Aparato y método para mezclar dos corrientes de gas.

Un aparato para mezclar entre sí dos corrientes de gas de diferentes temperaturas y/o composiciones,

en el que al menos una de las corrientes contiene partículas, comprendiendo el aparato:

un conducto principal (12) para una primera corriente (14) de gas y una pluralidad de montajes (16) de conducto que se extienden en el conducto principal de manera generalmente transversal a la primera corriente de gas;

teniendo cada montaje una pluralidad de entradas (18) y salidas (22) para recibir y descargar partes separadas de una segunda corriente (20) de gas, que se mueve inicialmente de manera generalmente transversal a la primera corriente, teniendo cada montaje una pluralidad de conductos secundarios (24, 26, 28) de diferentes longitudes entre sí desde la entrada hasta la salida, estando las salidas separadas unas de otras a lo ancho del conducto principal para distribuir las partes de la segunda corriente de gas en la primera corriente de gas, y estando dispuestas de tal manera que la segunda corriente de gas descarga desde las salidas en una dirección aguas arriba con respecto a la primera corriente de gas; y

un deflector (30) de flujo de gas conectado a cada montaje de conducto aguas abajo de una salida respectiva para desviar temporalmente la primera corriente de gas antes de que se combine con las partes de la segunda corriente de gas, y para desviar la segunda corriente de gas aguas abajo de la salida respectiva.

Aparato y método para mezclar dos corrientes de gas

Campo y antecedentes

La presente invención se refiere, en general, al campo de los hornos y calderas, y, en particular, a un aparato y un método para mezclar eficazmente dos corrientes de gas con diferentes temperaturas y/o composiciones en las que al menos una de las corrientes contiene partículas.

Es conocido el uso de láminas de aire para la distribución y mezcla de corrientes de aire en conductos secundarios de suministro de aire y en tiros de sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) . La disposición habitual comprende una pluralidad de láminas enteras en el centro del tiro, y medias láminas en las paredes del tiro. Otro ejemplo de lámina de aire de la técnica anterior usa una configuración de lámina de aire para la distribución y mezcla de gas de tiro con economizador de derivación usado en Kansas City Power & Light, Hawthorn Station, en su sistema SCR de tiro. Este sistema usa un sistema básico de láminas de aire, pero tiene placas de organización de flujo de gas añadidas. Las líneas de contorno en un diagrama de flujo de aire de un dispositivo tal muestran cómo actúan las láminas de aire y las placas en la corriente de aire para perfeccionar la mezcla de los gases en el conducto, véase el documento US 2006/0266267 A1 de Albrecht y otros.

Además, las láminas de aire se han usado ampliamente para la medición y el control de flujo. También es conocido el uso de dispositivos de flujo con forma de diamante para el control de flujo con baja caída de presión. Por ejemplo, muchos amortiguadores comercialmente disponibles contienen cuchillas con forma de diamante. Tales dispositivos consiguen un buen control de flujo con una mínima caída de presión.

Las desventajas de las disposiciones anteriormente descritas de la técnica anterior suman pérdida de presión, degradación potencial de la mezcla de amoniaco, cuando se añade, y el requisito de un tiro más grande para alojar los componentes del sistema. Son conocidas las rejillas de inyección de amoníaco (AIG) con control de zona y se han instalado para distribuir una velocidad prescrita de amoniaco para sistemas SCR de reducción de NOx. Los mezcladores estáticos están comercialmente disponibles en varias formas y se han propuesto para reducir gradientes de especies térmicas y/o de gas de tiro mediante la adición de mezcla turbulenta en sistemas SCR de tiro. Koch y Chemineer son los fabricantes que producen algunos de tales mezcladores estáticos comercialmente disponibles. Los requisitos de diseño para tiros secundarios y sistemas SCR incluyen la especificación de la distribución de flujo y los gradientes térmicos aguas abajo de los dispositivos de mezcla. Los objetivos son conseguir un flujo uniformemente y minimizar los gradientes térmicos. Por ejemplo, en un mezclador y flujo con sistema SCR, la uniformidad de flujo en la rejilla de inyección de amoníaco debería ser suficiente para que se mantuvieran el rendimiento del catalizador y la vida. Para conseguir estos fines se han usado dispositivos tales como los de la técnica anterior. Aunque también es deseable minimizar la pérdida de presión irrecuperable para el sistema, las restricciones de espacio limitan la instalación de una lámina de aire para la mezcla de gas y una AIG separada para la distribución de amoníaco en un sistema de SCR. De este modo, se necesitaba un sistema de distribución uniforme para tales aplicaciones que, también, minimizara la pérdida de presión en el mismo.

El documento US 2006/0266267 A1 de Albrecht y otros, mencionado anteriormente, describe una disposición de perfeccionamiento de flujo para conductos tales como conductos rectangulares de tiro, en la que una serie de 45 láminas con forma de lágrima están separadas entre sí y montadas en el conducto extendiéndose desde la parte superior hasta la parte inferior del mismo, y donde una serie de paletas con forma de diamante, que se extiende también desde la parte superior hasta la parte inferior del conducto, están separadas y montadas entre las láminas con forma de lágrima para proporcionar una distribución de flujo más uniforme y bajar por ello la presión. También se puede usar una serie de deflectores que se extienden tanto desde ambas láminas con forma de lágrima como desde las paletas con forma de diamante.

La patente de Estados Unidos 6.887.435 B1 de Albrecht y otros describe una lámina de aire integrada y una rejilla de inyección de amoníaco y proporciona una pluralidad de láminas de aire a través de un tiro que transporta gas de tiro. Cada lámina de aire tiene un borde curvado delantero y un extremo ahusado y apuntado posterior. Al menos un 55 tubo de inyección se posiciona dentro de cada lámina de aire, y tiene al menos una boquilla para inyectar amoníaco en el gas de tiro que fluye a través de las láminas de aire. Preferiblemente, se proporciona una pluralidad de tubos de inyección que se sitúan uno tras otro en cada lámina de aire, y cada tubo de inyección en una lámina de aire dada tiene una longitud diferente de la longitud de los otros tubos de inyección de la misma lámina de aire. El tubo de inyección más largo de una lámina de aire dada está situado lo más aguas abajo y más próximo al borde ahusado y apuntado, y el tubo más corto de inyección de la misma lámina de aire está colocado lo más aguas arriba, quedando, entre los tubos de inyección de la misma lámina de aire, progresivamente más cortos los tubos que más aguas arriba están colocados. Se pueden proporcionar aberturas en lados laterales opuestos de las láminas de aire para introducir un flujo de gas en el gas de tiro que pasa a través de las láminas de aire. El flujo de amoníaco a cada tubo de inyección puede ser controlado individualmente.

El documento US 4980099 A1 de Myers y otros describe un aparato para la pulverización de una mezcla atomizada

en una corriente de gas y comprende un miembro de corriente de línea de lámina de aire que tiene un de borde delantero de gran radio y un borde trasero de pequeño radio. Un montaje de boquilla perfora el borde delantero del miembro de lámina de aire y está rodeado concéntricamente por una barquilla que dirige gas de protección desde el interior del miembro de lámina de aire alrededor del montaje de boquilla. Se suministra un medio fluido para atomizar y gas de atomización para atomizar el medio en conductos concéntricos a la boquilla. En una pluralidad de boquillas, cada una rodeada por una barquilla, las boquillas están separadas a lo largo del borde delantero del miembro de lámina de aire.

Se han usado láminas de aire para distribuir y mezclar corrientes de gas en conductos secundarios de suministro de aire y en tiros de sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) . La disposición consta de una pluralidad de láminas enteras en el centro del tiro y/o de medias láminas en la pared del tiro, como se usa para la instalación de Eastman Kodak identificada anteriormente.

Otro ejemplo de configuración de lámina de aire para la distribución y mezcla de gases de tiro con economizador de derivación fue usado en Kansas City Power & Light, en el sistema de tiro SCR de Hawthorn Station. Además, las láminas de aire se han usado ampliamente para la medición y el control de flujo. Se han instalado rejillas de inyección de amoníaco (AIG) con control de zona para distribuir un porcentaje prescrito de amoniaco para sistemas SCR de reducción de NOx. Los mezcladores estáticos están comercialmente disponibles de varias formas y se han propuesto para reducir gradientes de especies térmicas y/o de gas de tiro mediante la adición de mezcla turbulenta en sistemas de tiro de SCR. Koch y Chemineer producen algunos ejemplos de mezcladores estáticos comercialmente disponibles.

Se han usado dispositivos de flujo con forma de diamante para el control de flujo con baja caída de presión. Por ejemplo, muchos amortiguadores comercialmente disponibles contienen cuchillas con forma de diamante. Tales dispositivos consiguen un buen control de flujo con una caída mínima de presión.

Los requisitos de diseño para conductos secundarios y sistemas SCR incluyen la especificación de los gradientes de distribución del flujo y térmicos aguas abajo de los dispositivos de mezcla. Los objetivos son conseguir uniformidad de flujo y minimizar gradientes térmicos. Además, las restricciones de espacio limitan la instalación de una lámina de aire para la mezcla de gas y una AIG separada para la distribución de amoníaco en un sistema SCR.

Las alternativas son usar láminas de aire para distribuir el gas de tiro dentro del tiro y para incluir placas o deflectores para promover la mezcla de flujo en el conducto/tiro. La desventaja... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para mezclar entre sí dos corrientes de gas de diferentes temperaturas y/o composiciones, en el que al menos una de las corrientes contiene partículas, comprendiendo el aparato:

un conducto principal (12) para una primera corriente (14) de gas y una pluralidad de montajes (16) de conducto que se extienden en el conducto principal de manera generalmente transversal a la primera corriente de gas;

teniendo cada montaje una pluralidad de entradas (18) y salidas (22) para recibir y descargar partes separadas de una segunda corriente (20) de gas, que se mueve inicialmente de manera generalmente transversal a la primera corriente, teniendo cada montaje una pluralidad de conductos secundarios (24, 26, 28) de diferentes longitudes entre sí desde la entrada hasta la salida, estando las salidas separadas unas de otras a lo ancho del conducto principal para distribuir las partes de la segunda corriente de gas en la primera corriente de gas, y estando dispuestas de tal manera que la segunda corriente de gas descarga desde las salidas en una dirección aguas arriba con respecto a la primera corriente de gas; y un deflector (30) de flujo de gas conectado a cada montaje de conducto aguas abajo de una salida respectiva para desviar temporalmente la primera corriente de gas antes de que se combine con las partes de la segunda corriente de gas, y para desviar la segunda corriente de gas aguas abajo de la salida respectiva.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que cada deflector está dispuesto: a un lado delantero de su respectivo montaje de conducto enfrentando el primer flujo de gas en sentido contrario y estando opuesto a la salida de cada montaje de conducto; o aguas abajo de la salida de cada montaje de conducto de modo que las partes de la segunda corriente de gas en las salidas enfrentan la primera corriente de gas en sentido contrario para ser mezcladas con la primera corriente de gas en el conducto principal.

3. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el que al menos uno de los montajes de conducto tiene un codo (40) desde la dirección de la segunda corriente de gas, en un emplazamiento aguas abajo de las entradas de los conductos secundarios del al menos un montaje de conducto.

4. El aparato de las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que: la primera corriente de gas fluye en una primera dirección (14) ; y la segunda corriente de gas fluye inicialmente en una segunda dirección (20) generalmente transversal a la primera dirección.

5. El aparato de la reivindicación 4, en el que el deflector tiene una configuración seleccionada de entre el grupo que comprende: una forma curvada de lámina, y una forma de cuña; y está dispuesto en un lado delantero de su respectivo montaje de conducto enfrentando la primera dirección y opuesto a la salida de cada montaje de conducto.

6. El aparato de cualquiera de la reivindicación 4, en el que el deflector tiene una configuración seleccionada de entre el grupo que comprende: una forma de diamante y una forma de cuña, y está dispuesto aguas abajo de la salida de cada montaje de conducto de modo que las partes de la segunda corriente de gas en las salidas enfrenta la primera dirección para ser mezcladas con la primera corriente de gas en el conducto principal.

7. El aparato de cualquiera de la reivindicación 4, en el que el deflector tiene una forma de cuña con paredes

cóncavas que enfrentan la salida de cada montaje de conducto y tiene una forma de cuña con pared plana enfrentando la primera dirección y la primera corriente de gas que es en sentido contrario al deflector, de modo que las partes de la segunda corriente de gas en las salidas enfrentan la primera dirección para ser mezcladas con la primera corriente de gas en el conducto principal.

8. Un método de mezcla de dos corrientes de gas de diferentes temperaturas y/o composiciones entre sí, en el que al menos una de las corrientes contiene partículas, comprendiendo el método:

llevar una primera corriente de gas en una primera dirección (14) de un conducto principal (12) que tiene una pluralidad de montajes (16) de conducto que se extiende en el conducto principal, generalmente de manera 55 transversal a la primera dirección, teniendo cada montaje de conducto una pluralidad de entradas (18) para que cada una reciba parte de una segunda corriente de gas que se mueve en una segunda dirección (20) que es generalmente transversal a la primera dirección, teniendo también cada montaje de conducto una pluralidad de salidas (22) para descargar una parte de la segunda corriente de gas en una dirección aguas arriba con respecto a la primera corriente de gas, comprendiendo cada montaje de conducto una pluralidad de conductos secundarios (24, 26, 28) que tienen diferentes longitudes entre sí desde la entrada hasta la salida para cada conducto secundario respectivo, estando las salidas de los conductos secundarios separadas unas de otras a través del conducto principal para distribuir las partes de la segunda corriente de gas en la primera corriente de gas;

suministrar el segundo flujo de gas en partes a las salidas; y 65 desviar temporalmente la primera corriente de gas de la primera dirección antes de que se combine con cada parte 7

de la segunda corriente de gas aguas abajo de cada salida y desviar la segunda corriente de gas después de salir de la salida respectiva usando un deflector (30) de flujo de gas conectado a cada montaje de conducto aguas abajo de la salida respectiva:

para mezclar las corrientes primera y segunda de gas entre sí cuando la primera corriente de gas pasa a la pluralidad de montajes de conducto en el conducto principal.

9. El método de la reivindicación 8, en el que cada deflector está dispuesto: a un lado delantero de su respectivo montaje de conducto enfrentando la primera dirección y opuesto a la salida de cada montaje de conducto; o aguas abajo de la salida de cada montaje de conducto de modo que las partes de la segunda corriente de gas en las salidas enfrentan la primera dirección para ser mezcladas con la primera corriente de gas en el conducto principal.

10. El método de las reivindicaciones 8 o 9, en el que al menos uno de los montajes de conducto tiene un codo (40)

desde la segunda dirección en un emplazamiento aguas abajo de las entradas de los conductos secundarios del al 15 menos un montaje de conducto.

11. El método de las reivindicaciones 8, 9 o 10, en el que el deflector tiene una configuración seleccionada de entre el grupo que comprende: una forma curvada de lámina; y una forma de cuña, y está dispuesto en un lado delantero de su respectivo montaje de conducto enfrentando la primera dirección y opuesto a la salida de cada montaje de conducto.

12. El método de las reivindicaciones 8, 9 o 10, en el que el deflector tiene una configuración seleccionada de entre el grupo que comprende: una forma de diamante; y una forma de cuña y está dispuesto aguas abajo de la salida de cada montaje de conducto de modo que las partes de la segunda corriente de gas en las salidas enfrentan la primera dirección para ser mezcladas con la primera corriente de gas en el conducto principal.

13. El método de las reivindicaciones 8, 9 o 10, en el que el deflector tiene una forma de cuña con paredes cóncavas que enfrentan la salida de cada montaje de conducto y tiene una forma de cuña con pared plana que enfrenta la primera dirección y la primera corriente de gas que es en sentido contrario al deflector, de modo que las partes de la segunda corriente de gas en las salidas enfrentan la primera dirección para ser mezcladas con la primera corriente de gas en el conducto principal.