QUEMADOR PARA COMBUSTIÓN DE PREMEZCLA.

Quemador (1) para combustión de premezcla, que comprende un espacio hueco (8),

que cuenta con, al menos, una ranura de entrada de aire tangencial (11) para el suministro de un flujo de aire de combustión (12), elementos (2) para la inyección de, al menos, un combustible (4, 6) a través de una lanza (2) en el espacio hueco (8), y elementos para la inyección de, al menos, un combustible adicional (3), en donde esta última inyección se encuentra en unión activa con la ranura de entrada de aire (11), en donde los elementos para la inyección de este último combustible (3) en la ranura de entrada de aire (11) presentan, al menos, una alimentación de combustible (14), cuyas aberturas de salida de combustible (15) están dispuestas de modo tal que a ambos lados de la alimentación de combustible (14) el combustible (3) ingresa perpendicular o casi perpendicular al eje del quemador (10) en la flujo de aire de combustión (12), caracterizado porque la alimentación de combustible (14) está dispuesta antes de la ranura de entrada de aire (11), en relación a la dirección del flujo de aire de combustión (12)

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Ámbito de la invención

La presente invención comprende un quemador para la combustión de premezcla acorde a la reivindicación 1, y un procedimiento para el accionamiento de un quemador, acorde a la reivindicación 22. Estado actual de la técnica

Teniendo en cuenta las normativas cada vez más exigentes en el campo de la emisión de gases contaminantes, se hacen esfuerzos importantes para obtener quemadores cuya emisión de gases contaminantes, sobre todo, de óxidos de nitrógeno, sea reducida. Una conformación preferida es, por ello, la de quemadores en forma de cuerpos huecos cónicos con ranuras de entrada de aire tangenciales. El aire de combustión ingresa a través de las ranuras de entrada de aire en el espacio hueco cónico del quemador. A través de las aberturas de salida de combustible, en los bordes de las ranuras de entrada de aire, se le suministra combustible, especialmente, combustible gaseoso, al flujo de aire de combustión. Además, en la punta del cono se introduce, especialmente, se inyecta, combustible líquido al espacio hueco cónico del quemador. La combustión se lleva a cabo en la salida del espacio hueco cónico del quemador.

La memoria EP 0 321 809 A1 describe un procedimiento para la combustión de premezcla de combustible líquido, formando en el interior del espacio hueco cónico una columna cónica de combustible líquido, rodeada por un flujo de aire de combustión rotatoria que ingresa tangencialmente al quemador. El encendido de la mezcla se lleva a cabo en la salida del quemador, asimismo, en el área de la boca del quemador se establece una estabilización de la llama debido a la formación de una zona de flujo de retorno. También se describe un quemador correspondiente, que presenta dos cuerpos cónicos parciales desplazados entre sí para la formación de un espacio hueco cónico del quemador, una inyección de combustible centrada entre ejes de simetría longitudinal desplazados entre sí de los cuerpos cónico parciales y ranuras de entrada de aire tangenciales. Las aberturas de salida de combustible para el suministro del combustible de mezcla previa están dispuestas en los bordes de las ranuras de entrada de aire. Para lograr una mezcla suficiente del combustible de mezcla previa con el aire de combustión en todo el ancho de la ranura de entrada de aire, se requiere de una presión elevada para la inyección del combustible de mezcla previa en el flujo de aire de combustión que ingresa a gran velocidad. Dado que la inyección se lleva a cabo desde un lado de la ranura de entrada de aire y de ese modo no se logra una mezcla homogénea del combustible de mezcla previa y el aire de combustión en todo el ancho de la ranura de entrada de aire, no se logran valores óptimos de emisión de nitrógeno.

La memoria EP 0 981 016 B1 describe un quemador que también presenta la conformación cónica descrita anteriormente con ranuras de entrada de aire tangenciales para el ingreso del flujo de aire de combustión. También este quemador presenta un dispositivo para la inyección de combustible en el flujo de aire de combustión. Dicho dispositivo de inyección está dispuesto en forma central en el flujo de aire de combustión antes de las ranuras de entrada de aire, para inyectar el

15 combustible en dirección paralela al flujo de aire de combustión. La memoria WO 01/96785 A1 describe un quemador y un correspondiente procedimiento para el accionamiento de un quemador, en el cual están previstas dos

o más alimentaciones de combustible con aberturas de salida de combustible dispuestas, esencialmente, en dirección del eje del quemador y que pueden introducir por separado el combustible de mezcla previa en la cámara de quemador. De esta manera se puede lograr una inyección escalonada de combustible en la cámara del quemador, que se adapte a las condiciones cambiantes durante el funcionamiento del quemador, por ejemplo, a través de diferentes cargas, calidades de gas o temperaturas de calentamiento previo del gas.

25 La memoria DE 100 49 205 A1 describe un procedimiento y un dispositivo para la alimentación de combustible de un quemador de mezcla previa, en el cual el suministro de combustible de mezcla previa se realiza a través de, al menos, dos áreas separadas axialmente en el espacio a lo largo del quemador, de modo que para la puesta en marcha de la turbina y el incremento de la carga hasta alcanzar la plena carga se efectúa una distribución escalonada o continua del suministro del combustible de mezcla previa entre las áreas.

- 3La memoria US -5489203 describe un quemador que también presenta la conformación cónica descrita anteriormente con ranuras de entrada de aire tangenciales para la inyección de combustible en el nivel de las ranuras de entrada de aire. 5 Descripción de la invención Es objeto de la presente invención presentar un quemador para la combustión de premezcla y un procedimiento para el accionamiento de un quemador que permitan una combustión estable de premezcla con una mezcla en lo más homogénea posible del combustible de mezcla previa con el aire de combustión, con 10 una emisión reducida de gases contaminantes. La invención se resuelve con un quemador para la combustión de premezcla, con las características de la reivindicación 1, y un procedimiento para el accionamiento de un quemador, con las características de la reivindicación 22. Las ejecuciones preferidas de la invención se desprenden de las reivindicaciones 15 dependientes. Un objeto central de la invención consiste en que los elementos dispuestos en una posición central en el área de ingreso del flujo de aire de combustión para la inyección de combustible de mezcla previa en las ranuras de entrada de aire tangenciales de un espacio hueco del quemador estén dispuestos de modo tal que en 20 relación a un nivel de corte transversal perpendicular al eje del quemador inyecten el combustible de mezcla previa no sólo de manera central, sino también en más de un punto en el flujo de aire de combustión, para alcanzar una mezcla lo más homogénea posible del combustible de mezcla previa con el aire de combustión. De esta manera se evita una elevada emisión de gases tóxicos, especialmente, de óxidos de nitrógeno, 25 debido a una mezcla previa insuficiente. Otro concepto de la invención consiste en que la alimentación de combustible se dispone antes de las ranuras de entrada de aire en relación a la dirección del flujo de aire de combustión. De este modo pueden estar dispuestos en un área de velocidad inferior del flujo de aire de combustión que si estuvieran 30 dispuestos directamente en las ranuras de entrada de aire. De esta manera, pueden ser reducidas las pérdidas aerodinámicas y la presión requerida para la inyección del combustible de mezcla previa.

La presente invención comprende concretamente un quemador de combustión de premezcla que presenta un espacio hueco con, al menos, una ranura de entrada de aire tangencial para el suministro de un flujo de aire de combustión, elementos para la inyección de combustible en el espacio hueco, dispuestos en el área del eje del quemador, y elementos para la inyección de combustible de mezcla previa en, al menos, una ranura de entrada de aire, dispuestos de manera central en el área de ingreso del flujo de aire de combustión. Los elementos para la inyección del combustible de mezcla previa en, al menos, una ranura de entrada de aire, presentan, al menos, una alimentación de combustible, sus aberturas de salida de combustible están dispuestas de modo tal que el combustible de mezcla previa se introduce a ambos lados de, al menos, una alimentación de combustible en relación a una superficie de corte transversal perpendicular al eje del quemador, en el flujo de aire de combustión. De esta manera, se puede lograr una mezcla relativamente homogénea del combustible de mezcla previa y el aire de combustión en todo el ancho de la ranura de entrada de aire y, de ese modo, mejores valores de emisión de nitrógeno. Además, se puede reducir la presión para la inyección del combustible de mezcla previa en el flujo de aire de combustión que ingresa a una velocidad relativamente elevada, en comparación con la inyección unilateral desde el borde de la ranura de entrada de aire.

20 Preferentemente, el quemador está configurado de modo tal que el espacio hueco se forma con, al menos, dos cuerpos cónicos parciales que se complementan para conformar un cuerpo, formando un espacio hueco cónico cuyos ejes de simetría longitudinal están desplazados radialmente entre...

1. Quemador (1) para combustión de premezcla, que comprende un espacio hueco (8), que cuenta con, al menos, una ranura de entrada de aire tangencial (11) para el suministro de un flujo de aire de combustión (12), elementos (2) para la inyección de, al menos, un combustible (4, 6) a través de una lanza (2) en el espacio hueco (8), y elementos para la inyección de, al menos, un combustible adicional (3), en donde esta última inyección se encuentra en unión activa con la ranura de entrada de aire (11), en donde los elementos para la inyección de este último combustible (3) en la ranura de entrada de aire (11) presentan, al menos, una alimentación de combustible (14), cuyas aberturas de salida de combustible (15) están dispuestas de modo tal que a ambos lados de la alimentación de combustible (14) el combustible

(3) ingresa perpendicular o casi perpendicular al eje del quemador (10) en la flujo de aire de combustión (12), caracterizado porque la alimentación de combustible (14) está dispuesta antes de la ranura de entrada de aire (11), en relación a la dirección del flujo de aire de combustión (12).

2. Quemador acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio hueco (8) se forma con, al menos, dos cuerpos cónicos parciales (7) que se complementan para conformar un cuerpo, formando un espacio hueco cónico cuyos ejes de simetría longitudinal (9) están desplazados radialmente entre sí y comprenden, al menos, dos ranuras de entrada de aire tangenciales (11) para el suministro de un flujo de aire de combustión (12).

3. Quemador acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio hueco (8) se forma con, al menos, dos cuerpos cilíndricos parciales (7) que se complementan para conformar un cuerpo, formando un espacio hueco cilíndrico cuyos ejes de simetría longitudinal (9) están desplazados radialmente entre sí y comprenden, al menos, dos ranuras de entrada de aire tangenciales (11) para el suministro de un flujo de aire de combustión (12).

4. Quemador acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque aguas abajo del espacio hueco (8) está dispuesto un tramo de mezcla para el paso de un flujo de una mezcla de combustible generada en el espacio hueco (8) a una cámara de quemador.

5. Dispositivo acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las aberturas de salida de combustible (15) presentan una alimentación de combustible (14) común, dispuesta a lo largo de la ranura de entrada de aire tangencial respectiva (11).

6. Quemador de premezcla acorde a la reivindicación 5, caracterizado porque las aberturas de salida de combustible (15) están configuradas como un par de boquillas de ranura ancha que se extienden a lo largo de toda la longitud de la alimentación de combustible (14).

7. Quemador acorde a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las aberturas de salida de combustible (15) presentan un corte circular o transversal.

8. Quemador acorde a una de las reivindicaciones 1 a 5 o 7, caracterizado porque las aberturas de salida de combustible (15) están distribuidas en pares de manera regular a lo largo de toda la longitud de la ranura de entrada de aire tangencial (11).

9. quemador acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las aberturas de salida de combustible (15) están agrupadas de tal manera que un primer grupo de aberturas de salida de combustible se extiende regularmente a lo largo de toda la longitud de la ranura de entrada de aire tangencial respectiva (11) y presenta una alimentación de combustible común, y que un segundo grupo de aberturas de salida de combustible se distribuye a lo largo de un área parcial de toda la longitud de la ranura de entrada de aire tangencial (11) y presenta, al menos, una segunda alimentación de combustible común.

10. Quemador acorde a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las aberturas de salida de combustible (15) están agrupadas de tal manera que un primer grupo de aberturas de salida de combustible (15.1) se extiende regularmente a lo largo de una primera área parcial (17) de toda la longitud de la ranura de entrada de aire tangencial respectiva (11) y presenta una primera alimentación de combustible común (14.1), y que, al menos, un segundo grupo de aberturas de salida de combustible (15.2) se extiende a lo largo de una segunda área parcial (16) de toda la longitud de la ranura de entrada de aire tangencial (11) y presenta, al menos, una segunda alimentación de combustible común (14.2).

11. Quemador acorde a la reivindicación 9 o 10, caracterizada porque las áreas parciales (16, 17) no se superponen.

12. Quemador acorde a la reivindicación 9 o 10, caracterizada porque, al menos, dos áreas parciales se superponen.

5 13. Quemador acorde a una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque las aberturas de salida de combustible (15) de dos o más grupos de aberturas de salida de combustible (15.1, 15.2) presentan diferentes cortes transversales.

14. Quemador acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las alimentaciones de combustible (14) presentan un perfil en forma de aerodinámica en relación a la superficie de corte transversal perpendicular al eje del quemador (10).

15. Quemador acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las alimentaciones de combustible (14) presentan elementos de regulación del caudal de masa del combustible de mezcla previa.

15 16. Quemador acorde a una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque las alimentaciones de combustible (14.1, 14.2) de los grupos de aberturas de salida de combustible (15.1, 15.2) presentan elementos para la regulación del caudal de masa del combustible de mezcla previa (3) para suministrarles combustible de manera independiente entre sí.

17. Quemador acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos para la inyección de combustible de mezcla previa (3) en las ranuras de entrada de aire están ejecutados como un componente uniforme.

18. Quemador acorde a la reivindicación 17, caracterizado porque el 25 componente uniforme presenta elementos de sujeción al quemador (1).

19. Quemador acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos para la inyección de combustible en el espacio hueco, dispuestos en el área del eje del quemador (10), están ejecutados como tubo de inyección (2), que junto a una tobera de salida central para combustible líquido (4), presenta aberturas de salida de combustible para el suministro de combustible de mezcla previa en un área parcial del tubo de inyección (2) alejada del extremo del lado de la cámara de quemador a lo largo del eje del quemador (10) con una alimentación de combustible correspondiente.

20. Quemador acorde a una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque los elementos para la inyección de combustible (18) en el espacio hueco, dispuestas en el área del eje del quemador (10), están ejecutadas en forma de cuerpos cónicos cuya punta está orientada aguas abajo y presenta una tobera de salida (19) para el combustible.

21. Quemador acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el está dispuesto junto con un quemador secundario.

10 22. Procedimiento para el funcionamiento de un quemador (1) para la combustión de premezcla, que comprende un espacio hueco (8), que cuenta con, al menos, una ranura de entrada de aire tangencial (11) para el suministro de un flujo de aire de combustión (12), elementos (2) para la inyección de, al menos, un combustible (4, 6) a través de una lanza (2) en el espacio hueco (8), y elementos para la inyección de, al menos, un combustible adicional (3), en donde esta última inyección se encuentra en unión activa con la ranura de entrada de aire (11), en donde los elementos para la inyección de este último combustible (3) en la ranura de entrada de aire (11) presentan, al menos, una alimentación de combustible (14), cuyas aberturas de salida de combustible (15) actúan de modo tal que a ambos lados de la alimentación de combustible (14) el combustible (3) ingresa perpendicular o casi perpendicular al eje del quemador (10) en el flujo de aire de combustión (12), caracterizado porque la alimentación de combustible (14) es accionada antes de la ranura de entrada de aire (11), en relación a la dirección del flujo de aire de combustión (12).

23. Procedimiento acorde a la reivindicación 22, caracterizado porque un combustible gaseoso es aplicado a ambos lados de la alimentación de combustible (14), en relación a una superficie de corte transversal perpendicular al eje del quemador (10) en el flujo de aire de combustión (12).

24. Procedimiento acorde a la reivindicación 22 o 23, caracterizado porque el combustible de mezcla previa (3) se aplica de manera regular en la longitud total de la ranura de entrada de aire tangencial (11).

25. Procedimiento acorde a la reivindicación 22 o 23, caracterizado porque el combustible de mezcla previa (3) ingresa por separado en, al menos, dos áreas parciales (16, 17) de la longitud total de la ranura de entrada de aire tangencial (11).

26. Procedimiento acorde a la reivindicación 22 a 25, caracterizado porque el combustible de mezcla previa (3) ingresa antes de las ranuras de entrada de aire tangencial (11) en relación a la dirección del flujo de aire de combustión (12).

27. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 22 a 26, caracterizado porque el suministro de combustible de mezcla previa (3) a las aberturas de salida de combustible (15) individuales se lleva a cabo de manera regulada.

28. Procedimiento acorde a la reivindicación 25, caracterizado porque el suministro del combustible de mezcla previa (3) a las aberturas de salida de combustible (15.1, 15.2) de las áreas parciales (16, 17) se lleva a cabo de manera independiente entre sí.

29. Procedimiento acorde a la reivindicación 28, caracterizado porque el suministro del combustible de mezcla previa (3) a las aberturas de salida de combustible (15.1, 15.2) de las áreas parciales (16, 17) se lleva a cabo dependiendo de la carga.

20 30. Quemador acorde a las reivindicaciones 22 a 29, caracterizado porque los elementos (2) para la inyección de combustible en el espacio hueco (8), dispuestos en el área del eje del quemador (10) y ejecutados como tubo de inyección, además de introducir combustible líquido (4), introducen combustible de mezcla previa a través de una tobera de salida central por un área parcial del tubo de inyección (2) alejada del extremo del lado de la cámara de quemador a lo largo del eje del quemador (10).

“Siguen 6 páginas de dibujos”