Un dispositivo que comprende una chimenea de antorcha (10) y un aparato para la potenciación de la completa combustión de un producto químico indeseable,

y para minimizar con ello la formación de humo en la operación de la chimenea de antorcha (10), teniendo dicha chimenea de antorcha (10) una salida (12) para la descarga de una corriente de alimentación de la antorcha, que comprende una mezcla de combustible, formado por el producto químico indeseable y un gas combustible, un iniciador de la ignición (14) localizado próximo a la salida de la chimenea (12) para la producción de una llama de dicha mezcla combustible, y un blindaje (50) que está situado alrededor de la superficie externa de la chimenea (10) próximo a la salida de la chimenea (12), comprendiendo dicho dispositivo:

a. una pluralidad de toberas de chorro de aire a alta presión (32) espaciadas entre sí en posiciones predeterminadas debajo y alrededor de la periferia exterior de la salida de la chimenea de antorcha (12) en un espacio anular (56) definido por el blindaje y la chimenea, estando cada una de los toberas de chorro de aire de alta presión (32) dirigidas hacia la salida de la chimenea (12) y en la dirección del movimiento de la corriente de alimentación;

b. una fuente (34) de aire a alta presión en comunicación fluida con la pluralidad de toberas (32), mediante lo cual la descarga de aire desde las toberas (32) forma una pluralidad de chorros de aire a alta velocidad para producir una masa de aire en movimiento que arrastra el aire atmosférico adicional dentro de la masa del aire que se mueve hacia la salida de la chimenea (12), mediante lo cual se potencia la combustión de la corriente de alimentación de la antorcha; estando el dispositivo caracterizado porque comprende además:

c. una pluralidad de toberas de control del viento a baja presión (40) situadas alrededor de la periferia de la salida de la chimenea (12) y dirigidas hacia dentro, en donde se forma una cortina de aire para fluir hacia dentro y hacia arriba desde la salida de la chimenea (12) a la base de la llama para minimizar el efecto de los vientos atmosféricos cruzados disruptivos para modelos de combustión óptima de la llama.

Dispositivo de combustión con chimenea de antorcha y método

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a la construcción y modo de operar de chimeneas de antorcha, utilizadas para quemar gases de productos secundarios indeseables y liberarlos a la atmósfera.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El "flaring" o combustión abierta asistida, de gases de sub-productos de procesos indeseables, se emplea comúnmente para oxidar y convertir gases y vapores tóxicos en sus productos de combustión menos peligrosos para liberarlos al medio ambiente. Una mezcla del producto indeseado y un combustible son conducidos a la base de la chimenea de antorcha para formar una corriente de alimentación que alcanza la punta de la antorcha o salida de la chimenea, en donde la mezcla se quema en la zona de combustión para formar la antorcha o llama. La eficacia y completa combustión de la mezcla no siempre se logra. Cuando el proceso no se gestiona adecuadamente, se produce también humo en este proceso. El humo puede ser un indicador de que el proceso de combustión es incompleto, y que los materiales tóxicos o de otra manera indeseables del proceso no han sido convertidos a formas menos peligrosas. El humo es también un constituyente visible de la contaminación del aire y su eliminación o reducción es un objetivo operacional coherente.

Con el fin de reducir la producción de humo, ha sido puesta en práctica por la técnica anterior la instalación de sistemas de aire y vapor conjuntamente con chimeneas de antorcha. El sistema de ayuda con aire a baja presión fuerza al aire a proporcionar el aire y la mezcla de combustible necesaria para la operación sin humo. Un ventilador habitualmente instalado en el fondo de la chimenea de antorcha, proporciona el aire de combustión necesario. Los sistemas de antorcha ayudados con vapor emplean un anillo de vapor y toberas para inyectar vapor a la zona de combustión en la punta de la antorcha en donde el aire, el vapor y el gas de combustible se mezclan entre sí para producir una llama sin humo. En algunos sistemas de la técnica anterior se instala una barrera o blindaje que rodea la punta o salida de la antorcha.

La ayuda con vapor o con aire a baja presión son de empleo común debido a que ambos sistemas están considerados por la técnica como generalmente eficaces y relativamente económicos comparados con otros medios alternativos para la eliminación de subproductos indeseables.

Sin embargo los dos sistemas de la técnica anterior tienen varios inconvenientes y deficiencias. La asistencia de aire a baja presión requiere un importante gasto de capital de por lo menos un ventilador que debe estar dedicado a la chimenea de antorcha. La operación contínua impone un riguroso programa de mantenimiento e incluso un sistema de reserva en el caso de una interrupción o de una reparación de importancia.

Los sistemas de asistencia con vapor pueden requerir dispositivos de control sofisticados, tienen relativamente altas exigencias de utilidad y programas de mantenimiento/ substitución.

Varios métodos y configuraciones de aparatos han sido propuestos en las descripciones de la literatura de patentes para mejorar la eficacia de la combustión de las chimeneas de antorcha. Por ejemplo, la patente USP 5.788.477 describe un colector anular equipado con un conjunto de toberas que pueden ser dirigidas hacia dentro y hacia arriba en un ángulo desplazado lateralmente para inyectar chorros de aire a alta presión por encima de la salida del gas combustible en la punta de la chimenea. Se manera similar, en la patente USP 4.652.232, una pluralidad de toberas están montadas sobre un colector de fluido a alta presión que rodea la chimenea y emite el fluido en, o ligeramente más arriba, del nivel del borde de la chimenea de gases residuales, y las toberas están formando un ángulo hacia arriba.

Otras construcciones están descritas y estudiadas en la patente USP 4.019.852 como fundamento de la técnica.

En las construcciones de las primeras dos patentes de la técnica anterior, las toberas o colectores que contienen las salidas del fluido a alta presión están en la más alta proximidad a la llama, si es que no están envueltas por la llama en condiciones atmosféricas previsibles de vientos cruzados. Los costes de mantenimiento y substitución asociados con estas disposiciones pueden ser importantes.

A partir de la patente GB 2021250 se conoce una chimenea de antorcha que comprende una punta alimentada con gases mediante un primer colector y unas primeras toberas y con agua mediante un segundo colector y unas segundas toberas; cuando la llama avanza desde el extremo de la punta del quemador, se encuentra con el fluido gaseoso descargado a una velocidad suficiente desde las primeras toberas para soportar la llama y evitar la deflección de la misma por el viento en la punta del quemador.

Es por lo tanto un objetivo principal de la presente invención el proporcionar un aparato y un método para potenciar la completa combustión de los gases de la antorcha, que sea menos caro de instalar, requiera un mínimo mantenimiento, y sea adaptable a las condiciones variables en las que se opera, que se encuentran en las operaciones industriales de la instalación.

Otro objetivo de la invención es el de proporcionar un método y un aparato que sea fácilmente adaptable para emplear con chimeneas de antorcha existentes, sin modificar de una forma importante la punta existente de la chimenea o las configuraciones de la salida.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Los objetivos anteriores y otras ventajas se cumplen mediante el método y el aparato de la invención, que tiene las características establecidas en las reivindicaciones adjuntas.

El principal aspecto nuevo de esta invención es el empleo de chorros de aire que inducen grandes volúmenes de aire desde el medio ambiente a fluir hacia arriba desde una zona de baja presión. El aparato empleado consiste en uno o más colectores anulares de distribución y toberas asociadas que están colocadas a una distancia predeterminada debajo del borde o punta de la chimenea, las salidas de las toberas destinadas a dirigir los chorros de aire a alta presión hacia arriba hacia la punta y la llama. El margen de operación a alta presión preferido es de aproximadamente 2, 07 - 4, 14 bars (30 a 60 psigs) y con mayor preferencia de aproximadamente 2, 07 - 2, 41 bars (30 a 35 psigs) .

La distancia debajo del borde a la cual las toberas están situadas puede determinarse empíricamente, aplicando métodos conocidos y modelos matemáticos y ecuaciones. La posición optimizará la zona de baja presión para maximizar el influjo o el flujo de aire atmosférico dentro del espacio anular definido por la chimenea y su blindaje para crear una zona de mezclado turbulento del aire, el combustible y el gas de residuos a, y en la proximidad de la llama.

Las toberas pueden estar ventajosamente también formando un ángulo desde el eje vertical y en una dirección que es generalmente también tangencial a la superficie adyacente de la chimenea de antorcha. El efecto de este posicionamiento de las toberas será por lo menos inicialmente la creación de un torbellino o series ascendentes helicoidalmente de chorros de aire en el espacio anular entre el blindaje y la chimenea.

Para promocionar más este movimiento helicoidal, están montadas una pluralidad de paletas en el espacio anular, de preferencia unidas a la superficie interior del blindaje. Las paletas son de preferencia curvilíneas y se extienden desde por lo menos la región próxima al extremo de la chimenea hasta la proximidad de las toberas de alta presión. El efecto de las paletas sobre la masa de aire que asciende expandiéndose, es la creación y/o el mantenimiento de modelos de flujo turbulento que potenciarán la completa combustión de los residuos y de los gases de combustión en la llama.

En otra versión preferida, una pluralidad de corrientes de aire de baja presión se dirigen generalmente hacia arriba y hacia dentro a partir de las toberas posicionadas alrededor de la periferia del borde o del extremo abierto de la chimenea. El margen operativo preferido para las toberas de baja presión es de aproximadamente 0, 345 - 0, 689 bars (5 a 10 psigs) .

El aparato y el método puede ser ventajosamente empleados con chimeneas de antorcha ya existentes o recién construidas equipadas con blindaje con un borde superior que termina a la misma altura de la punta o borde de la chimenea, o aquellos... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo que comprende una chimenea de antorcha (10) y un aparato para la potenciación de la completa combustión de un producto químico indeseable, y para minimizar con ello la formación de humo en la operación de la chimenea de antorcha (10) , teniendo dicha chimenea de antorcha (10) una salida (12) para la descarga de una corriente de alimentación de la antorcha, que comprende una mezcla de combustible, formado por el producto químico indeseable y un gas combustible, un iniciador de la ignición (14) localizado próximo a la salida de la chimenea (12) para la producción de una llama de dicha mezcla combustible, y un blindaje (50) que está situado alrededor de la superficie externa de la chimenea (10) próximo a la salida de la chimenea (12) , comprendiendo dicho dispositivo:

a. una pluralidad de toberas de chorro de aire a alta presión (32) espaciadas entre sí en posiciones predeterminadas debajo y alrededor de la periferia exterior de la salida de la chimenea de antorcha (12) en un espacio anular (56) definido por el blindaje y la chimenea, estando cada una de los toberas de chorro de aire de alta presión (32) dirigidas hacia la salida de la chimenea (12) y en la dirección del movimiento de la corriente de alimentación;

b. una fuente (34) de aire a alta presión en comunicación fluida con la pluralidad de toberas (32) , mediante lo cual la descarga de aire desde las toberas (32) forma una pluralidad de chorros de aire a alta velocidad para producir una masa de aire en movimiento que arrastra el aire atmosférico adicional dentro de la masa del aire que se mueve hacia la salida de la chimenea (12) , mediante lo cual se potencia la combustión de la corriente de alimentación de la antorcha;

estando el dispositivo caracterizado porque comprende además:

c. una pluralidad de toberas de control del viento a baja presión (40) situadas alrededor de la periferia de la salida de la chimenea (12) y dirigidas hacia dentro, en donde se forma una cortina de aire para fluir hacia dentro y hacia arriba desde la salida de la chimenea (12) a la base de la llama para minimizar el efecto de los vientos atmosféricos cruzados disruptivos para modelos de combustión óptima de la llama.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, el cual incluye además un colector de aire a alta presión (30) , estando montadas cada una de las toberas de alta presión (32) sobre el colector (30) , estando dicho colector (30) en comunicación fluida con una fuente de aire a alta presión (34) .

3. El dispositivo de la reivindicación 2, en donde el colector (30) rodea la chimenea de antorcha (10) en el espacio anular (56) entre el blindaje (50) y la chimenea (10) .

4. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde la fuente de aire a alta presión (34) está aproximadamente a 2, 07 - 2, 41 bars (30 a 35 psigs) .

5. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el blindaje exterior (50) es concéntrico a la chimenea de antorcha (10) en toda la longitud de dicho blindaje (50) .

6. El dispositivo de la reivindicación 5, en donde la parte aguas arriba del blindaje (50) está provista de una pluralidad de pasos de entrada de aire (52) .

7. El dispositivo de la reivindicación 5, la cual incluye además una pluralidad de paletas para dirigir el aire (36) , unidas al blindaje (50) flanqueando cada una de ellas las toberas de alta presión (32) .

8. El dispositivo de la reivindicación 5, en donde un par de paletas (36) están unidas al blindaje (50) para cada una de las toberas de chorro de aire a alta presión (32) .

9. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de toberas de control del viento a baja presión (40) situadas alrededor de la periferia de la salida de la chimenea (12) están dirigidas hacia dentro formando un ángulo de aproximadamente 45 grados con un diámetro que se extiende a través de la tobera de control (40) .

10. El dispositivo de la reivindicación 6, en donde el blindaje (50, 50') se extiende hasta una posición superior a la salida de la chimenea (12) .

11. El dispositivo de la reivindicación 10, en donde la parte más alta (50') tiene una forma cónica dirigida hacia el interior.

12. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde las toberas de baja presión (40) son alimentadas con aire a una presión de aproximadamente 0, 345 - 0, 689 bars (5 a 10 psigs) .

13. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el blindaje (50) tiene el extremo superior formando un mismo plano que la salida de la chimenea (12) .

14. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde dicho blindaje (50) tiene el extremo superior que sobresale por encima de dicha salida de la chimenea (12) .

15. El dispositivo de la reivindicación 7 u 8, en donde la pluralidad de las paletas (36) tiene una configuración en espiral para dirigir la masa de aire ascendente hacia el borde de la salida de las chimenea (12) .

16. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde dichas toberas de chorro de aire a alta presión (32) están en un ángulo de aproximadamente 45°.

17. Un método para potenciar la completa combustión de un producto químico indeseable y minimizar la formación de humo desde la salida (12) de una chimenea de antorcha (10) durante la operación, el cual método comprende:

a. el suministro de una corriente de alimentación de la antorcha formada por una mezcla de combustible del producto químico indeseable y un gas de combustión;

b. la descarga de la corriente de alimentación de la antorcha, desde la salida (12) de la chimenea de antorcha (10) ;

c. la ignición (14) de la corriente de alimentación de la antorcha para formar una llama en la zona de combustión (58) ;

d. el suministro de una pluralidad de corrientes de aire a alta velocidad (32) en forma de chorros de aire espaciados entre sí en unas predeterminadas posiciones por debajo y alrededor de la periferia exterior de la salida de la chimenea de antorcha (12) , estando cada una de la pluralidad de chorros de aire dirigidos para mover el aire hacia arriba hacia la zona de combustión creando con ello una zona de baja presión por debajo del extremo de la salida (12) de la chimenea de antorcha (10) , en donde los chorros de aire causan un influjo del aire atmosférico dentro de la zona de baja presión y turbulencia en la zona de combustión para potenciar la combustión de la corriente de alimentación de la antorcha; estando el método, caracterizado porque, comprende además:

e. la provisión de una pluralidad de corrientes de aire (40) a baja presión dirigidas hacia dentro, alrededor de la periferia de la salida (12) de la chimenea de antorcha (10) , en donde se forma una cortina de aire que fluye hacia dentro y hacia arriba desde la salida (12) a la base de la llama, para minimizar el efecto de los vientos atmosféricos cruzados disruptivos para obtener un modelo de llama de combustión óptima.

18. El método de la reivindicación 17, el cual incluye el paso posterior de proporcionar un blindaje concéntrico exterior (50) que se extiende alrededor y distanciado de la periferia de la porción de la chimenea de antorcha (10) adyacente a la salida, para así canalizar el aire atmosférico hacia arriba con los chorros de aire.

19. El método de la reivindicación 18, el cual incluye el paso posterior de proporcionar el blindaje concéntrico (50) con una pluralidad de aberturas (52) situadas adyacentes a su extremo inferior y extendiéndose a través del blindaje

(50) con el fin de asegurar un volumen suficiente de flujo de aire atmosférico desde el área alrededor y por debajo de las toberas de alta presión (32) .

20. El método de la reivindicación 17, el cual incluye el paso posterior de dirigir dicha pluralidad de corrientes de aire de baja presión dirigidas hacia dentro (40) en un ángulo de 45 grados hacia la salida de la chimenea (12) .