QUEMADORES DE PREMEZCLA DE GAS SIN CONDENSACION.

Un método de disminución del punto de rocío del gas de escape de un quemador de premezcla,

comprendiendo dicho método los pasos de:

proporcionar un volumen de gas de chimenea Vp por combustión de una mixtura de gas combustible de premezcla, teniendo dicho gas de chimenea un punto de rocío Tdp;

introducir un volumen de aire secundario Vs en dicho alojamiento del quemador, en donde la parte principal de dicho aire secundario no interviene en la combustión de dicha mixtura de gas combustible de premezcla;

reunir dicho volumen de gas de chimenea Vp y dicho volumen de aire secundario para formar un volumen total de gas de escape Vtotal, teniendo dicho gas de escape un nuevo punto de rocío Tdtotal, que es menor que dicho punto de rocío Tdp de dicho gas de chimenea;

determinar el nivel de dicho nuevo punto de rocío Tdtotal por ajuste de la relación Rsp, siendo Rsp Vs dividido por Vp

Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W0204577EP.

Solicitante: BEKAERT COMBUSTION TECHNOLOGY B.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: J.C. VAN MARKENSTRAAT 19,9403 AR ASSEN.

Inventor/es: TEN HOEVE,DIRK, VAN WIJK,ARNOLD.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 7 de Octubre de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F23C7/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION.F23C PROCEDIMIENTOS O APARATOS DE COMBUSTION QUE UTILIZAN COMBUSTIBLES FLUIDOS O COMBUSTIBLES SOLIDOS SUSPENDIDOS EN AIRE (quemadores F23D). › F23C 7/00 Aparatos de combustión caracterizados por disposiciones para el suministro de aire (entradas para aire de fluidificación F23C 10/20; desviadores o protectores con pasajes de suministro de aire F23M 9/04). › Disposición de suministro de aire que no atraviesa los quemadores.
  • F23D14/60 F23 […] › F23D QUEMADORES.F23D 14/00 Quemadores para la combustión de un gas, p. ej. de un gas mantenido en estado líquido bajo presión. › Dispositivos para la regulación simultánea del gas y del aire de combustión.
  • F23L17/16 F23 […] › F23L SUMINISTRO DE AIRE O LIQUIDOS O GASES NO COMBUSTIBLES A APARATOS DE COMBUSTION EN GENERAL (altares con medios de suministro de aire o vapor F23M 3/04; desviadores o protectores con pasajes de suministro de aire F23M 9/04 ); VALVULAS O REGULADORES DE TIRO ESPECIALMENTE ADAPTADOS AL CONTROL DEL SUMINISTRO DE AIRE O EL TIRO EN APARATOS DE COMBUSTION; TIRO INDUCIDO EN APARATOS DE COMBUSTION; TAPAS PARA CHIMENEAS O RESPIRADEROS; TERMINALES PARA LOS CONDUCTORES DE HUMOS. › F23L 17/00 Tiro; Tapas para chimeneas o respiraderos; Terminales para conductores de humos. › Aparatos de inducción, p. ej. chorro de vapor actuando sobre los productos de combustión más allá del fuego.
  • F24H9/00A3

Clasificación PCT:

  • F23D14/14 F23D 14/00 […] › utilizando pantallas o placas perforadas.
  • F23D14/60 F23D 14/00 […] › Dispositivos para la regulación simultánea del gas y del aire de combustión.

Clasificación antigua:

  • F23D14/14 F23D 14/00 […] › utilizando pantallas o placas perforadas.
  • F23D14/60 F23D 14/00 […] › Dispositivos para la regulación simultánea del gas y del aire de combustión.

Fragmento de la descripción:

Quemadores de premezcla de gas sin condensación.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a quemadores de premezcla de gas sin condensación y métodos para operar quemadores de premezcla de gas sin condensación.

Antecedentes de la invención

Los quemadores de premezcla de gas son bien conocidos en la técnica. Una ventaja de los quemadores con premezcla es que se mide un contenido bajo de NOx y CO en los gases de escape y puede obtenerse una eficiencia relativamente alta. Lo último especialmente cuando el quemador de premezcla se enciende utilizando una carga de encendido inferior. De acuerdo con el estándar europeo EN297, deben alcanzarse eficiencias bien definidas para los sistemas quemadores de gas que tengan una carga de encendido máxima especificada Pn (expresada en kW).

La mezcla de gas combustible premezclada puede proporcionarse a la membrana del quemador en el quemador de premezcla de muchas maneras diferentes. Se han realizado muchas mejoras en la operación de tales quemadores de premezcla, v.g. para reducir la "vibración" del frente de llama por división de la corriente de aire en dos partes, que se conducen separadamente al frente de llama como se explica en US 4752213.

Una ventaja de los quemadores de premezcla es que, cuando la carga de encendido (o tasa de encendido) es menor, los gases de escape se enfrían aún más, con lo que la eficiencia aumenta, cuando tales quemadores de premezcla se "modulan" hacia tasas de encendido más bajas.

Sin embargo, en este caso se tropieza también con una desventaja. Dado que los gases de escape se enfrían a una temperatura inferior cuando se encienden a tasas de encendido más bajas, los gases de escape pueden condensarse. Dicha condensación ocurre dependiendo de la tasa de encendido y la temperatura de la unidad de intercambio de calor. Usualmente, la condensación puede producirse a tasas de encendido inferiores a 40%. Puede producirse también condensación en el sistema de escape. Para evitar esta condensación, EP 0614045, así como EP 0866270, exponían que el punto de rocío del gas de chimenea puede reducirse por suministro de aire frío a la chimenea de la caldera o a la zona de combustión, respectivamente.

US 4087962 describe una cámara de combustión en la cual se alcanzan emisiones bajas de NOx por enfriamiento de la llama mediante mezcla con aire secundario, que rebaja también inevitablemente el punto de rocío de los gases de chimenea.

Sumario de la invención

La presente invención tiene por objeto proporcionar un método para la operación de quemadores de premezcla de gas sin condensación, quemando gas combustible de premezcla a tasas de encendido inferiores, reduciendo al mismo tiempo el punto de rocío del gas de escape del quemador de premezcla de gas y obteniendo una eficiencia requerida para esta tasa de encendido, de acuerdo con EN297, que es mayor que 84+2*log(Pn) para Pn de plena carga o "tasa de encendido máxima" y preferiblemente mayor que 84+3*log(Pn) a carga parcial, que es 30% de Pn de acuerdo con EN297. Es adicionalmente un objeto de la presente invención proporcionar un quemador de premezcla de gas, que está adaptado para operar utilizando dicho método de reducción del punto de rocío del gas de escape.

De acuerdo con la presente invención, un método para la operación de quemadores de premezcla de gas sin condensación comprende el paso de aspirar un volumen total de gas de escape Vtotal a través del alojamiento del quemador de premezcla de gas sin condensación. Típicamente para los quemadores de premezcla de gas como el objeto de la invención, debe proporcionarse una aspiración forzada. Usualmente, pero no con carácter necesario, la aplicación de un dispositivo de aspiración tal como una soplante o un ventilador en la chimenea o sistema de evacuación del escape del quemador proporciona esta aspiración forzada. Alternativamente, el aire, tanto para la mixtura de premezcla como para el aire secundario, se inyecta en el alojamiento del quemador por un dispositivo de suministro de aire en lugar de un dispositivo de aspiración. El aire se suministra entonces mediante v.g. una soplante o un ventilador.

El método comprende adicionalmente el paso de quemar una cantidad de gas combustible de premezcla. La cantidad está determinada por la energía térmica, que debe ser suministrada por el quemador de premezcla de gas sin condensación en dicho momento. Esta operación de combustión proporciona una cantidad de gas de chimenea Vp, que se proporciona en el alojamiento del quemador y que se enfriará en el dispositivo de intercambio de calor instalado dentro de este alojamiento del quemador, entre la membrana del quemador, donde tiene lugar la combustión, y el sistema de evacuación del escape. De acuerdo con el tipo y las dimensiones del dispositivo de intercambio de calor, la superficie y la capacidad de combustión de la membrana del quemador y el dispositivo de aspiración, el volumen Vp puede variar entre un volumen máximo Vpmax y un volumen mínimo Vpmin. Cuando se proporciona el Vp máximo, la combustión se ejecuta a una tasa de encendido FR de 100%, o, dicho de otro modo, a la tasa de encendido máxima FRmax o a plena carga Pn. Cuando se proporciona menos Vp, la tasa de encendido se define como FR = Vp/Vpmax*100.

La relación aire/gas del gas combustible de premezcla se ajusta a un valor fijo. Usualmente, se ajusta un exceso de aire en el intervalo de 10% a 40%, más habitualmente 30% de exceso de aire, con independencia del volumen del gas combustible de premezcla que se queme. Dicha relación fija de aire/gas del gas combustible de premezcla aplicada proporciona un gas combustible que tiene un punto de rocío Tdp ajustado a una presión de operación en el alojamiento del quemador.

Usualmente, la tasa de encendido mínima FRmin = Vpmin/Vpmax no es igual a 0%. Esta tasa de encendido mínima se define como la FR mínima para tener un proceso de combustión estable. FR menor que FRmin no garantiza una combustión ininterrumpida o estable.

Cuando un quemador de premezcla se opera como se conoce en la técnica, existe sin embargo otro límite inferior para la tasa de encendido que está definido por la eficiencia para la tasa de encendido máxima (Ymax) y la temperatura mínima que puede existir en la unidad de intercambio de calor (Tmin). La unidad de intercambio de calor de un quemador de premezcla está dimensionada de tal manera que para FR = 100%, es decir para una carga de encendido máxima de Pn, se obtiene una eficiencia especificada. Usualmente esta eficiencia se ajusta de acuerdo con EN297, siendo al menos 84+2*log(Pn). Para un quemador de premezcla que opera como se conoce en la técnica, y para cierta tasa de encendido inferior FR1, el volumen de gas de chimenea Vp1 se enfriaría hasta su punto de rocío Tdp, debido a esta temperatura mínima (Tmin) posible del cambiador de calor. La eficiencia obtenida aumenta entonces hasta 100%. FR1 es mayor que FRmin, y usualmente mayor que 40%. Esto significa que para los quemadores de premezcla conocidos actualmente, la tasa de encendido debe ser al menos FRmin, por tanto usualmente mayor que 40% de la tasa de encendido máxima FRmax. La modulación a tasas de encendido usualmente menores que 40% de la tasa de encendido máxima, no se recomienda debido al riesgo de condensación del gas de chimenea.

La mixtura combustible de premezcla utilizada se ajusta a Tdp. Una mezcla combustible que no comprende exceso alguno de aire tiene un punto de rocío de 58ºC. Un exceso de aire de 30% causa un punto de rocío de 53ºC, mientras que un exceso de aire de 100% causa un punto de rocío de 48ºC.

De acuerdo con la presente invención, se introduce cierto volumen de aire secundario Vs en el alojamiento del quemador. Esto se hace de tal maneara que la parte principal del aire secundario no interviene en el proceso de combustión. Vs y Vp se reúnen para formar el volumen total de gas de escape Vtotal, teniendo dicho gas de escape un nuevo punto de rocío Tdtotal. La introducción de aire secundario relativamente frío hace que el punto de rocío de Vtotal sea menor que Tdp. El método comprende adicionalmente el paso de determinar el nivel del nuevo punto de rocío Tdtotal por ajuste de la relación Rsp, siendo Rsp Vs dividido por Vp.

La magnitud de Vs se ajusta de tal manera que, para todas las tasas de encendido aplicables, se evita la condensación del gas de escape en la superficie de la unidad de intercambio de calor, aun cuando esta unidad de intercambio de calor se encuentra a su temperatura mínima aplicable. Dado que Vs no toma parte en la reacción de combustión, no se observó cambio...

 


Reivindicaciones:

1. Un método de disminución del punto de rocío del gas de escape de un quemador de premezcla, comprendiendo dicho método los pasos de:

    • proporcionar un volumen de gas de chimenea Vp por combustión de una mixtura de gas combustible de premezcla, teniendo dicho gas de chimenea un punto de rocío Tdp;
    • introducir un volumen de aire secundario Vs en dicho alojamiento del quemador, en donde la parte principal de dicho aire secundario no interviene en la combustión de dicha mixtura de gas combustible de premezcla;
    • reunir dicho volumen de gas de chimenea Vp y dicho volumen de aire secundario para formar un volumen total de gas de escape Vtotal, teniendo dicho gas de escape un nuevo punto de rocío Tdtotal, que es menor que dicho punto de rocío Tdp de dicho gas de chimenea;
    • determinar el nivel de dicho nuevo punto de rocío Tdtotal por ajuste de la relación Rsp, siendo Rsp Vs dividido por Vp.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente el paso de enfriar dicho gas de escape pasando por la unidad de intercambio de calor.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho enfriamiento se realiza con una eficiencia mayor que 84+2*log(Pn), siendo dicha Pn la carga total de dicho quemador de premezcla de gas.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, en el que dicho enfriamiento se realiza con una eficiencia mayor que 84+3*log(Pn), cuando dicho quemador de premezcla se enciende a una carga de encendido del 30% de Pn.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 2 a 4, en el que dicho gas de escape se enfría hasta una temperatura T menor que Tdp, siendo T mayor que Tdtotal.

6. Un quemador de premezcla para aplicación de un método de operación conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo dicho quemador un alojamiento del quemador (101), una membrana del quemador (105), una entrada de gas combustible de premezcla (106) y una unidad de mezcladura del gas combustible de premezcla (107), proporcionando dicha unidad de mezcladura del gas combustible de premezcla (107) gas combustible de premezcla a dicha membrana del quemador (105) por la vía de dicha entrada del gas combustible de premezcla (106), comprendiendo dicho alojamiento del quemador (101) aberturas (109) para introducir un volumen de aire secundario Vs, caracterizado porque dicho quemador comprende una válvula de premezcla (110), estando instalada dicha válvula de premezcla (110) entre la unidad de mezcladura del gas combustible de mezcla (107) y la entrada del gas combustible de premezcla (106), controlando dicha válvula de premezcla (110) la relación Rsp, siendo Rsp Vs dividido por Vp.

7. Un quemador de premezcla de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha válvula de premezcla (110) se cierra por la fuerza de la gravedad.

8. Un quemador de premezcla de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha válvula de premezcla (110) se controla por un sistema de resorte.

9. Un quemador de premezcla de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha válvula de premezcla (110) se controla por un motor de velocidad gradual.

10. Un quemador de premezcla de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 9, comprendiendo dicho quemador una unidad de intercambio de calor (104).

11. Un quemador de premezcla de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 10, comprendiendo dicho quemador un dispositivo de aspiración (103).

12. Un quemador de premezcla de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 10, en el que dicho quemador comprende un dispositivo de suministro de aire (115).


 

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