QUEMADOR DE RECUPERACION CON TUBOS DE INTERCAMBIO DE CALOR APLANADOS.

Quemador de recuperación (1) para el calentamiento de un volumen (2) con un recuperador (30) para el pre-calentamiento de aire de combustión mediante calor de gas residual de escape en contracorriente,

en donde el recuperador (30) contiene tubos de intercambio de calor (16) que presentan:

- Una sección transversal de rendija (34) aplanada en una sección (31) que sirve para el intercambio de calor y

- Una sección transversal de tobera (35) que difiere de la sección transversal de rendija (34) en su extremo (33) orientado hacia el volumen (2)

y con un equipo de alimentación de combustible (23) para la introducción de combustible dentro de volumen (2), caracterizado porque los tubos de intercambio de calor (16) en cada caso presentan dos extremos (32, 33) estrechados cuyas circunferencias son inferiores que la circunferencia de la sección (31) aplanada que sirve para el intercambio de calor

Quemador de recuperación con tubos de intercambio de calor aplanados.

La invención se refiere a un quemador de recuperación para el calentamiento de un volumen, tal como un espacio de horno o también de un espacio interior de una tobera.

Quemadores de recuperación sirven, por ejemplo, para el calentamiento directo o indirecto de hornos industriales. En el calentamiento directo la oxidación del combustible tiene lugar en el espacio del horno. En el caso del calentamiento indirecto, por ejemplo, mediante una tobera la combustión se realiza dentro de un tubo (tobera) que se adentra dentro del espacio del horno pero que está cerrado frente a este que se calienta de este modo y emite radiación térmi-ca.

Un ejemplo de un quemador de recuperación con o sin tobera se deduce del documento EP 0 685 683 B1. El recuperador se encuentra en la pared del horno y tiene una longitud típica de 400 mm y según la potencia de combustión tiene un diámetro de 100-300 mm. Consiste de segmentos con aletas de fundición de acero resistente al calor o también de cerámica. Para la reducción de la generación de óxido nítrico se produce una fuerte circulación del gas residual de escape en el volumen calentado lo que lleva a la denominada "oxidación sin llama". Este funcionamiento también se llama funcionamiento Flox® (Flox es una marca registrada de la WS-Wärmeprozesstechnik GmbH). Quemadores de este tipo de construcción según sea la configuración tienen una eficacia de 65 a 75%.

El mismo documento también revela un quemador de regeneración. Este presenta dos regeneradores colectores de calor que se calienta de forma alternada con gas residual de escape o pasan su calor almacenado al aire de combustión alimentado. Quemadores de regeneración de este tipo alcanzan un eficacia de hasta el 90%, no obstante, llevan un esfuerzo elevado de instalación y de control debido el funcionamiento alternado necesario de los dos regeneradores y, por lo tanto, debido a la inversión continua.

Por el documento EP-A-0 324 043 se conoce un quemador de recuperación cuyo recuperador presenta un recuperador de una pieza, provisto de canales. Los canales atraviesan el cuerpo del recuperador. Algunos canales son atravesados por el gas residual de escape y otros por aire fresco. Los canales que llevan aire fresco están cerrados en el extremo orientado hacia el horno y están conectados en un espacio central a través de rendijas perpendiculares de forma triangular.

El documento WO 02/085781 A1 revela un reformador de vapor compacto cuyo reactor se calienta mediante un quemador de recuperación. Este utiliza como cambiador de calor entre gases entrantes y salientes un tubo de pared fina provisto de bordes dentados.

Se conocen otros cambiadores de calor. Por ejemplo, por el documento del modelo de utilidad DE 89 03 155 U1 se conoce un cambiador de calor cuyos tubos de intercambio de calor presentan secciones transversales ovaladas dobladas.

Partiendo de esto es la tarea de la invención crear un quemador de recuperación con una eficacia mejorada.

Esta tarea se resuelve mediante el quemador de recuperación según la reivindicación 1:

El quemador de recuperación según la invención presenta un recuperador que contiene varios tubos de un material resistente al calor que se aplican para el pre-calentamiento del aire de combustión y eventualmente también del gas de combustión o una parte de este cuando se utilizan gases de baja de energía como, por ejemplo, gases de deponías. Los tubos de intercambio de calor del quemador de recuperación en una sección que sirve para el intercambio de calor presentan una sección transversal de rendija aplanada. En el caso de una corriente laminar establecida en la rendija incrementa el coeficiente a de intercambio de calor de forma indirectamente proporcional respecto a la longitud de la rendija s, de manera que con longitudes de rendija estrechas se consigue valores a muy elevados. Preferentemente por fuera están expuestos a los gases residuales de escape y por dentro fluye el aire de combustión. En su extremo orientado hacia el volumen a calentar presentan una sección transversal de tobera que difiere de la sección transversal de rendija. La sección transversal de tobera es, por ejemplo, una sección transversal de círculo. Esta posibilita la aceleración de la corriente de aire de combustión y la formación de un chorro de salida que entra con alta velocidad dentro del volumen a calentar y provoca la circulación de aire de gas residual de escape. Preferentemente, se dimensiona la sección transversal de tobera de tal manera que se alcancen velocidades de chorro, por ejemplo, de 100 m/s. Por ello se consigue un factor de circulación del gas residual de escape de por ejemplo 4 o 5, por lo que se evita en gran medida la formación de picos de temperatura y por lo tanto la generación térmica de NOx.

Según la invención la sección transversal de rendija el mayor que la sección transversal de tobera. De este modo en la zona de la rendija se consigue una velocidad de flujo menor que en la tobera. Los tubos de intercambio de calor están provistos de dos extremos estrechados cuya circunferencia está configurada menor que la circunferencia de la sección se intercambio de calor aplanada. Preferentemente se fabrica un tubo de este tipo mediante el estrechamiento en los dos extremos de un tubo cuya circunferencia corresponde aproximadamente a la circunferencia de la sección de intercambio de calor futura, es decir, se reduce su diámetro, con lo que su sección transversal de tubo se reduce, por ejemplo, en un proceso de malaxado. A continuación se aplana por presión la sección de intercambio de calor para la generación de la forma de rendija. En este caso preferentemente se mantiene una longitud de rendija de s < 3 mm y un ancho de rendija b > 4s.

En el lado frío los extremos de los tubos de intercambio de calor se pueden insertar de forma estanca dentro de la placa de conexión, por ejemplo, mediante soldeo. Los tubos de intercambio de calor de forma preferente están cogidos solo en un lado. En el lado caliente en caso necesario pueden estar fijados entre sí mediante medios de unión como una cinta o punto de soldadura o también pueden quedarse libres. En ambos casos se pueden girar libremente. Todos los tubos pueden presentar la misma forma y se pueden fabricar en serie.

El posible fijar una dirección de chorro tal como se desea mediante el doblaje correspondiente de los extremos calientes de los tubos de intercambio de calor. Por ejemplo, las toberas dispuestas en forma de corona pueden presentar extremos de tobera cuyos ejes se encuentran en la superficie convexa de un cono.

Los tubos de intercambio de calor mencionados posibilitan por un lado la consecución de un buen traspaso de calor del gas residual de escape al aire de combustión y por otro lado solamente generan una pequeña pérdida de presión. Esto se consigue especialmente cuando la sección transversal de la sección en forma de rendija aplanada sea mayor que la sección transversal de tobera. De este modo la velocidad de flujo dentro de la sección transversal de rendija es menor que en la tobera.

Además, los canales de gas residual de escape se pueden configurar entre los tubos con una longitud de rendija algo mayor para reducir la pérdida de presión también en el canal de gas residual de escape. El traspaso de calor eventualmente reducido por ello se puede compensar, por ejemplo, mediante superficies de calentamiento auxiliares en forma de inserciones de chapa ondulada. Estas pueden servir al mismo tiempo como espaciadores entre los tubos de intercambio de calor. Las inserciones de chapa ondulada y/o los tubos de intercambio de calor pueden servir de catalizadores si se recubren al menos en parte con un material catalíticamente activo para la limpieza de gas residual de escape.

Los tubos de rendija se disponen de forma preferente en forma de corona o de círculo. Pueden estar dispuestos en varios anillos concéntricos entre sí. Si se utilizan tubos de rendija idénticos se pueden producir huecos entre los anillos individuales que se pueden cerrar por las plaquitas.

El quemador de recuperación está configurado al menos para provocar una oxidación sin llama en un volumen calentado, generando una circulación del gas residual de escape ante el quemador de recuperación por el aire introducido en chorros, de manera que el combustible alimentado se oxida en una corriente de gas con un parte elevada de gas inerte. Esta forma de funcionamiento es apropiada para una espacio de horno calentado por encima de 800ºC.