MXPA03005762A

MXPA03005762A - Aparato quemador compacto con bajo contenido de gas nox y metodos.

Info

Publication number: MXPA03005762A
Application number: MXPA03005762A
Authority: MX
Inventors: Ann Schnepper Carol
Original assignee: John Zink Co Llc
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-10-18
Also published as: ES2243863T3; JP4177185B2; KR100892460B1; CA2429478C; TW200409885A; AR036971A1; CN1229589C; US20040197719A1; DE60301475T2; BR0302335A; BR0302335B1; CA2429478A1; JP2004191032A; SA03240346B1; DE60301475D1; US6695609B1; EP1426681B9; EP1426681B1; EP1426681A3; KR20040049776A

Abstract

Aparato quemador compacto con bajo contenido de NOx y metodos para descargar mezclas de aire y gas combustible en hornos donde se combustiona una mezcla en patrones de llama plegada y se forman gases de combustion con bajo contenido de NOx. Un aparato quemador de la invencion consta basicamente de una cubierta con un quemador unido a la misma y medios para introducir aire en la misma. La teja del quemador posee una pequena abertura con una pared que rodea dicha abertura que se extiende en un horno. Las caras externas de la pared se dividen en secciones mediante tabiques ubicados en forma radial con secciones alternadas con iguales o diferentes altura e inclinacion hacia la abertura. El gas combustible primario mezclado con gases de combustion y aire se descarga a traves de la teja del quemador. El gas combustible secundario se descarga en forma adyacente a la secciones inclinadas externas donde el gas combustible secundario se mezcla con gases de combustion en un horno. Las corrientes de gas combustible-gases de combustion resultante se mezclan con la mezcla de gas combustible-gases de combustion -aire que se descarga a traves de la teja del quemador y la mezcla resultante se combustiona en el horno.

Description

APARATO QUEMADOR COMPACTO CON BAJO CONTENIDO DE GAS NOX Y METODOS Campo de la invención • La presente invención se ¦ refiere SL un aparato quemador de gas y métodos para la combustión de mezclas de aire-gas combustible donde se producen gases de combustión con un bajo contenido de gas NOx. Antecedentes de la invención · Las autoridades gubernamentales imponen constantemente estándares de emisión que limitan la cantidad de contaminantes gaseosos tales como óxido de nitrógeno NOx que pueden ser emitidos a la atmósfera. Dichos estándares han llevado al desarrollo de varios diseños de quemadores de gases mejorados que disminuyen la producción de NOx y de otros gases contaminantes también. Por ejemplo, se han desarrollado métodos y aparatos en los que quema el total del aire y parte del combustible en una primera zona y el combustible restantes se quema en una segunda zona. Con este enfoque estratificado, todo exceso de aire en la primera zona actúa como diluyente el que disminuye la temperatura del los gases de combustión, y por lo tanto reduce la formación de NOx. Se han desarrollado asimismo otros métodos y aparatos en donde se combinan los . gases de combustión con gas combustible y/o mezclas de aire-combustible para diluir las REF: 148187 mezclas y disminuir la temperatura de combustión y la formación de NOx. Si bien los métodos y quemadores descritos en la técnica anterior para producir gases de combustión con bajo contenido de NOx han logrado diversos grados de éxito aún es necesario mejorar este tipo de quemadores y métodos en los que se emplean aparatos quemadores económicos y se producen gases de combustión con bajo contenido de NOx. Además, los quemadores que se han utilizado hasta el momento para poner en práctica los métodos descritos son por lo general de gran tamaño, producen llamas de considerable longitud, y poseen índices de reducción bajos. Por lo tanto, existe la necesidad de contar . con quemadores y métodos que produzcan gases de combustión con bajo contenido de NOx, que sean compactos, tengan una llama de escasa longitud, y altos índices de reducción. Sumario de la invención En la presente invención se proporcionan aparatos compactos con bajo contenido de NOx y métodos que -satisfacen las necesidades descritas más arriba : . y- . solucionan las falencias de la técnica anterior. Es decir, la invención proporciona aparatos de gas mejorados y métodos para descargar mezclas de gas combustible y aire en hornos -en los que se combustionan las mezclas se forman gases combustible con bajo contenido de NOx. Además, los aparatos compactos de esta invención son más pequeños que los de la técnica anterior, poseen índices de reducción más bajos y producen llamas de escasa longitud. .El quemador compacto de esta invención consta básicamente- de una estructura que posee - un extremo abierto unido al honro y medios par- introducir un flujo de aire controlado en la estructura a la que está unido. Se suma una teja refractaria en el extremo abierto de la estructura que posee una abertura para permitir el paso del aire desde la estructura hacia el horno. La teja consta de una pared que rodea a la estructura que se extiende hacia el espacio que corresponde al horno y forma una zona de mezclado dentro y por arriba de la pared. Las caras externas de la pared se dividen en secciones mediante varios tabiques ubicados en forma radial con secciones alternadas que poseen la misma o similar altura inclinadas hacia la abertura en ángulos iguales o similares. Algunas o todas las secciones, preferentemente una cada dos secciones, cuentan con pasajes para conducir gas combustible primario hacia el exterior de las secciones y' hacia el interior de la pared. Opcionalmente se puede colocar una tobera a una fuente de gas combustible dentro de la abertura y la pared de la teja para mezclar gas primario adicional con el aire que fluye por la teja. Se proporcionan .una o más toberas, preferentemente, una para cada sección inclinadas conectadas a una fuente de gas combustible y ubicadas en la parte externa de la pared para descargar gas secundario hacia una o más de las secciones. Una o más de las toberas, preferentemente una de cada dos, también descargan gas combustible primario y gases de combustión en y a través de los pasajes donde el gas combustible secundario se mezcla con los gases de combustión en el espacio que corresponde al horno, la mezcla de gas y gas combustible se mezcla con aire no combustionado, gas combustible primario y gases de combustible que fluyen por una abertura hacia la teja, y la mezcla resultante se combustiona en el · espacio del horno en un patrón de llama plegada. Mediante los métodos mejorados de la presente invención, se descarga una mezcla de gas combustible y aire en un espacio que corresponde al horno donde la mezcla de quema en un patrón de llama plegada y se forman gases con bajo contenido de NOx. El método de la invención consiste básicamente de los pasos de descargar el aire en una zona de mezclado dentro de y adyacente a una pared que se extiende hacia el horno y posee caras externas en secciones alternas marcadas por tabiques radiales. Las secciones alternas poseen igual o similar altura e inclinación hacia la abertura formando ángulos- iguales o similares. Una o más de las secciones, -preferentemente una de cada dos, poseen pasajes para la conducción de gas combustible primario y mezclas de gases de combustión desde el exterior de las secciones hacia la pared. Una porción primaria del gas combustible se descarga desde la región externa respecto de la pared y adyacente a una o más secciones que poseen pasajes para que la porción primaria de gas combustible se mezcle con gases de combustión en el horno, y la mezcla resultante de gases combustibles-gases de combustión fluya hacia la zona de mezclado por uno o más de los pasajes para formar una mezcla primaria de gas combustible-gasés de combustión que fluya hacia el horno . Simultáneamente, una porción secundaria del gas combustible se descarga desde una o más locaciones en la región externa de la pared y adyacente a una o más secciones de la pared de modo que dicha porción secundaria se mezcla con las los gases combustible en el horno, y la mezcla secundaria de gas combustible-gases de combustión se descarga en la mezcla primaria en numerosas corrientes que ingresan y se mezclan con la mezcla primaria para formar una mezcla de gas combustible-gases de combustión altamente mezclada que se quema en un patrón de llama plegada. Los objetos, características y ventajas de la presente invención resultarán obvias para los familiarizados con la técnica tras la lectura de la - descripción de las realizaciones preferidas que siguen cuando se la toma junto con los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es una vista en perspectiva de la teja del quemador de la presente invención que incluye una pared dividida en secciones por numerosos tabiques con secciones alternadas con diferentes alturas e inclinación hacia" la abertura de diferentes ángulos . La figura 2 es una vista lateral transversal del aparato quemador de la invención unido a una" pared del horno que consta de la teja de la figura 1 con la vista de la" teja a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1. La figura 3 es una vista superior del quemador de la figura 2 tomada a lo largo de la línea 3-3 de la figura 2. La figura 4 es una vista lateral transversal de la teja del quemador tomada a lo largo de la línea 4-4 de la figura 3. La figura 5 es una imagen del patrón de llama plegada producida por el quemador y métodos de la invención. Descripción de las realizaciones preferidas Con respecto a los dibujos, se ilustra un aparato quemador compacto con bajo contenido de NOx de la presente invención, designado por el numeral 10. Como se ilustra en la figura 2 el quemador 10 está sellado y unido a 1 pared inferior 12 de un horno sobre un espacio- abierto. Si bien el quemador se monta por lo general verticalmente y se dispara hacia arriba como se ilustra en la figura 2. Debe entenderse que el quemador también puede montarse horizontalmente y ser disparado horizontalmente o verticalmente y hacia abajo también. El quemador 10 consta de una cubierta 14 que posee un extremo abierto 16 y un extremo abierto 18. La cubierta 14 esta unida a la pared del horno 12 mediante una saliente 20 y numerosos pernos 22 que se extienden hacia aberturas complementarias en la saliente 20 en la pared 12. Se conecta un registro regulador 24 de la corriente de aire a la cubierta 14 en su extremo abierto 16 para regular la circulación de aire de combustión que ingresa a la cubierta 14. La pared del horno 12 consta de una capa interna de material aislante 25, y el extremo 18 abierto de la cubierta 14 incluye una teja 28 de material refractario. Tal como se ilustra en la figura 2, la superficie interna del material aislante 26 unido a la pared 12 y la porción superior 30 de la teja 28 definen un espacio en el que se combustionan el gas combustible y el aire mediante el quemador (horno) . La teja 28 posee una abertura central 32 formada en la porción base 30 de la misma por donde ingresa aire a la cubierta 14 mediante el registro de aire 24. La teja 28 también consta -de una pared 34 que rodea la abertura 32 y se extiende hacia el horno. La teja 28, el interior de la pared 34 y la abertura central 32 en la porción base 30 del quemador 28 al igual que la cubierta 14 pueden tener diversas formas, por circular, rectangular, cuadrada, triangular,, poligonal u otras. Sin embrago, el quemador 10 preferentemente incluye una teja circular 28 con una abertura circular 32 y una porción de pared 34. Asimismo, la cubierta 14 preferentemente incluye una abertura circular 18 y la cubierta es cilindrica. Si embargo, la cubierta—tambié puede constar de una abertura cuadrada 18 y puede tener laterales cuadrados o rectangulares 15. En una realización preferida como se ilustra en la figura 2, la abertura 32 en la teja 28 es más pequeña que los laterales interiores 33 de la pared 34, de modo que se proporciona una cinta 35 en la teja 28 que funciona "como superficie estabilizadora de llama. Con respecto a la figura 1, se ilustra una vista en perspectiva de la teja 28 y de la pared 34. Los laterales internos de la pared 34 son verticales como se muestra mejor en la figura 2. Las caras externas de la pared 34 se dividen en numerosas secciones 36 y 38 mediante tabiques 40 ubicados en forma radial, siendo que las secciones alternadas 36 y 38 poseen igual o similar altura y se inclinan hacia la abertura 32 en iguales o diferentes ángulos. Preferentemente, las secciones alternadas poseen- - diferentes alturas e inclinaciones en diferentes ángulos como se observa en los dibujos . Con respecto a la figura 4, se observa que en una realización preferida las secciones 36 poseen alturas bajas e inclinaciones limitadas hacia la abertura 32 en la teja 34 en ángulos marcados en comparación con las secciones 38 que poseen mayores alturas e inclinaciones hacia la abertura 32 a ángulos menores. Como se observa en las figuras 1-4,· las secciones 36 y 38 entre los tabiques 40 se alternan alrededor de la pared 34. En la realización que se ilustra en el dibujo, hay cuatro de las secciones 36 y cuatro de las secciones 38. Según el tamaño del quemador, puede haber más o menos secciones alternadas, y el número total puede alcanzar, por ejemplo, 4, 6, 8, 10, etc. Las secciones alternas 36 poseen alturas que oscilan entre 0 pulgadas y alrededor de 16 pulgadas, y se inclinan hacia la abertura a 0 grado hasta alrededor de 90 grados. Las secciones alternadas 38 poseen un ángulo alturas iguales o similares como las secciones alternadas 36, que oscilan entre 5.08 y 40.64 era (2 y 16 pulgadas) en ángulos de 0 a 60 grados. Preferentemente, las secciones alternadas 36 poseen alturas que oscilan entre 0 y 40.64 cm. (0 y 16 pulgadas), con ángulos de 0 a 90 grados, y las secciones alternadas 38 poseen alturas que oscilan entre 5.08 y 40.64 cm (2 y 16 pulgadas) con ángulos de 0 a 60 grados. Como se observa en las figuras 2-4, las secciones 36 incluyen un pasaje 42 que se extiende desde el exterior hacia el interior de la pared 34 donde se mezcla el gas combustible con los gases . de combustión tal como se describirá más adelante.

En una disposición más preferida de las secciones alternadas 36, 38, la primera de las secciones alternadas poseen alturas que oscilan entre 12.70 y 25.40 cm. (5 y 10 pulgadas) con inclinaciones de 10 a 30 grados, y la segunda de las secciones alternadas posee igual o diferente altura como la primera de las secciones alternadas que oscilan entre 15.24 y 30.48 cm. (6 y 12 pulgadas) con inclinaciones de 5 a 15 grados . En una disposición preferida, la primera de las secciones alternadas posee alturas de alrededor de 17.78 cm (7 pulgadas) con una inclinación de alrededor de 20 grados, y la segunda de las secciones alternadas poseen alturas de 22.86 cm. (9 pulgadas) con inclinaciones de alrededor de 10 grados . Como se observa en las figuras 1 y 2, opcionalmente se puede colocar una tobera central primaria 44 con una abertura 32 cerca del fondo de la teja 28.. Cuando se utiliza, la tobera 44 se conecta mediante un conducto 46 a un distribuidor 48. El conducto 46 está conectado al distribuidor 48 mediante una unión 50, y un conducto 52 conectado al distribuidor 48 se conecta a una fuente de gas combustible presurxzado. Como se observa en las figuras 2 y 3, se puede colocar opcionalmente un tubo venturi 37 alrededor y por sobre la tobera 44 de modo que una mezcla liviana de gas combustible de gas combustible y aire se forme y corabustione en el tubo venturi 37. Asimismo, el quemador 14 puede contener opcionalmente numerosas toberas 44 y tubo venturi 37 además de la única tobera 44 y tubo venturi 37.

..Como se .observa mejor en las figuras 2 y 3, se ubican numerosas toberas de descarga secundarias 54 con espacios sobre la superficie 30 de la teja 28 adyacente al fondo de las secciones 36 y 38 de la pared 34. Las toberas 54 se ubican en forma adyacente a las intersecciones de las secciones 36 y 38 con la superficie de la porción base 30 de la teja 28. Las toberas 54 se conectan- a los conductos 56 (figura 2) que se conectan a un distribuidor 48 mediante uniones 58. Las toberas 54 adyacentes a las secciones 38 incluyen aberturas de descarga de gas combustible donde se descarga gas de combustión secundario en formas de abanicos sustancialmente paralelos y adyacentes a las superficies externas de las secciones 38. Las toberas 54 ubicadas en forma adyacente a las secciones 36 constan de aberturas de descarga de gas combustible donde se descarga gas combustible secundario en forma de abanico sustancialmente paralelos y adyacentes a la superficies externas de las secciones 36. A medida que el gas combustible secundario descargado por las toberas 54 fluye sobre las ¦ superficies de las secciones 36 y 38, los gases de combustión, en. el horno fuera de la teja..28 se mezclan con el gas combustible secundario.

Los pasajes 42 en las secciones 36 se ubican en forma adyacente a las toberas 54 tal como se observa en la figura 3. Además de las aberturas para la descarga de gas combustible para descargar gas combustible secundario paralelo a las superficies de las secciones 36, las toberas 54 adyacentes a las secciones 36 y los pasajes 42 que allí se forman incluyen aberturas para descarga de gas combustible primario para la descara de gas combustible primario en el interior de la abertura 32 en la pared 34 de la teja 28. Debido a las corrientes de gas combustible primario que fluyen por las aberturas 42, los gases de combustión que salen del horno hacia la teja 28 son aspiradas y fluyen por las aberturas 42 con el gas combustible primario hacia las aberturas 32 de la pared 34 de la teja 28. Si bien los conductos 42 se ubican preferentemente en las secciones en forma alternada como se describe más arriba, debe entenderse que se pueden utilizar uno o más conductos 42 -con corrientes de gas combustible primario y gases de combustión que fluyen en su interior en la pared 34 de la teja 28. Además de definir, las secciones 36 y 38, la función de los tabiques consiste en dividir el gas combustible secundario y los gases de combustión en diversas corrientes que ingresan y se mezclan con las mezclas primarias de gases combustible-gases de combustión-aire descargadas dé la pared 34 de la teja 28. Estas mezclas primarias que se forman dentro de la pared 34 se encienden dentro de dicha pared y luego fluyen hacia el exterior de la pared. Las colisiones de corrientes secundarias con mezclas primarias forman numerosas llamas en forma de U, plegadas 60 como se observa en la figura 5. Como sabrán aquellos familiarizados con la técnica, uno de los mecanismos primarios que producen NOx en un proceso de combustión es el NOx térmico, es decir, cuanto mayor es la temperatura de la llama, más NOx se produce. En el aparato quemador de la invención, la variedad de llamas 60 que se muestran en la figura 5 permite que el gas combustible se mezcle rápidamente con los gases de combustión antes y durante la combustión con el aire, de modo que se reduce el NOx. Asimismo, la" mayor superficie de las llamas 60 plegadas y enrolladas hace que los gases de combustión se mezclen con las llamas en forma más eficaz, y la ruptura 62 de las llamas que existen entre los pliegues permite que los gases de combustión penetren aún más entre las llamas y se mezclen con las mismas, todo esto contribuye a una producción escasa de NOx. Durante el funcionamiento del quemador 10, se introduce gas combustible en el horno al que está unido el quemador 10, y se combustiona allí a un índice que resulta en la liberación de calor deseada. También se introduce aire en la cubierta 14 y fluye una columna de aire en el espacio del horno. El índice -de flujo de aire introducido en el horno es de alrededor de 0% a 100% en exceso del flujo de aire requerido para formar una mezcla estoiquiométrica de aire y gas combustible. Preferentemente, el índice de flujo de aire supera al flujo de aire estoiquiométrico en alrededor del 15%. En otras palabras, la mezcla de gas combustible y aire descargado en el horno contiene entre 0% y 100% de exceso de aire. Como se observa en la figura 2, la columna de aire fluye por la cubierta 14 y la abertura 32 en la teja 28 en la zona de mezclado que se forma en el interior y por sobre la pared 34. Dentro de la zona de mezclado, el aire se mezcla con el gas combustible primario y los gases de combustión se descargan en la zona de mezclado mediante los conductos 42 y las toberas 54 que se ubican en forma adyacente a dichos conductos 42 , y opcionalmente por la tobera 44. La' mezcla resultante primaria de gas combustible-gases de combustión-aire contiene un exceso importante de aire que se co bustiona dentro y adyacente- a la parte superior de la teja 28 y los gases de combustión que se forman poseen un bajo contenido de NOx, debido a la disolución del gas de combustión por exceso de aire- y gases de combustión. El gas combustible secundario descargado en direcciones paralelas a las superficies de las secciones 36 y 38.por. las toberas 54 se mezclan con- los gases, .de., combustión que rodean a la teja del quemador 28. La mezcla resultante secundaria de gas combustible, gases de combustión se descarga en la mezcla primaria de gas combustible-aire que fluye desde el interior de la pared 34 en diversas corrientes que forman un patrón de llama plegada y se mezclan con la mezcla primaria para formar una mezcla de gas combustible-gases de combustión-aire con alto grado de mezclado. Esta mezcla se combustiona en una multiplicidad de llamas plegadas en el horno y produce gases de combustión con bajo contenido de NOx debido a que el gas combustible es diluido por un exceso de aire relativamente frío y gases de combustión. Si bien el gas combustible secundario es preferentemente descargado por las toberas 44 que se ubican adyacentes a las superficies de las secciones 36 y 38, debe entenderse que el gas combustible secundario puede descargarse de una o más toberas 44 adyacente a una o más secciones 36 y 38. Un método de- la invención para descargar una mezcla -de gas combustible y aire en un horno dentro donde la mezcla se combustiona en un patrón de llama plegada y se forman gases de combustión con bajo contenido de NOx consta de los siguientes pasos: a) descargar el aire en una zona de mezclado dentro y -adyacente a la pared que se extiende hacia el horno y posee caras exteriores divididas en secciones alternadas mediante numerosos tabiques ubicados en forma radial, dichas secciones alternadas poseen igual o diferente altura y ángulos de inclinación iguales o diferentes hacia la abertura, y uno o más pasajes que se forman para conducir el gas combustible primario y la mezcla de gases combustibles desde el exterior de la sección hacia la pared; b) descargar la porción primaria del gas combustible desde el exterior de la pared y adyacente a una o más secciones que poseen conductos de modo tal que dicha porción primaria se mezcla con los gases de combustión en 1 horno y la mezcla primaria de gases de combustión y gas combustible fluye en la zona de mezclado dentro de la pared a través de dichos conductos para formar una mezcla primaria de gas combustible-gas de combustión-aire que fluye hacia el horno; y c) descargar una porción secundaria del gas combustible desde una o más locaciones fuera de la pared y adyacente a una o más de las secciones de modo que la porción secundaria de gas combustible se mezcla con los gases de combustión en el horno, y la mezcla secundaria de gas combustible-gases de combustión es descargadas en la mezcla primara de fases de combustión, gas combustible-aire en una o más corrientes que se forman por la presencia de los tabiques ubicados en forma radial que ingresan y se mezclan con la mezcla primaria que se combustiona con llamas de patrón plegado. El método anterior también puede incluir un paso que consiste en la ' introducción de una porción del gas combustible primario en la zona de mezclado dentro de la pared del quemador donde el gas combustible primario se mezcla con aire.

El gas combustible, los gases de combustión y el aire que se descargan en el horno de acuerdo con el paso b) pueden contener alrededor de 0 a 100% de exceso de aire. La porción primaria de gas combustible utilizada de acuerdo con el paso b) oscila entre 2 y 40% del volumen del gas combustible total descargado en el horno, y la porción secundaria utilizada de acuerdo con el paso c) oscila entre 60 y 98% por volumen del gas combustible total descargado en el horno. Otro método de la invención para descargar una mezcla de gas combustible y aire en un horno donde se combustiona una mezcla en un patrón de llama plegada y se forman gases de combustión con bajo contenido de NOx consta de los siguientes pasos: a= descargar una columna de aire en el horno; b) descargar una primera porción del gas combustible mezclado con gas es de combustión del horno en la columna de aire; c) descargar una segunda porción del gas combustible mezclado con los gases de combustión desde el horno hacia la columna de aire que contiene la primera porción del gas combustible mezclado con los gases de combustión en diversas corrientes de locaciones separadas alrededor de la columna, las corrientes ingresan a la columna en forma radial y se combustionan allí junto con la primera porción del gas combustible en llamas separadas plegadas rodeadas y mezcladas con gases de combustión y aire .

Otro método de la invención para descargar una mezcla de gas combustible y aire en un horno donde la mezcla se combustiona en un patrón de llama plegada y se forman gases con bajo contenido de NOx consta de los siguientes pasos: a) descargar dicho aire en el horno-, \b) -: descargar dicho gas combustible mezclado con gases de combustión del dicho horno en el aire en dos o más corrientes separadas que ingresan al aire y se queman allí en una o más llamas plegadas rodeadas y mezcladas con los gases de combustión y el aire. Con el objeto de ilustrar aún más el aparato de la invención, su funcionamiento y los métodos de la invención, se presentan los siguientes ejemplos. EJEMPLO 1 Se disparó en un horno un quemador 10 diseñado para la liberación de calor de 8.000.000 BTU por hora al quemar gas natural con un valor calórico de 913 BTU/SCF. Se suministró gas combustible presurizado al distribuidor 48 del quemador 10 a una presión de alrededor de 3.3 psig y una índice de fluido de 8765 SCF/hora. Se utilizó un 20% por porción de volumen de gas combustible (1753 SCF/hora) como gas combustible primario y fue descargado por la abertura 32 y la pared 34 de la teja 28 por la tobera 44, y las toberas 54 que se ubican en forma adyacente respecto de las aberturas 42 en la pared 40 de la teja 28. La porción restante del gas combustible, es decir, la porción secundaria (a un índice de 7012 SCF/hora) fue descargado en el honro por las toberas 54 en corrientes se paradas mezcladas con gases de combustión. La cantidad de aire introducida en el horno a modo del registro 24, la cubierta 14 y la teja 28 superó al menos jen 15% al índice estoiquiométrico respecto del total de gas combustible. La mezcla primaria de gas combustible-gases de combustión y aire comenzaron a combustionar cerca de los pasajes 42 y el parte superior de la pared 34. Las mezclas descargadas en diferentes ángulos en una mezcla parcialmente en combustión en la parte superior de la pared 34 se mezclaron con los gases de combustión del espacio correspondiente al horno y el aire restante combustionó sobre la teja en una llama corta con el patrón de plegado. Debido a la disolución de los gases combustibles primarios y secundarios con gases de combustión y exceso de aire y el mezclado de la mezcla de gas combustible-gases de combustión, el quemador presentó un alto índice de reducción y produjo emisiones con muy bajo contenido de NOx. Finalmente,, el aparato 10 es de dimensiones compactas (mucho más pequeño que otros) y puede instalarse fácilmente en hornos existentes. Ej emplo 2 - - Para poder ver el patrón de llama producido por el aparato 10 durante el funcionamiento -tal como se lo describe en el ejemplo 1 más arriba, se _ utilizó un programa de simulación. El software fue proporcionado por Fluent Inc. de Líbano, Nueva Hampshire. Se reconstruyó el diseño del quemador en un programa de simulación en tres dimensiones incluidas todas las características como por ejemplo facetas .de -las tejas, ..perforadores de puerta del gas combustible, cinta de la teja sujeta llama y configuración completa de aire del pleno. Luego se preparó un modelo en tres dimensiones del horno en el que se probó el aparato, y se montó el modelo del quemador en un -modelo de honro exactamente igual al utilizado en el Ejemplo 1, con la salvedad de 'que el aire ingresaba a la cubierta desde el lateral, y no desde el fondo. Los espacios de circulación en el modelo se dividieron en pequeños volúmenes utilizando el método del volumen finito y se aplicaron condiciones de límites, por ejemplo, presión del combustible, índices de circulación, etc. en los ingresos del modelo. Luego el software calculó y predijo los patrones de circulación así como también las reacciones de combustión y el patrón de llama resultante al calcular interactivamente los parámetros de combustión y circulación en cada uno de esos pequeños volúmenes . Se repitieron los cálculos hasta que se redujo el error preestablecido - al nivel deseado y luego se introdujeron los datos en un software de gráficos que arrojó un perfil de las temperaturas estáticas en planos cortados a través de la llama a elevaciones de interés . Una de esas elevaciones de presenta en la figura 5. Como se observa en la figura 5, el patrón de llama incluye ocho llamas plegadas 60 que corresponden a las 8 secciones 36 y 38 de la teja del quemador con interrupciones 62 entre los pliegues. La llama central 64 es producida por la combustión del combustible que se descarga desde la tobera 44. Como se mencionó anteriormente, las llamas 60 permiten que el gas combustible se mezcle rápidamente con los gases de combustión previo a la combustión con el aire y por ello reducen la temperatura de la llama y la producción de NOx. Asimismo, la mayor superficie de las llamas plegadas 60 y las interrupciones 62 que se producen entre los pliegues permiten que los gases de combustión penetren en las llamas y se mezclen aún más. En consecuencia, el contenido de NOx -en los gases de combustión liberados a la atmósfera es muy reducido . : Así, la presente invención se adapta muy bien para llevara la práctica los objetivos y lograr las ventajas mencionadas, Si bien se pueden efectuar numerosos cambios, dichos cambios están contemplados en la esencia de -la invención tal como se define en las reivindicaciones que siguen.

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 quemador compacto de gas caracterizado porque posee una llama de corta longitud y un Indice de reducción elevado para descargar una mezcla de gas combustible y aire en un horno donde la mezcla se está combustionando y de forman gases con un bajo contenido de NOx que consta de: - una cubierta con un extremo abierto unida a dicho horno; - medios para introducir una circulación controlada de aire en dicha cubierta, - una teja unida al extremo abierto de dicha cubierta que posee una abertura para permitir la circulación de aire y que posee una pared rodeando dicha abertura que se extiende hacia el horno, los laterales externos de dicha pared e dividen en secciones mediante numerosos tabiques que se ubican en forma radial con secciones alternadas con diferentes alturas e inclinaciones hacia dicha abertura, y una o más de las secciones alternadas posee un conducto para el gas - combustible primario para la circulación de gas - combustible primario desde el exterior de dicha sección hacia dicha pared; y - numerosas toberas conectadas a dicha fuente de gas combustible y ubicadas fuera de dicha pared del quemador para descargar gas combustible secundario adyacente a las secciones externas inclinadas, ' siendo que una o más de dichas toberas también descargar gas combustible primario mezclado con gases de combustión en dichos conductos por los que circula el gas combustible primario donde dicho gas secundario se mezcla con los gases de combustión en dicho honro, la mezcla del gas combustible secundario se mezcla con el aire no quemado, el gas combustible primario y los gases de combustión circulan por dicha abertura del quemador, y la mezcla resultante se co bustiona en dicho horno. 2. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los tabiques ubicados radialmente unidos a la pared de dicho quemador se extienden en direcciones paralelas al eje de dicha pared donde el gas combustible secundario y los gases de combustión se dividen en diversas corrientes separadas que se mezclan con dicho gas combustible primario y el aire no combustionado que fluye por dicha abertura y la pared.
3. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera ' de · dichas-, secciones alternadas posee una altura baja e inclinación hacia dicha abertura en el quemador a un ángulo marcado, la segunda de dichas secciones posee igual o mayor altura e inclinación hacia la abertura a un ángulo igual o menor y secciones alternadas sucesivas poseen alturas y ángulos que son iguales a los de las primera y segunda secciones .
4. El aparato quemador ' de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la primera sección alternada posee alturas que oscilan entre 0 y 40.64 cm e inclinaciones de 0 a 90 grados, y la segunda sección alternada posee alturas iguales o diferentes como la primera de dichas secciones alternadas que oscilan entre 15.24 y 25.40 cm e inclinaciones hacia dicha abertura con ángulos iguales o diferentes de entre 0 y 60 grados.
5. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la primera sección alternada posee alturas que oscilan entre 12.70 y 25.40 cm e inclinaciones de 10 a 30 grados, y la segunda sección alternada posee alturas iguales o diferentes como la primera de dichas secciones alternadas que oscilan entre 15.24 y 30.48 cm e inclinaciones hacia dicha abertura con ángulos iguales o diferentes de entre 5 y 15 grados .
6. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la primera sección alternada posee alturas de 17.78 cm e inclinaciones de 20 grados, y la segunda sección alternada posee alturas de 9 e inclinaciones hacia dicha abertura de entre 10 grados.
7. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los pasajes/conductos se ubican en dichas secciones inclinadas que poseen escasa altura y se inclina hacia la abertura con ángulos marcados, dichos conductos se ubican donde se descarga el gas combustible primario desde las toberas de gas combustible con gases e combustión y flujos que circulan por dichos conductos hacia el interior de dicha pared donde la mezcla se mezcla con aire.
8. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la teja, la abertura en la misma y el interior de dicha pared son sustancialmente circulares, rectangulares, cuadradas, triangulares, poliglonales o poseen otra forma.
9. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el extremo abierto de dicha cubierta es circular, rectangular, cuadrado, triangular, poliglonal o posee otra forma.
10. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 1., caracterizado porque opcionalmente consta de una tobera de gas combustible primario conectada a una fuente de gas combustible ubicada dentro e dicha abertura de la pared del -.quemador para mezclar gas combustible primario adicional con el aire "que fluye por la pared y descarga la mezcla en el horno.
11. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque opcionalmente consta de un tubo venturi ubicado alrededor y por sobre la tobera de gas combustible adicional .
12. .. El aparato quemador de conformidad con la re vindicacion 10, caracterizado porque opcionalmente consta de una superficie estabilizadora de llama dentro de dicha abertura de dicha pared.
13. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 2 , caracterizado porque las corrientes separadas de gas combustible secundario y los gases combustibles se mezclan con dicho aire no combustionado y los gases primarios se combustionan en dicho horno en un patrón de llama plegada que produce gases con bajo contenido de NO .
14. Un quemador compacto de gas, caracterizado porque posee un patrón de llama plegada, una longitud corta de llama y un alto índice de reducción para descargar una mezcla de gas combustible y aire en un horno donde la mezcla se combustiona y~ se forman gases de combustión con bajo contenido de NOx que consta de : - una cubierta que posee un extremo abierto unido al espacio del horno; - un registro de aire par introducir .un índice de flujo controlado de aire en dicha cubierta; - una teja unida al extremo abierto de dicha cubierta que posee una abertura para permitir el paso del aire , y que posee una pared que rodea dicha abertura, la cual se extiende hacia el espacio del horno, las caras externas de dicha pared están divididas .e secciones mediante numerosos tabiques ubicados en forma radial unidos a secciones alternadas que poseen alturas iguales o diferentes y se inclinan hacia la abertura con ángulos iguales o diferentes, una primera de dichas secciones alternadas posee una - altura limitada y una inclinación marcada hacia dicha abertura, la segunda de las secciones posee igual o diferente altura y una inclinación hacia la abertura- a un ángulo igual o menor y secciones alternadas sucesivas con alturas y ángulos que son iguales que las de las primera y segunda secciones, una de cada dos secciones inclinadas también posee conductos para la circulación de gas combustible primario y gases de combustión hacia el interior de dicha pared; y - numerosas toberas conectadas a dicha fuente de gas combustible y ubicadas fuera de dicha pared del quemador para descargar gas combustible secundario adyacente - a las secciones , externas inclinadas donde dicho gas combustible secundario se mezcla con los gases de combustión en dicho horno y la mezcla resultante se mezcla con aire no quemado, gas combustible primario y gases de combustión que fluyen por dicha abertura y pared en dicha teja del quemador y se combustiona en dicho horno, y una parte de las toberas de gas combustible que descarga gas combustible primario mezclado don gases de combustión en uno de cada dos pasajes en dichas secciones inclinadas hacia el interior del quemador donde dicho gas primario y gases de combustión se mezclan con aire .
15. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque los tabiques ubicados radialmente se extienden en direcciones paralelas al eje de dicha teja del quemador donde se dividen el gas combustible secundario y los gases de combustión en separadas corrientes que se mezclan con dicho gas combustible primario y aire no combustionado que fluye por dicha abertura en el quemador.
16. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la primera sección alternada posee alturas que oscilan entre 0 y 40.64 cm e inclinaciones ... de 0 a 90 grados, y la segunda -sección alternada posee alturas iguales o diferentes como la primera de dichas secciones alternadas que oscilan entre 5.08 y 40.64 cm e inclinaciones hacia dicha abertura con ángulos iguales o diferentes de entre 0 y 60 grados.
17. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la primera sección alternada posee alturas que oscilan entre 12.70 y 25.40 cm e inclinaciones de - 10 a 30 grados, y la segunda sección alternada- posee alturas iguales, o diferentes como la primera de dichas secciones alternadas que oscilan entre 15.24 y 30.48 cm e inclinaciones hacia dicha abertura con ángulos iguales o diferentes de entre 5 y 15 grados.
18. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la primera sección alternada posee alturas de 17.78 cm e inclinaciones de 20 grados, y la segunda sección alternada posee alturas de 9 e inclinaciones hacia dicha abertura de entre 10 grados.
19. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14,. caracterizado porque la teja, la abertura en la misma y el interior de dicha pared son sustancialmente circulares, rectangulares, cuadradas, triangulares, poliglonales o poseen otra forma.
20. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el extremo abierto de dicha cubierta es circular, rectangular, cuadrado, triangular, poliglonal o posee otra forma.
21. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque opcionalmente consta de al menos una tobera de gas combustible primario conectada a una fuente de gas combustible ubicada dentro de dicha abertura de la pared del quemador para mezclar gas combustible primario adicional con el aire que fluye por la pared y descargar la mezcla en el horno.
22. El aparato quemador de la reivindicación 14, caracterizado porque opcionalmente consta de un tubo venturi ubicado alrededor y por sobre la tobera de gas combustible adicional . ..
23. El aparato quemador de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque opcionalmente consta de una superficie estabilizadora de llama dentro de dicha abertura de dicha pared.
24. Un método para descargar una mezcla de gas combustible en un horno, caracterizado porque la mezcla se combustiona en un patrón de llama plegada, y se forman gases de combustión con bajo contenido de NOx, que consta de los siguientes pasos: a) descargar el aire en una zona de mezclado dentro y adyacente a la pared que se extiende hacia el horno y posee caras exteriores divididas en secciones alternadas mediante numerosos tabiques ubicados en -forma radial, dichas secciones alternadas poseen igual o diferente altura y ángulos de inclinación iguales o diferentes hacia la abertura, y uno o más pasajes que se forman para conducir el _ gas combustible primario 52 y la mezcla de gases combustibles desde el exterior de la sección hacia la pared; descargar la porción primaria del gas combustible desde el exterior de la pared y adyacente a una o más secciones que poseen conductos de modo tal que dicha porción primaria se mezcla con los gases de combustión en el horno y la mezcla primaria de gases de combustión y gas combustible fluye en la zona de mezclado dentro de la pared a través de dichos conductos para formar una mezcla primaria de gas combustible-gas de combustión-aire que fluye hacia el horno ; descargar una porción secundaria del gas combustible desde una o más locaciones fuera de la pared y adyacente a una o más de las secciones de modo que la porción secundaria de gas combustible se mezcla con los gases de combustión en el horno, y la mezcla secundaria de gas combustible-gases de combustión es descargada en la mezcla primaria de fases de combustión, gas combustible-aire en una o más corrientes que se forman por la presencia de los tabiques ubicados en forma radial que ingresan y se mezclan con la mezcla primaria que se combustiona con llamas de patrón plegado.
25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la mezcla de gas combustible, gases de combustión y aire se descarga el horno de acuerdo con el aso b) y contiene de 0 a 100% de exceso de aire.
26. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la porción primaria de gas combustible utilizada para formar la mezcla primaria de gas combustible-aire de acuerdo con el paso b) oscila entre 2 y 40% por volumen del gas combustible total descargado en dicho horno.
27. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la porción secundaria de gas combustible utilizada para formar la mezcla secundaria de gas combustible-aire de acuerdo con el paso c) oscila entre 60 y 98% por volumen del gas combustible total descargado en dicho horno .
28. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la pared se forma con material refractario y es parte de la teja refractaria con una abertura en dicha pared.
29. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la primera de dichas secciones alternas posee una altura baja y se inclina hacia la abertura con un ángulo pequeño; la segunda de dichas secciones alternadas posee una mayor altura e inclinación hacia dicha altura, y las secciones sucesivas poseen alturas y ángulos que son iguales a las de la primera y segunda sección.
30. Un método para descargar una mezcla de gas combustible y aire en un horno, caracterizado porque la mezcla se combustiona en un patrón de llama plegada y se forman gases de combustión con bajo contenido de NOx que consta de los siguientes pasos : a) descargar una columna dé dicho aire en dicho horno; b) descargar una primera porción de dicho gas combustible mezclado con gases de combustión de dicho horno en dicha columna de aire; d) descargar una segunda porción de dicho gas combustible mezclado con gases de combustión del horno en dicha columna de aire que contiene dicha primera porción de gas combustible mezclada con gases de combustión en numerosas corrientes de locaciones espaciadas alrededor de dicha columna , dichas corrientes separadas ingresan a la columna en forma radial y se combustionan allí junto con la primera porción de dicho gas combustible en llamas plegadas separadas rodeadas y mezcladas con los gases de combustión y aire .
31. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque las corrientes separadas el paso c) ingresan a la columna en forma radial en un ángulo ascendente y hacia adentro.
32. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque opcionalmente además consta del paso de descargar una parte de dicha porción de gas combustible en dicha columna de aire previo al paso a) .
33. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la mezcla de gas combustible y aire se ' descarga en dicho horno y contiene entre 0 y 100% de exceso de aire .
34. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la primera porción de dicho gas combustible oscila entre 2 y 40% por volumen del gas combustible total que se descarga en dicha columna de aire.
35. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la segunda porción de dicho gas combustible oscila entre 60 y 98% por volumen del gas combustible total descargado en dicha columna de aire y gas combustible.
36. Un método para descargar una mezcla de aire y gas combustible en un horno, caracterizado porque la mezcla se combustiona en un patrón de llama plegada y se forman gases de combustión con bajo contenido de NOx, que consta de los siguientes pasos: a) descargar dicho aire en dicho horno; y b) descargar dicho gas combustible de dicho horno en dicho aire en dos o más corrientes separadas que ingresan al aire y se combustionan allí en una o más llamas plegadas rodeadas y mezcladas con los gases de combustión y aire.
37. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque las corrientes de aire separadas del paso b) ingresan a dicho aire en forma radial .
38. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque la mezcla de gas combustible y aire descargada en dicho horno consta de 0 a 100% de exceso de aire .
39. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque el gas combustible en dicha primera corriente oscila entre 2 y 40% por volumen de gas combustible total descargado en dicha columna de aire.
40. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el gas combustible en dicha segunda corriente oscila entre 60 y 98% por volumen de gas combustible total descargado en dicha columna de aire y gas combustible .