y un tubo interno, el cual, con sus regiones extremas, delimita un espacio de salida anular; donde: e) el gas de combustión puede fluir a través del interespacio entre el tubo externo y el tubo interno, como el espacio de salida; f) la trayectoria del flujo para el gas de combustión tiene una constricción en la vecindad del espacio de salida.

2. El quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo externo, en su región externa delimita el espacio de salida, tiene una porción que se ahusa cónicamente en la dirección de flujo del gas de combustión.

3. El quemador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el tubo interno tiene una ranura, en particular de sección transversal en forma de V, sobre su superficie circunferencial externa, en su región extrema que delimita el espacio de salida.

4. El quemador de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el tubo externo y el tubo interno son ajustables uno con relación al otro en la dirección axial.

5. El quemador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un electrodo de ignición está acomodado dentro del tubo interno .