MXPA01006286A

MXPA01006286A - Metodos de dilucion de combustibles y aparatos para la reduccion de nox.

Info

Publication number: MXPA01006286A
Application number: MXPA01006286A
Authority: MX
Inventors: M Lang Jerry
Original assignee: John Zink Co Llc
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2005-04-28
Also published as: KR100538518B1; EP1167878B1; AR029943A1; JP4081249B2; EP1167878A1; CA2350262C; BR0102752A; CA2350262A1; AU776650B2; ATE274675T1; JP2002115809A; SG100733A1; KR20020000112A; ES2222965T3; DE60105093T2; US6383462B1; DE60105093D1; AU5200201A; TW505763B

Abstract

Se proporcionan metodos y un aparato para reducir el contenido de oxidos de nitrogeno en los gases de combustion producidos por la combustion de gas combustible y aire de combustion introducidos en un quemador conectado a un horno. Los metodos basicamente comprenden las etapas de dirigir el aire de combustion al quemador, proporcionar una camara fuera del quemador y del horno para mezclar gases de combustion del horno con el gas combustible, descargar el gas combustible en la forma de un chorro de combustible hacia la camara de mezclado tal que los gases de combustion del horno sean arrastrados hacia la camara y mezclados con, y diluyen el gas combustible en la misma, y dirigir la mezcla resultante de los gases de combustion y del gas combustible al quemador, en donde la mezcla se combina con el aire de combustion y se quema en el horno.

Description

METODOS DE DILUCION DE COMBUSTIBLE Y APARATOS PARA LA REDUCCION DE NOx Antecedentes de la Invención Campo de la invención La presente invención se refiere a métodos de dilución de combustible y a un aparato para reducir la producción de óxidos de nitrógeno durante la combustión de gas combustible y la combustión de aire.

Descripción del Arte Previo Los óxidos de nitrógeno (N0X) son producidos durante la combustión de mezclas aire-combustible . a altas temperaturas. Una reacción inicial, relativamente rápida entre el nitrógeno y el oxígeno ocurre predominantemente en la zona de combustión para producir óxido nítrico de acuerdo con la reacción N2 + ¿ ~ 2NO. El óxido nítrico (también referido como "NOx crítico") se oxida además fuera de la zona de combustión para producir óxido nitroso de acuerdo con la reacción 2N0 + 02 -> 2N02. Las emisiones de óxido de nitrógeno están asociadas con un número de problemas ambientales que incluyen formación de REF: 130812 esmog, lluvia ácida y similares. Como un resultado de la adopción de estándares rigurosos de emisión ambiental por las autoridades y dependencias del gobierno, se han desarrollado y usado hasta ahora, métodos y aparatos para eliminar la formación de óxidos de nitrógeno en gases de combustión producidos por la combustión de mezclas aire - combustible. Por ejemplo, han sido propuestos métodos y aparatos en donde el combustible es quemado en menos de una concentración estequiométrica de oxigeno para producir intencionalmente un ambiente reducido de CO y H2. Este concepto ha sido utilizado en aparatos para el quemado de aire en etapas en donde el combustible es quemado en una deficiencia de aire en una primer zona que produce un ambiente reducido que elimina la formación de NOx, y posteriormente, la porción remanente de aire es introducida en una segunda zona. Otros métodos y aparatos han sido desarrollados en donde los gases de combustión se combinan con combustible o mezclas de aire - combustible en estructuras quemadoras para asi diluir las mezclas y disminuir sus temperaturas de combustión y la formación de N0X. En otra aproximación, los gases de combustión han sido recirculados y mezclados con el aire de combustión suministrado al quemador corriente arriba del quemador . Aunque las técnicas antes descritas para reducir las emisiones de NOx con el gas de combustión han sido efectivas en reducir la formación y el contenido de N0X en el gas de combustión, existen ciertas desventajas e inconveniencias asociadas con ellas. Por ejemplo, en hornos existentes de conversión (incluyendo calentadores) para la recirculación del gas de combustión, la modificación o el reemplazo del quemador o quemadores existentes y/o los sopladores de aire de combustión y aparatos relacionados son requeridos usualmente. Las modificaciones frecuentemente resultan en un esparcimiento de flama incrementado y en otros cambios en la zona de combustión los cuales requieren alteraciones internas a los hornos en los cuales son instalados quemadores modificados. Los cambios y modificaciones requeridos, frecuentemente involucran gastos de capital sustanciales y los quemadores y hornos modificados son frecuentemente más difíciles y costosos de operar y de mantener que aquellos que ellos reemplazan. Así., existen necesidades continuas para métodos y aparatos mejorados para reducir la formación de N0X y las emisiones en y de hornos existentes sin los gastos y modificaciones sustanciales los cuales han sido requeridos hasta ahora.

Breve Descripción de la Invención La presente invención proporciona métodos y aparato los cuales satisfacen las necesidades descritas anteriormente y superan las deficiencias del arte previo. Los métodos de la presente invención para reducir el contenido de óxido de nitrógeno en los gases de combustión producidos por la combustión de por lo menos una mezcla sustancialmente estequiométrica del gas combustible y de aire de combustión introducida en un quemador conectado a un horno, están básicamente comprendidos de las siguientes etapas. El aire de combustión es dirigido al quemador, y se proporciona una cámara de mezclado afuera del quemador y del horno para mezclar gases de combustión desde - el horno y un gas de arrastre con el gas combustible. El gas combustible se descarga en la forma de un chorro de combustible hacia la cámara de mezclado tal que los gases de combustión desde el horno son arrastrados hacia la cámara y mezclados con y diluyen el gas combustible en la misma. Un gas de arrastre tal como vapor se descarga también en la forma de por lo menos un chorro hacia la cámara de mezclado tal que los gases de combustión adicionales del horno y el gas combustible adicional, si se requiere, son arrastrados hacia la cámara de mezclado y mezclados uno con otro y con el gas de arrastre. La mezcla de los gases de combustión, el gas de arrastre y el gas combustible, formada en la cámara de mezclado es dirigida al quemador en donde la mezcla se combina con el aire de combustión y quemada en el horno. El aparato de esta invención puede estar integrado en un sistema quemador-horno existente sin reemplazar o modificar substancialmente los quemadores existentes, sopladores de aire ¦ y similares y reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión producidos por la combustión de gas combustible y aire de combustión en el horno. En extremo, los quemadores pueden requerir de modificaciones menores para ajustar la masa incrementada y la presión reducida de la mezcla de los- gases de combustión, el gas de arrastre y del gas combustible, por ejemplo el reemplazo de los extremos del quemador. El aparato está básicamente comprendido de una cámara de mezclado la cual está separada del quemador y del horno para mezclar los gases de combustión del horno y el gas de arrastre con el gas combustible antes de que el gas combustible sea dirigido al quemador. La cámara de mezclado incluye una entrada para el gas combustible para conectarse a un conducto de gas combustible y para formar un chorro de combustible dentro de la cámara de mezclado, una entrada de los gases de combustión colocada de tal manera que los gases de combustión sean arrastrados hacia la cámara mediante el chorro de combustible, una entrada del gas de arrastre para formar un chorro dentro de la primera cámara tal que los gases de combustión adicionales y el gas combustible adicional, si se requiere, sean arrastrados hacia la cámara de mezclado y una salida para la mezcla de los gases de combustión, el gas combustible y el gas de arrastre. Un conducto de los gases de combustión para conectarse al horno está conectado a la entrada de los gases de combustión de la cámara. Un conducto para el gas de arrastre para conectarse a una fuente del gas de arrastre está conectado a la entrada del gas de arrastre de la cámara de mezclado y un conducto para la mezcla de gases de combustión, el gas combustible y el gas de arrastre para conectarse al quemador, está conectado a la salida de la mezcla de gases de combustión, gas de arrastre y gas combustible de la cámara.

Es, por lo tanto, un objetivo general de la presente invención proporcionar métodos de dilución de combustible y un aparato para la reducción de N0X. Este y otros objetivos, aspectos y ventajas de la invención serán evidentes para un experto en la materia a través de la lectura de la descripción de las modalidades preferidas que siguen al interpretarlas en conjunto con los dibujos que se acompañan.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en elevación lateral de una cámara de mezclado de gas combustible y gases de combustión de la presente invención. La Figura 2 es una vista en sección transversal lateral de la cámara de mezclado de la Figura 1. La Figura 3 es una ilustración esquemática del aparato de la presente invención conectado - a un horno y quemador convencionales . La Figura 4 es una ilustración esquemática del aparato de la presente invención, el cual es el mismo que el de la Figura 3, excepto en que se incluye una cámara de mezclado para mezclar un gas de arrastre con los gases de combustión del horno, conectada al conducto de los gases de combustión.

La Figura 5 es una ilustración esquemática del aparato dé la presente invención que es la misma que la Figura 3 excepto en que un segundo conducto de gases de combustión está ' conectado entre el horno y el soplador de aire. La Figura 6 es una ilustración esquemática del aparato de la presente invención que es la misma que la Figura 3 excepto porque incluye tanto una cámara de mezclado para mezclar un gas de arrastre con los gases de combustión del horno conectado al conducto de los gases de combustión y un segundo conducto de gases de combustión conectado entre el horno y el soplador de aire. La Figura 7 es una vista en sección transversal lateral, amplificada de la cámara de mezclado para mezclar el gas de arrastre con los gases de combustión del horno mostrado en las Figuras 4 y 6. La figura 8 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la linea 8-8 de la figura- 7. La figura 9 es una vista en sección transversal, lateral, amplificada de la cámara de mezclado para mezclar los gases de combustión del horno y gas de arrastre con el gas combustible mostrado en las Figuras 3 a 6.

Descripción de las Modalidades Preferidas La presente invención proporciona métodos y aparato para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión producidos por la combustión de gas combustible y aire de combustión introducido al quemador conectado a un horno. El aparato de esta invención puede estar agregado a un horno que tiene uno o más quemadores conectados al mismo o a una pluralidad de tales hornos sin reemplazar los sopladores o ' entiladores de aire de combustión existentes y sin modificar de manera importante o reemplazar los quemadores existentes. El aparato es simple y puede ser instalado fácilmente lo cual reduce el tiempo de inactividad del horno y los costos de instalación. Aún más importante, los métodos y el aparato de esta invención son más efectivos en la reducción de la producción N0X que los métodos y aparatos anteriores y son más eficientes en su operación. Los métodos y aparatos utiliz-an gases de combustión recirculados los cuales están mezclados completamente y se mezclan con el gas de combustible con lo cual se diluye el gas de combustible bien antes ser introducido en uno o más de los quemadores conectados a un horno. El gas combustible diluido con gases de combustión se mezcla con aire de combustión en el quemador y se quema en el mismo y en el horno, a una temperatura de flama inferior y se logra una combustión más uniforme. Ambos de estos factores contribuyen a reducir la formación del N0X critico lo cuál, generalmente no es alcanzado en el mismo grado por el arte previo. Haciendo referencia ahora a los dibujos y particularmente a las Figuras 1 y 2 un aparato de la cámara de mezclado de la presente invención es ilustrado y designado por la numeración 10. La cámara de mezclado 10 incluye un compartimento receptor de gas 12 que tiene una conexión de entrada 14 de gas combustible para conectarse a un conducto 16 de gas combustible y a una conexión de entrada 18 de gases de combustión para conectarse a un conducto 20 de gases de combustión. La cámara de mezclado incluye también un tubo Venturi 22 unido de manera sellada sobre una abertura 24 en el compartimento receptor de gas 12 opuesto a la conexión de entrada 14 del gas combustible. Como se muestra en la Figura 2, la conexión de entrada 14 de gas- combustible incluye una porción de boquilla la cual se extiende hacia el compartimento receptor de gas 12 de tal manera que un chorro de combustible 25 se forma en el mismo el cual se extiende hacia y a través de la sección Venturi 26 del tubo Venturi 22. Como será evidente para aquellos expertos en la materia, el flujo del chorro de combustible 25 a través de la sección Venturi 26 crea una caída de presión en el compartimento receptor de gas 12 el cual provoca que los gases de combustión sean arrastrados a través del conducto 20 de los gases de combustión hacia la cámara receptora de gas 12, a través de la sección Venturi 26 del tubo Venturi 22 y hacia debajo de la sección de mezclado 28 de la misma. Los gases de combustión arrastrados hacia la cámara de ¦ mezclado 10 se mezclan totalmente con el gas combustible en la misma y son descargados de la cámara de mezclado 10 por medio de una conexión de salida 30 de la mezcla de gas combustible-gases de combustión a la cual está conectado un conducto 32 de la mezcla de gas combustible-gases de combustión. Haciendo referencia ahora a la Figura 3, una modalidad alternativa de la cámara de mezclado para mezclar gases de combustión y un gas de arrastre con el gas combustible, es mostrada y generalmente designada por el número 11. La cámara de mezclado 11 está esquemáticamente ilustrada, funcionalmente conectada a un horno 34 que tiene un quemador 36 conectado al mismo. Como se muestra en la Figura 3, la cámara de mezclado 11 está conectada a un conducto de entrada 15 de gas combustible, el otro extremo del cual está conectado a una fuente de gas combustible presurizado; a un conducto de gases de combustión 19, el otro extremo del cual está conectado al horno 34 (más particularmente a una chimenea 38 de gases de combustión del mismo) ; a un conducto de entrada 31 del gas de arrastre, el otro extremo del cual está conectado a una fuente de gas de arrastre; y a un conducto 33 de la mezcla de gases de combustión, gas de arrastre y del gas combustible, el otro extremo del cual está conectado a una conexión de entrada del gas combustible del quemador 36. Una válvula de control de flujo 40 está dispuesta en el conducto 19 de gases de combustión para controlar la relación en volumen de los gases de combustión mezclados con el gas combustible en la cámara de mezclado 11 y una válvula de control de flujo 41 está dispuesta en el conducto de entrada 31 del gas de arrastre para controlar la relación en volumen del gas de arrastre mezclado con el gas combustible en la cámara de mezclado 11. Un suministro de aire de combustión, por ejemplo un soplador de aire de combustión 42, está conectado a un - conducto 44 de aire de combustión, el otro extremo del cual está conectado al quemador 36. El gas de arrastre es preferiblemente vapor, pero pueden ser usados otros gases en lugar de vapor tal como aire, nitrógeno, dióxido de carbono y similares. Haciendo referencia ahora a la figura 9, la cámara de mezclado 11 está ilustrada a detalle. La cámara de mezclado 11 incluye un compartimento receptor de gas 21 que tien-e una conexión de entrada 9 de gas combustible conectada al conducto .de entrada 15 del gas combustible, una conexión de entrada de gases de combustión 17 conectada al conducto de entrada 19 de gases de combustión y una conexión de entrada 23 del gas de arrastre conectada al conducto de entrada 31 del gas de arrastre. La cámara de mezclado 11 está dividida eh dos compartimentos, 21 y 27 por una pared 29. La pared 29 incluye una abertura central 35 formada en la misma y la conexión de entrada 9 de gas combustible incluye una porción de boquilla 13 la cual se extiende a través del compartimento 21 y hacia la abertura 35 tal que un chorro de combustible 25 (mostrado por flechas) está formado en el extremo de la porción de boquilla 13. El compartimento 21 recibe los gases de combustión dirigidos al mismo por el conducto 19 de gases de combustión y el compartimento 27 recibe el fluido de arrastre dirigido al mismo por el conducto 31. Un deflector anular 37 está unido de manera sellada a la pared 29 sobre la abertura 35 la cual se extiende hacia el compartimento 27. Un tubo Venturi 39 está unido de manera sellada a través de una abertura 45 en el compartimento 27, tal que el chorro de combustible 25 formado por la porción de boquilla 13 de la conexión de entrada 9 de gas combustible se extiende hacia y a través de la sección Venturi 60 del tubo Venturi 39. El extremo de entrada abierto 47 del tubo Venturi 39 se extiende sobre la superficie externa del deflector anular 37 tal que el gas de arrastre del compartimento 27 fluye a través de un espacio anular estrecho entre el deflector 37 y la superficie 47 del tubo Venturi 39 y está formado en un chorro anular dentro del tubo Venturi. En la operación de la cámara de mezclado 11, el flujo del chorro de combustible 25 a través de la sección Venturi 60 del tubo Venturi 39 crea un a caída de presión en el compartimento receptor 21 de gases de combustión el cual provoca que los gases de combustión sean arrastrados a través del conducto 19 de gases de combustión hacia el compartimento 21 de gases de combustión, a través de la sección Venturi 60 del tubo Venturi 39 y hacia el compartimento de mezclado 43 de la misma en donde los gases de combustión y el gas combustible se mezclan totalmente. Simultáneamente, el flujo del chorro anular de gas de arrastre formado en el tubo Venturi 39 incrementa la caída de presión de los gases de combustión en el compartimento 21 y el flujo de los gases de combustión dentro del tubo Venturi 39. Al mismo tiempo, si la presión del gas combustible en el conducto 15 y en la porción de boquilla 13 de la conexión 9 es baja, el chorro anular del gas de arrastre produce una calda de presión en la porción de boquilla del gas combustible 13 y el conducto de entrada 15 del gas combustible, y provoca que el gas combustible adicional sea arrastrado hacia el tubo Venturi 39. El gas de arrastre inyectado hacia el tubo Venturi 39 se mezcla con los gases de combustión y el gas combustible en el compartimento de mezclado 43 del mismo y fluye hacia el conducto 33 el cual dirige la mezcla hacia el quemador 36 (Fig. 3). La introducción del gas de arrastre, por ejemplo vapor presurizado, dentro de la cámara de mezclado 11 también incrementa la presión de la mezcla del gas de arrastre, los gases de combustión y el gas combustible, dirigida al quemador 36. La presión incrementada tiene el efecto benéfico de permitir que la mezcla del gas de arrastre, gases de combustión y gas combustible, la cual tiene una masa mucho mayor que el gas combustible solo, sea manejada y quemada por el quemador 36 sin necesidad de hacer modificaciones al mismo . Haciendo referencia nuevamente a la Figura 3, el aire de combustión producido por el soplador de aire de combustión 42 es dirigido por el conducto 44 al quemador 36 y el gas combustible es dirigido por el conducto 15 a la cámara de mezclado 11. Las cantidades del gas combustible y de aire de combustión son controladas por controles y válvulas de control de flujo convencionales u otros aparatos similares (no mostrados) tal que por lo menos una mezcla sustancialmente estequiométrica de gas combustible y aire de combustión es introducida hacia el quemador 36. Como se describió anteriormente, el gas combustible forma un chorro de combustible en la cámara de mezclado 11 tal que los gases de combustión del horno son arrastrados hacia la cámara de mezclado 11 y son mezclados con y diluyen el gas combustible en la misma. Simultáneamente, el gas de arrastre dirigido a la cámara de mezclado 11 forma al menos un chorro, preferentemente un chorro anular como se describió antes, de tal manera que el gas combustible adicional, si se requiere, y los gases de combustión sean arrastrados hacia la cámara de mezclado 11. El gas combustible adicional, es frecuentemente requerido en aplicaciones en las cuales solamente esta disponible gas combustible de pres-ión baja, por ejemplo, calderas piro-tubulares que utilizan gas combustible de presión baja. Como se mencionó, el vapor es el gas de arrastre preferido, pero si no se cuenta con vapor, puede ser utilizado otro gas de arrastre disponible en lugar del vapor, tal como aire, nitrógeno ó dióxido de carbono. La mezcla resultante de los gases de combustión, el gas de arrastre y el gas combustible formado en la cámara de mezclado 11 es dirigida al quemador 36 por el conducto 33. El aire de combustión dirigido al quemador 36 por el conducto 44 y ios gases de combustión, gases causantes de flujo y la mezcla de gases de combustión, gas de arrastre y gas combustible dirigida al mismo por el conducto 33 son mezclados dentro del quemador 36. La mezcla resultante es quemada en el quemador 36 y el horno 34 y los gases de combustión que se forman son liberados a la atmósfera por medio de la chimenea 38. Una porción de los gases de combustión que fluyen a través de la chimenea 38 es continuamente eliminada de la misma por medio del conducto 19 conectado a esta y se causa que fluya hacia la cámara de mezclado 11 como se describió anteriormente. Las válvulas de control de flujo 40 y 41 se utilizan para controlar las proporciones de volumen de los gases de combustión y gas de arrastre mezclados con el gas combustible en la cámara de mezclado 11 de tal- forma que se logre una máxima reducción de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión producidos y ventilados a la atmósfera por medio de la chimenea 38. Refiriéndose ahora a la figura 4, se muestra la ilustración esquemáti-ca de la cámara de mezclado 11, el soplador de aire de combustión 42, el quemador 36, el horno 34 y los conductos de conexión utilizando las mismas referencias numéricas que en la figura 3. Además, la Figura 4 incluye una segunda cámara de mezclado 45 colocada en el conducto de gases de combustión 19 en un punto entre la válvula de control 40 y la cámara de mezclado 11. Un conducto de entrada de gas de arrastre 46 se une a la segunda cámara de mezclado 45. El conducto de entrada del gas de arrastre 46 incluye una válvula de control de flujo 48 colocada ahi para controlar la proporción de volumen de gas de arrastre mezclado con los gases de combustión en la segunda cámara de mezclado 45. Refiriéndose ahora a la Figura 7, se ilustra en detalle la segunda cámara de mezclado 45. La segunda cámara de mezclado 45 incluye un pasaje 62 de gases de combustión el cual se comunica con una conexión de entrada 64 de gases de combustión unida a un extremo de la cámara de mezclado 45 y una conexión de salida 66 de gases- de combustión unida al otro extremo de la cámara de mezclado 45. Un compartimento 68 del gas de arrastre dentro de la cámara de mezclado 45 rodea el pasaje 62 de los gases de combustión y está conectado a una conexión de entrada 70 del gas de arrastre. Las conexiones de entrada y salida de los gases de combustión 64 y 66 están conectadas al conducto 19 de los gases de combustión y la conexión de entrada 70 del gas de arrastre está conectada al conducto de entrada 46 del gas de arrastre.

El pasaje 62 de los gases de combustión diverge hacia la conexión de entrada 66 tal que una porción extrema anular 72 del compartimento 68 del gas de arrastre se extiende hacia la conexión de entrada 66 de los gases de combustión. Una pluralidad de orificios 74 los cuales comunican el compartimento 68 del gas de arrastre con el interior de la conexión de entrada 66 de los gases de combustión están separados alrededor de la porción extrema anular 72 del compartimento 68, el cual se extiende hacia la conexión de gases de combustión 66. Los orificios 74 funcionan para formar chorros de gas de arrastre dentro de la conexión de salida 66 de los gases de combustión tal que los gases de combustión sean arrastrados a través del pasaje 62 de los gases de combustión y mezclados con el gas de arrastre dentro de la conexión de entrada 66 de los gases de combustión y el conducto 19 conectado al mismo. La operación del aparato ilustrado en la figura 4 es idéntica a la operación descrita anteriormente para el aparato ilustrado en la figura 3 excepto que un gas de arrastre adicional se mezcla con los gases de combustión en la segunda cámara de mezclado 45 antes de que los gases · de combustión sean mezclados con el gas de arrastre y el gas combustible en la primera cámara de mezclado 11. El gas de arrastre adicional es inyectado hacia la segunda cámara de mezclado 45 en la forma de una pluralidad de chorros que funcionan para arrastrar los gases de combustión adicionales hacia el conducto 19 de los gases de combustión. La mezcla de gases de combustión y el gas de arrastre formada en la segunda cámara de mezclado 45 es dirigida a la primera cámara de mezclado 11. La mezcla resultante del gas de arrastre, los gases de combustión y el gas combustible formada en la primera cámara de mezclado 11 es dirigida al quemador 36 en donde el aire de combustión se mezcla con los mismos y la mezcla resultante es quemada en el quemador. 36 y en el horno 34. La presencia del gas de arrastre en la mezcla quemada diluye además el combustible, reduce la temperatura de la flama y reduce el contenido de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión descargados a la -atmósfera. Haciendo referencia ahora a la figura 5, se muestra otra modalidad de la invención. Esta es una ilustración esquemática de la cámara de mezclado 11, el soplador de aire de combustión 42, el quemador 36 y el horno 34 asi como los conductos de conexión se muestra en la figura 5 utilizando las mismas referencias numéricas que en la figura 3. Además, un segundo conducto 50 de gases de combustión está conectado a la chimenea 38 del horno 34 y a una conexión de entrada en el soplador de aire de combustión 42 con lo cual, los gases de combustión adicionales son arrastrados desde la chimenea 38 a través del conducto 50 hacia el soplador de aire de combustión 42 en donde se mezclan con el aire de combustión. Una válvula de control de flujo 52 está dispuesta en el conducto 50 para controlar la relación en volumen de los gases de combustión mezclados con el aire de combustión. La operación del aparato mostrado en la figura 5 es la misma que la descrita anteriormente en conexión con el aparato ilustrado en la figura 3 excepto que los gases de combustión adicionales se introducen hacia el quemador 36 en una mezcla con el aire de combustión. La presencia de los gases de combustión adicionales en el aire de combustión funciona para enfriar más la temperatura de la flama en el horno 34 y reducir el contenido de los compuestos de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión descargados desde la chimenea 38 a la atmósfera. Haciendo referencia ahora a la Figura 6, se ilustra aún otra modalidad de la presente invención. Se muestra una ilustración esquemática de la primera cámara de mezclado 11, la segunda cámara de mezclado 45, el soplador de aire de combustión 42, el quemador 36 y el horno 34 asi como los conductos de conexión en la Figura 6 utilizando las mismas referencias numéricas que en la Figura 4. Además, el aparato ilustrado en la Figura 6 incluye el segundo conducto 50 de gases de combustión y la válvula de control de flujo 52 dispuesta en el mismo como se ilustra en la Figura 5. La operación del aparato de la Figura 6 es la misma que la operación descrita anteriormente para el aparato ilustrado en la ¦ Figura 4 excepto que los gases de combustión son mezclados con el aire de combustión. Es decir, los gases de combustión y el gas de arrastre son mezclados con el gas combustible antes de dirigir la mezcla resultante al quemador 36 y los gases de combustión son mezclados con el aire de combustión en el soplador de aire de combustión 42 con la mezcla resultante que es introducida hacia el quemador 36. Al controlar los volúmenes de los gases de combustión y del gas de arrastre mezclados con el gas -combustible y el volumen de gases de combustión mezclados con el aire de combustión, los contenidos de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión descargados a la atmósfera sin minimizados. Como será evidente para los expertos en la materia, la selección de uno de los sistemas del aparato ilustrado en las Figuras 3 a 6 depende de una variedad de factores que incluyen, pero no se limitan al tamaño de horno u hornos, el número de quemadores utilizados con cada horno, la forma y preparación del combustible, las temperaturas alcanzadas en el interior del horno y similares. Basado en tales factores, se selecciona el sistema especifico del aparato requerido para producir el contenido de óxidos de nitrógeno inferior deseado en los gases de combustión descargados a la atmósfera. Los métodos de la presente invención para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión producidos por la combustión de por lo menos una mezcla substancialmente estequiométrica de gas combustible y de aire de combustión introducida al quemador conectado a un horno están comprendidos básicamente de las siguientes etapas. El aire de combustión es dirigido desde una fuente del mismo al quemador. Se proporciona una primera cámara de mezclado fuera del quemador y el horno para mezclar los gases de combustión del horno y un gas -de arrastre con el gas combustible. El gas combustible se descarga en forma de un chorro de combustible hacia la primera cámara de mezclado tal que los gases de combustión del horno sean arrastrados hacia la cámara y mezclados con, y diluyan el gas combustible en la misma. El gas de arrastre se descarga también hacia la cámara de mezclado en la forma de por lo menos un chorro tal que los gases' de combustión adicionales del horno y el gas combustible adicional, si se requiere, sean arrastrados hacia la primera cámara de mezclado y mezclados uno con otro y con el gas de arrastre. La mezcla de gases de combustión, del gas de arrastre y del gas combustible formada en la primera cámara de mezclado es dirigida desde la misma hacia el quemador en donde la mezcla se combina con el aire de combustión y · posteriormente quemada en el mismo y en el horno. El método anterior incluye también preferiblemente la etapa de controlar la relación en volumen de los gases de combustión y del gas de arrastre mezclado con el gas combustible. Adicionalmente, el método incluye preferiblemente las etapas adicionales de proporcionar una segunda cámara de mezclado fuera del horno y del quemador para mezclar gas de arrastre adicional con los gases de combustión del horno y descargar el gas de arrastre en la forma de por lo menos un chorro hacia la segunda cámara de mezclado tal que los gases de combustión del horno sean arrastrados hacia la segunda cámara de mezclado y mezclados con el gas de arrastre en la misma. También, el método puede incluir las etapas adicionales de controlar la relación en volumen del gas de arrastre mezclado con los gases de combustión, mezclar los gases de combustión del horno con el aire de combustión dirigido al quemador y controlar la relación en volumen de los gases de combustión mezclados con el aire de combustión. Los métodos y el aparato de la presente invención han sido mostrados para hacer significativamente más eficientes que los métodos y aparatos del arte previo. La recirculación de aproximadamente 5% del total de gases de combustión de acuerdo con la invención como se muestra en la Figura 3 resulta en un contenido de óxidos de nitrógeno inferior en los gases de combustión producidos que en un sistema en donde el 23% del total de gases de combustión es combinado únicamente con el aire de combustión. Los resultados experimentales han indicado que un contenido de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión de 20 partes por millón o inferior se obtiene utilizando los métodos y aparatos de esta invención sin inyección de vapor y sin el uso concurrente de recirculación de gases de combustión en el aire de combustión. Cuando se utiliza inyección de vapor hacia los gases de combustión de acuerdo con la presente invención junto con la introducción de gases de combustión en el aire de combustión, puede ser alcanzado un contenido de óxido de nitrógeno en el gas de combustión de desde 8 a 14 partes por millón.

Con el propósito de detallar aún más los resultados conforme a la presente invención, se proporciona el siguiente e emplo .

Ejemplo El aparato ilustrado en la Figura 5 fue probado para determinar el contenido de óxidos de nitrógeno de los gases de combustión en varias proporciones de gases de combustión mezclados con el gas combustible, varias proporciones de los gases de combustión mezcladas con el aire de combustión y una combinación de los dos. El horno utilizado en la prueba fue un generador de vapor de 63.5 millones de BTU. Los resultados de estas pruebas están proporcionados en la siguiente Tabla.

TABLA Contenido de NOx en los Gases de Combustión usando Varias Cantidades de Gases de Combustión Mezclados con Gas Combustible y/o Aire de Combustión.

Porcentaje de Porcentaje de Contenido de NOx abertura de la abertura de la de los Gases de Válvula 401 de los Válvula 5 O2 de Gases Combustión Tabla Gases de Combustión de Combustión descargados a la No atmósfera 1 0% 50% 26 ppm 2 50% 0% 23 ppm 3 75% 0% 20 ppm 4 50% 35% 18 ppm 5 75% 50% 14 1 Gases de Combustión mezclados con gas combustible. 2' Gases de Combustión mezclados con aire de combustión.

A partir de la tabla anterior, puede verse que los métodos y el aparato de la presente invención producen gases de combustión que tienen un contenido de óxidos de nitrógeno inesperadamente reducido. Asi la presente invención está bien adaptada para llevar a cabo los objetivos y logra los fines y ventajas antes mencionados asi como aquellos que son inherentes a los mismos. Aunque puedan efectuarse numerosos cambios por expertos en la materia, tales cambios están comprendidos dentro del espíritu de la presente invención como está definido por las cláusulas que se acompañan.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un método para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión producidos por la combustión de por lo menos una mezcla substancialmente estequiométrica de gas combustible y aire de combustión introducida en un quemador conectado a un horno, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) dirigir el aire de combustión al quemador; (b) proporcionar una primera cámara de mezclado fuera del quemador y el horno para mezclar gases de combustión del horno y una gas de arrastre con el gas combustible; (c) descargar el gas combustible en la forma de un chorro de combustible en la primera cámara de mezclado tal que los gases de combustión del horno sean arrastrados hacia la cámara de mezclado y mezclados con, y diluyan el gas combustible en la misma; (d) descargar un gas de arrastre en la forma de por lo menos un chorro de gas en la primera cámara de mezclado tal que los gases de combustión adicionales del horno y el gas combustible adicional, si se requiere, sean arrastrados hacia la cámara de mezclado y mezclados uno con otro y con ei gas de arrastre; y (e) dirigir la mezcla de gases de combustión, gas de arrastre y de gas combustible formada en las etapas (c) y (d) al quemador en donde la mezcla' se combina con el aire de combustión y se quema en el mismo y en el horno.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el . gas de arrastre se selecciona del grupo que consiste de vapor, aire, nitrógeno y dióxido de carbono .
3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas de arrastre es vapor.
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además, la etapa de controlar las relaciones en volumen de los gases de combustión y del gas de arrastre mezclados con el gas combustible en las etapas (c) y (d) .
5. El método de- conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además, la etapa de proporcionar una segunda cámara de mezclado fuera del quemador y del horno para mezclar gas de arrastre adicional con los gases de combustión del horno y descargar el gas de arrastre en la forma de por lo menos un chorro hacia la segunda cámara de mezclado tal que los gases de combustión del horno sean arrastrados hacia la segunda cámara de mezclado y mezclar con el gas de arrastre adicional antes de mezclar con el gas de arrastre y el gas combustible de acuerdo con las etapas (c) y (d) .
6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque comprende además la etapa de controlar la relación en volumen del gas de arrastre adicional mezclado con los gases de combustión.
7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además la etapa de mezclar los gases de combustión del horno con el aire de combustión dirigido al quemador de conformidad con la etapa (a) .
8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además controlar la relación en volumen de los gases de combustión mezclados con el aire de combustión.
9. Un método para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión producidos por la combustión de por lo menos una mezcla substancialmente estequiométrica de gas combustible y aire de combustión introducida en un quemador conectado a un horno, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) dirigir el aire de combustión al quemador; (b) proporcionar una primera cámara de mezclado fuera del quemador y del horno para mezclar gases de combustión del horno y vapor con el gas combustible; (c) descargar el gas combustible en la forma de un chorro de combustible en la primera cámara de mezclado tal que los gases de combustión del horno sean arrastrados hacia la cámara y mezclados con, y diluyan el gas combustible en la misma;- (d) descargar vapor en forma de por lo menos un chorro de gas en la primera cámara de mezclado tal que los gases de combustión adicionales del horno y el gas combustible adicional, si se requiere, sean arrastrados hacia la cámara de mezclado y mezclados uno con otro y con el vapor; y (e) controlar la relación en volumen de los gases de combustión y el vapor mezclados con el gas combustible en las etapas (c) y (d) ; y (f) dirigir la mezcla de gases de combustión, vapor y gas combustible formada en las etapas (c) y (d) al quemador, en donde la mezcla se combina con el aire de combustión y se quema en el mismo y en el horno.
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque, comprende además la etapa de proporcionar una segunda cámara de mezclado fuera del quemador y el horno para mezclar vapor adicional con los gases de combustión del horno y descargar el vapor en la forma de por lo menos un chorro hacia la segunda cámara de mezclado tal que los gases de combustión del horno sean arrastrados hacia la segunda cámara de mezclado y mezclar con vapor adicional antes de mezclar con el vapor y el gas combustible de acuerdo con las etapas (c) y (d) .
11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende la etapa de controlar la relación en volumen del vapor adicional mezclado con gases de combustión .
12. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además, la etapa de mezclar gases de combustión del horno con el aire de combustión dirigido al quemador de acuerdo con la etapa (a) .
13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque comprende además, controlar la relación en volumen de los gases de combustión mezclados con aire de combustión.
14. Un aparato para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión producidos por la combustión de por lo menos, una mezcla substancialmente estequiométrica de gas combustible y aire de combustión, el gas combustible es dirigido a un quemador conectado a un horno mediante un conducto de gas combustible y el aire de combustión es dirigido desde una fuente de aire de combustión al quemador mediante un conducto de aire de combustión, caracterizado porque comprende: una primera cámara de mezclado para mezclar gases de combustión desde el horno y un gas de arrastre con el gas combustible que tiene una entrada de gas combustible para conectarse al conducto de gas combustible y para formar un chorro de combustible dentro de la cámara de mezclado, una entrada de gases de combustión colocada tal que los gases de combustión sean arrastrados hacia la cámara de mezclado mediante un chorro de combustible, una primer entrada de gas de arrastre para formar un chorro de gas de arrastre dentro de la cámara de mezclado, tal que los gases de combustión adicionales y el gas combustible adicional, si se requiere, sean arrastrados hacia la cámara de mezclado y una salida de la mezcla de los gases de combustión, gas de arrastre y gas combustible; un primer conducto de gases de combustión para conectarse al horno conectado a la entrada de los gases de combustión de la primera cámara; un primer conducto de gas de arrastre para conectarse a una fuente de gas de arrastre conectada a la entrada del gas de arrastre de la cámara de mezclado;- y un conducto de la mezcla de los gases de combustión, gas de arrastre y gas combustible para conectarse al quemador conectado a la salida de la mezcla de gases de combustión, gas de arrastre y gas combustible de la cámara.
15. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque comprende además, medios para controlar las relaciones en volumen de los gases de combustión y del gas de arrastre mezclados con el gas combustible en la primera cámara de mezclado dispuesta en el primer conducto de gases de combustión y en el primer conducto del gas de arrastre.
16. El aparato de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque los medios para controlar la relación en volumen de los gases de combustión y el gas de arrastre con respecto al gas combustible están comprendidos de válvulas de control de flujo.
17. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además, comprende una segunda cámara de mezclado para mezclar el gas de arrastre con los gases de combustión del horno que tiene una entrada del gas de arrastre para conectarse a una fuente de gas de arrastre y para formar un chorro de gas de arrastre dentro de la segunda cámara de mezclado, una entrada de los gases de combustión conectada al primer conducto de gases de combustión colocado tal que los gases de combustión del horno sean arrastrados hacia la segunda cámara de mezclado mediante el chorro, una ¦salida de los gases de combustión - gas de arrastre conectada al primer conducto de gases de combustión y un conducto del gas de arrastre para conectarse a una fuente del gas de arrastre conectada a la entrada del gas de arrastre de la segunda cámara de mezclado.
18. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque además, comprende medios para controlar la relación en volumen del gas de arrastre mezclado con los gases de combustión colocados en el conducto del gas de arrastre.
19. El aparato de conformidad con la reivindicación- 18, caracterizado porque el medio para controlar la relación en volumen del gas de arrastre mezclado con los gases de combustión comprende una válvula de control de flujo.
20. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la fuente de aire de combustión es un soplador de aire de combustión.
21. El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque además, comprende un segundo conducto de gases de combustión para conectarse al horno y al soplador de aire de combustión tal que los gases de combustión estén mezclados con el aire de combustión.
22. El aparato de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque comprende además, medios para controlar la relación en volumen de los gases de combustión mezclados con el aire de combustión, dispuestos en el segundo conducto de gases de combustión.
23. El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el medio para controlar la relación en volumen de los gases de combustión mezclados con el aire de combustión comprende una válvula de control de flujo.