QUEMADOR DE GAS CON DISPOSICION DE TOBERA OPTIMIZADA.

Quemador de gas para la combustión de gases combustibles o mezclas de gases combustibles junto con oxígeno o mezclas de gases que contienen oxígeno,

que comprende al menos una tobera de gas primario (6) y al menos dos toberas de gas secundario (5), que están conectadas con un conducto de alimentación central (3) común, en el que las toberas de gas secundario están dispuestas esencialmente radiales y simétricas alrededor de la tobera de gas primario y, además, aguas arriba de la corriente hacia la tobera de gas primario está dispuesto al menos un elemento para la conducción de la circulación (9), y la tobera de gas primario presenta una pluralidad de orificios (7, 8) dispuestos radialmente, en el que un número parcial (7) de los orificios están configurados como orificios horizontales, cuyos ejes conducen perpendicularmente al eje de rotación de la tobera de gas primario a través de la pared de la tobera de gas primario y el otro número parcial (8) de los orificios están configurados como orificios no horizontales, cuyos ejes están inclinados en la dirección de la dirección de la circulación principal prevista hacia el eje de rotación de la tobera de gas primario, en el que el eje de cada orificio no horizontal está dirigido sobre un punto de una línea media (10), respectivamente, entre dos toberas de gas secundario, y la línea media está definida como línea imaginaria, que se extiende paralelamente al eje de rotación de la tobera de gas primario y se entiende en el centro entre dos toberas de gas secundario adyacentes

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/000483.

Solicitante: UHDE GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: FRIEDRICH-UHDE-STRASSE 15,44141 DORTMUND.

Inventor/es: JOHANNING, JOACHIM, WODBERG,SILKE, GORVAL,EVGENI.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 21 de Abril de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F23C6/04B1
  • F23D14/64 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION.F23D QUEMADORES.F23D 14/00 Quemadores para la combustión de un gas, p. ej. de un gas mantenido en estado líquido bajo presión. › con inyectores.
  • F23D14/70 F23D 14/00 […] › Deflectores o dispositivos análogos para crear turbulencias.

Clasificación PCT:

  • F23C6/04 F23 […] › F23C PROCEDIMIENTOS O APARATOS DE COMBUSTION QUE UTILIZAN COMBUSTIBLES FLUIDOS O COMBUSTIBLES SOLIDOS SUSPENDIDOS EN AIRE (quemadores F23D). › F23C 6/00 Aparatos de combustión caracterizados por la combinación de dos o más cámaras de combustión. › conectadas en serie.
  • F23D14/64 F23D 14/00 […] › con inyectores.
  • F23D14/70 F23D 14/00 […] › Deflectores o dispositivos análogos para crear turbulencias.

Fragmento de la descripción:

Quemador de gas con disposición de tobera optimizada.

La invención se refiere a un quemador de gas para la combustión de gases combustibles con oxígeno, que comprende una tobera de gas primario y toberas de gas secundario, que están conectadas con un conducto de alimentación central común. En este caso, los orificios no horizontales dirigidos inclinados hacia debajo de la tobera de gas primario están dirigidos de tal forma que el chorro de gas de esta tobera está dirigido sobre un punto de una línea media entre dos toberas de gas secundario, respectivamente, y la línea media está definida como línea imaginaria, que se extiende paralelamente al eje de rotación de la tobera de gas primario y se extiende en el centro entre dos toberas adyacentes de gas secundario.

Durante la combustión de gases combustibles o de mezclas de gases combustibles se conoce en el estado de la técnica emplear quemadores d Egas escalonados. En este caso, el gas combustible es descargado a través de las toberas de gas primario en una primera etapa de combustión en la caja de combustión o cámara de horno, es mezclado con oxígeno o con un gas que contiene oxígeno y es quemado. Para quemar posteriormente los componentes del gas, que solamente han sido quemados en una medida incompleta en la primera fase de la combustión, aguas debajo de la circulación de las toberas de gas primario están dispuestas toberas de gas secundario, que inyectan una porción adicional de gas combustible a la caja de combustión o cámara de horno y oxidan o bien queman completamente las porciones oxidables en la mezcla de gas que circula por delante de ellas. Un quemador de gas de este tipo se conoce, por ejemplo, a partir del documento US 5 551 869 A.

Tales quemadores de gas se emplean, por ejemplo, en la industria en hornos de gas de síntesis de combustión alta, para la producción de H2 y CO. En estos hornos de gas de síntesis se conducen una pluralidad de tubos de reacción rellenos con catalizador a través de la cámara del horno quemada desde arriba. Los tubos de reacción dispuestos en hileras son calentados a través de una pluralidad de quemadores de gas escalonados, que se incorporan a la combustión en el espacio intermedio de las hileras. En los tubos de reacción rellenos con catalizador circula el gas de alimentación, en general un hidrocarburo inferior, como metano, propano, butano o una mezcla de estos hidrocarburos. En este caso, es totalmente decisivo que los tubos de reacción sean calentados de manera uniforme. En zonas de los tubos de reacción relleno con catalizador, que no son calentadas a la temperatura de reacción necesaria, no tiene lugar ninguna reacción o solamente una reacción reducida, con lo que se reduce el rendimiento total del procedimiento de síntesis. Si se producen sobrecalentamientos locales, existe el peligro de que se dañe el material.

Como anteriormente, en tubos de reacción del mismo tipo de construcción de un tubo de gas de síntesis se pueden observar diferentes rendimientos, aunque en la zona de la tobera de gas primario y de la tobera de gas secundario existen números de Reynold muy altos y, por lo tanto, se asegura un estado muy turbulento de la circulación.

El problema de la invención es, por lo tato, poner a disposición un procedimiento mejorado y un quemador de gas, en el que los tubos de reacción son cargados térmicamente de la manera más uniforme posible.

La invención soluciona este problema de acuerdo con la reivindicación principal y las reivindicaciones dependientes, que reivindican formas de realización mejoradas, publicando un quemador de gas para la combustión de gases combustibles o mezclas de gases combustibles junto con oxígeno o mezclas de gases que contienen oxígeno, que comprende al menos una tobera de gas primario y al menos dos toberas de gas secundario, que están conectadas con un conducto de alimentación central común. Las toberas de gas secundario están dispuestas en este caso esencialmente radiales y simétricas alrededor de la tobera de gas primario. Aguas arriba de la circulación de la tobera de gas primario está dispuesto al menos un elemento para la conducción de la circulación. La tobera de gas primario presenta una pluralidad de orificios dispuestos radialmente, de manera que un número parcial de los orificios están configurados como orificios horizontales, cuyos ejes conduce perpendicularmente al eje de rotación de la tobera de gas primario a través de la pared de la tobera de gas primario y el otro número parcial de los orificios están configurados como orificios no horizontales, cuyos ejes están inclinados en la dirección de la circulación principal prevista hacia el eje de rotación de la tobera de gas primario.

En este caso, por "eje de un orificio" debe entenderse siempre la perpendicular sobre el área de la sección transversal libre de este orificio, independientemente de si se trata de un área de la sección transversal redonda o configurada de otra forma. En el caso de áreas redondas de la sección transversal debe entenderse, además, con respecto a la posición de este eje en el área de la sección transversal que este eje se extiende a través del punto medio y en el caso de áreas no redondas de la sección transversal, que el eje se extiende a través del punto medio geométrico de este área de la sección transversal.

En el quemador de gas de acuerdo con la invención es esencial que los ejes de cada uno de los orificios no horizontales están dirigidos sobre un punto de una línea media entre dos toberas de gas secundario, respectivamente, y la línea media está definida como línea imaginaria, que se extiende paralela al eje de rotación de la tobera de gas primario y se extiende en el centro entre dos toberas de gas secundario adyacentes. En este caso, de forma ideal, el número de los orificios no horizontales es idéntico al número de las toberas de gas secundario. Una forma de realización mejorada consiste en que las toberas de gas secundario están dispuestas aguas debajo de la circulación hacia la tobera de gas primario.

El quemador de gas se puede optimizar, porque la tobera de gas primario presenta uno o varios orificios verticales, de manera que en el estado montado el gas combustible puede salir en la dirección del eje de rotación.

La cabeza del quemador de gas o bien la tobera de gas primario es una pieza de desgaste, que debe ser sustituida regularmente. Por lo tanto, una variante optimizada consiste en que en el quemador de gas primario se prevé un cabezal de toberas desprendible, en el que están realizados los orificios no horizontales, y el cabezal de toberas está formado de tal manera o están previstos en este cabezal elementos constructivos tales que el eje de cada orificio no horizontal está dirigido sobre un punto de una línea media entre dos toberas de gas secundario. Para esta disposición instructiva de los orificios en la tobera de gas primario con respecto a la posición de la tobera de gas secundario, existen muchas posibilidades a la disposición del técnico. Aquí se podría fijar la tobera en el tubo central por medio de una brida y la posición de los taladros impide una posición falsa de los orificios. Además, el cabezal de quemadores de gas podría colocarse por medio de una unión atornillada sobre el tubo central y por medio de una bola alojada elásticamente, un contra pasador de clavijas o un contra tornillo se puede realizar la fijación de la posición final. De la misma manera son concebibles otras variantes constructivas.

El quemador de gas se puede mejorar adicionalmente, colocando un elemento, dispuesto aguas arriba de la circulación hacia la tobera de gas primario, para la conducción de la circulación, directamente en el cabezal de toberas o conectado con él.

Además, la invención comprende un horno reformador para la producción de gas de síntesis que contiene hidrógeno y monóxido de carbono, en el que el quemador de gas se emplea de acuerdo con una de las variantes de realización anteriores. De la misma manera, la invención comprende un procedimiento para la producción de gas de síntesis que contiene hidrógeno y monóxido de carbono, en el que se prevé un horno reformador con un quemador de gas de acuerdo con una de las variantes de realización mencionadas anteriormente.

Las figuras 1 y 2 muestran a modo de ejemplo el quemador de gas de acuerdo con la invención. En este caso, la invención no está limitada a la forma de realización mostrada. La figura 1 muestra de forma esquemática el quemador de gas de acuerdo con la invención y la disposición de tobera de gas primario y toberas de gas secundario en una...

 


Reivindicaciones:

1. Quemador de gas para la combustión de gases combustibles o mezclas de gases combustibles junto con oxígeno o mezclas de gases que contienen oxígeno, que comprende al menos una tobera de gas primario (6) y al menos dos toberas de gas secundario (5), que están conectadas con un conducto de alimentación central (3) común, en el que las toberas de gas secundario están dispuestas esencialmente radiales y simétricas alrededor de la tobera de gas primario y, además, aguas arriba de la corriente hacia la tobera de gas primario está dispuesto al menos un elemento para la conducción de la circulación (9), y la tobera de gas primario presenta una pluralidad de orificios (7, 8) dispuestos radialmente, en el que un número parcial (7) de los orificios están configurados como orificios horizontales, cuyos ejes conducen perpendicularmente al eje de rotación de la tobera de gas primario a través de la pared de la tobera de gas primario y el otro número parcial (8) de los orificios están configurados como orificios no horizontales, cuyos ejes están inclinados en la dirección de la dirección de la circulación principal prevista hacia el eje de rotación de la tobera de gas primario, en el que el eje de cada orificio no horizontal está dirigido sobre un punto de una línea media (10), respectivamente, entre dos toberas de gas secundario, y la línea media está definida como línea imaginaria, que se extiende paralelamente al eje de rotación de la tobera de gas primario y se entiende en el centro entre dos toberas de gas secundario adyacentes.

2. Quemador de gas de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el número de los orificios no horizontales es idéntico al número de las toberas de gas secundario.

3. Quemador de gas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la tobera de gas primario presenta uno o varios orificios verticales.

4. Quemador de gas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las toberas de gas secundario están dispuestas aguas abajo de la corriente hacia la tobera de gas primario.

5. Quemador de gas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la tobera de gas primario presenta un cabezal de toberas desprendible, en el que están realizados los orificios no horizontales y el cabezal de toberas está formado de tal manera o están previstos en este cabezal elementos constructivos tales que el eje de cada orificio no horizontal está dirigido sobre un punto de una línea media entre dos toberas de gas secundario.

6. Quemador de gas de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el cabezal de toberas se puede enroscar sobre el conducto de gas combustible.

7. Quemador de gas de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 ó 6, en el que a través de la pared del cabezal de toberas y el conducto de gas combustible a alimentar se extiende al menos un taladro, en el que se puede insertar un contra tornillo o un pasador de aletas.

8. Quemador de gas de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el cabezal de toberas es fijado por medio de unión con brida en el extremo del conducto de gas combustible.

9. Quemador de gas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el elemento dispuesto aguas arriba hacia la tobera de gas primario para la conducción de la circulación se apoya directamente en el cabezal de toberas o está conectado con éste.

10. Horno reformador para la producción de gas de síntesis que contiene hidrógeno o monóxido de carbono, en el que está previsto un quemador de gas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

11. Procedimiento para la producción de gas de síntesis que contiene hidrógeno o monóxido de carbono, en el que está previsto un horno reformador con quemador de gas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 1 a 8.


 

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