Procedimiento de combustión escalonada de un combustible líquido y de un oxidante en un horno.

Procedimiento de combustión de un combustible líquido y de un oxidante,

en el cual se inyecta al menos un chorro del combustible líquido en forma atomizada y al menos un chorro de oxidante, estando compuesto el chorro de oxidante de un chorro de oxidante primario y de un chorro de oxidante secundario, siendo inyectado el chorro de oxidante primario en la proximidad del chorro de combustible líquido de tal manera que se genere una primera combustión incompleta, estando compuestos también los gases resultantes de esta primera combustión de al menos una parte del combustible, mientras que el chorro de oxidante secundario se inyecta a una distancia I2 del chorro de combustible líquido que es superior a la distancia entre el chorro de combustible líquido y el chorro de oxidante primario más próximo al chorro de combustible líquido, de tal manera que entre en combustión con una parte del combustible presente en los gases resultantes de la primera combustión, estando compuesto el gas de oxidante primario de al menos un primer chorro de oxidante primario de envoltura que se inyecta de manera coaxial alrededor del chorro de combustible líquido en forma atomizada, caracterizado por que el chorro de oxidante primario es dividido en al menos dos chorros primarios, siendo inyectado al menos un segundo chorro de oxidante primario a una distancia l1 del chorro del combustible líquido, estando comprendida la distancia l1 entre el segundo chorro de oxidante primario y el chorro de combustible líquido entre 1,5 DG y l2/2, representando DG el diámetro del círculo de la misma superficie que la superficie del inyector (221) a través del cual se inyecta el primer chorro de oxidante primario de envoltura.

Procedimiento de combustión escalonada de un combustible líquido y de un oxidante en un horno El presente invento se refiere a un procedimiento de combustión escalonada de un combustible líquido y de un oxidante en un horno.

Las características de un procedimiento de combustión en un horno industrial deben responder a dos criterios:

- limitar la emisión de contaminantes atmosféricos (NOx, polvos, …) que deben ser en cantidad inferior al límite fijado por la legislación,

- controlar la temperatura de las paredes del horno y de la carga a calentar de manera que responda, a la vez, a las obligaciones relativas a la calidad del producto sometido a la combustión y al consumo energético.

La evolución de la legislación sobre las emisiones de contaminantes atmosféricos, sobre todo de los óxidos de nitrógeno, ha conducido a una evolución importante de las tecnologías de la combustión. Un primer procedimiento de combustión que limita la emisión de NOx es la combustión oscilante (EP-A1-0 524 880) que consiste en hacer oscilar el consumo de combustible y/o de carburante. Al apartarse la estequiometria de 1, la temperatura local disminuye, lo que conduce a una disminución de NOx. Otra solución es la combustión escalonada que prevé la dilución de los reactivos en las zonas principales de la reacción: esto permite alejarse de las proporciones estequiométricas y evitar los picos de temperatura propicios a la formación de NOx (WO02/081967) .

Estos usos de la técnica anterior son soluciones esencialmente adaptadas a la combustión de un combustible gaseoso. Durante una combustión difásica con la ayuda de un combustible líquido y de un oxidante gaseoso, el procedimiento de combustión comprende las etapas suplementarias de atomización del líquido, y después de vaporización de las gotas de líquido para que el combustible convertido en gaseoso pueda reaccionar con el oxidante gaseoso. Diversos parámetros suplementarios van a influir así en la combustión: el tipo de atomizador utilizado, por ejemplo, pero igualmente para un inyector con atomización asistida, la velocidad de flujo del gas de atomización que va a jugar su papel sobre el tamaño de las gotas y la calidad de la atomización. Además de por los parámetros directamente relacionados con la etapa de atomización, el procedimiento de combustión va a verse influenciado por la mezcla de los reactivos pues ésta influye en el modo de combustión así como en la formación de las emisiones contaminantes. Así, la proporción entre la longitud de vaporización y la longitud de la mezcla es un parámetro importante. La longitud de vaporización es la distancia necesaria para la evaporación de las gotas de combustible líquido; está relacionada con el tamaño de las gotas, con su velocidad y con la naturaleza del líquido. La longitud de la mezcla es la distancia necesaria para que los reactivos, que son inyectados por separado, se encuentren mezclados en una proporción estequiométrica. Si la longitud de vaporización es demasiado grande con respecto a la longitud de la mezcla, la combustión es incompleta; se habla de régimen de combustión incompleta: “brush” en inglés. Por el contrario, si la longitud de vaporización es demasiado pequeña con respecto a la longitud de la mezcla, la mezcla demasiado rápida conduce a niveles elevados de óxido de nitrógeno; se habla de régimen de “vaporización”. Es pues preferible situarse en la transición entre estos dos regímenes (proporción entre la longitud de vaporización y la longitud de la mezcla próxima a 1) .

EP-B1-0 687 853 propone un procedimiento de combustión escalonada de un combustible líquido. Este procedimiento consiste en inyectar el combustible líquido bajo la forma de una pulverización divergente que tenga un ángulo en la periferia exterior inferior a 15º e inyectar el oxidante bajo la forma de dos flujos: un flujo primario y un flujo secundario, debiendo presentar el flujo primario una velocidad baja, inferior a 61 m/s. Este procedimiento presenta varios inconvenientes. En primer lugar, la utilización de un ángulo tan pequeño impone la utilización de una velocidad del gas de atomización elevada, lo que crea importantes pérdidas de carga y puede afectar negativamente a la estabilidad de la llama. A continuación, como consecuencia del pequeño valor del ángulo de pulverización, el modo de combustión es del tipo “vaporización” y no permite optimizar la disminución de NOx. Finalmente, este pequeño valor del ángulo de pulverización no permite hacer variar de manera continua los parámetros geométricos de la llama. Ahora bien, puede ser útil según la carga modificar la geometría de la llama de manera que se evite sobre todo la formación local de un punto caliente.

El objetivo del presente invento es pues proponer un procedimiento de combustión escalonada que utilice un combustible líquido que permita limitar la formación de NOx conservando siempre una llama estable.

Otro objetivo es el de proponer un procedimiento de combustión escalonada que utilice un combustible líquido que permita limitar la formación de NOx y tener una gran flexibilidad del quemador.

Con este objetivo, el invento se refiere a un procedimiento de combustión de un combustible líquido y de un oxidante según el objeto de la reivindicación 1.

Otras características y ventajas del invento aparecerán con la lectura de la descripción que va a seguir a continuación. Formas y modos de realización del invento están dados a título de ejemplos no limitativos, ilustrados

con las figuras 1 y 2, que son vistas esquemáticas de un dispositivo que permite la utilización del procedimiento según el invento.

Una de las características esenciales del procedimiento según el invento es el que se refiere a un procedimiento de combustión de un combustible líquido, que es eyectado desde la lanza del quemador en forma atomizada. Este chorro de combustible líquido en forma atomizada puede obtenerse por cualquier método de atomización tal como la eyección bajo presión del combustible líquido o la mezcla del combustible con un gas de atomización antes o durante su eyección. Así, según un modo preferido, el chorro de combustible líquido en forma atomizada puede obtenerse por inyección coaxial de un chorro de gas de atomización alrededor de un chorro del combustible líquido. El gas de atomización puede elegirse entre un gas oxidante tal como el aire o el oxígeno o un gas inerte tal como el nitrógeno o el vapor de agua. Según este modo preferido, el caudal másico del chorro de gas de atomización está ventajosamente comprendido entre el 5 y el 40% del valor del caudal másico del chorro de combustible líquido, e incluso más preferentemente entre el 15 y el 30%.

Según otra característica esencial del invento, el chorro del oxidante primario se divide en al menos dos chorros de los cuales uno al menos es un chorro de oxidante primario de envoltura. Este chorro de oxidante primario de envoltura se inyecta de manera coaxial alrededor del chorro de combustible líquido en forma atomizada. El segundo chorro de oxidante primario se inyecta a una distancia l1 del chorro de combustible líquido atomizado. Según el invento, esta distancia l1 entre el segundo chorro de oxidante primario y el chorro de combustible líquido está comprendida entre 1, 5 DG y l2/2, representando DG el diámetro del círculo de la misma superficie que la superficie del inyector a través del cual se inyecta el primer chorro de oxidante primario de envoltura. A título de ejemplo, el valor de DG puede estar comprendido entre 30 y 60 mm.

La distancia l2 entre el chorro de oxidante secundario y el chorro de combustible puede estar comprendido entre 8 D2 y 40 D2, representando D2 el diámetro del círculo de la misma superficie que la superficie del inyector a través del cual se inyecta el oxidante secundario. Este diámetro D2 puede estar comprendido entre 10 y 60 mm.

El diámetro del círculo de la misma superficie que la superficie del inyector a través del cual se inyecta el segundo chorro del oxidante primario, D1, puede estar comprendido entre 15 y 70 mm. Preferentemente, el diámetro D1 es superior al diámetro D2.

Según una variante del invento, el chorro de oxidante secundario y el chorro de oxidante primario situado a una distancia l1 del chorro de combustible líquido están constituidos por una pluralidad de chorros. Así, el chorro de oxidante primario situado a una distancia l1 del chorro de combustible líquido puede estar constituido por dos chorros idénticos situados a la misma distancia l1 del chorro de combustible líquido, estando los tres chorros sensiblemente situados en el mismo plano, y el chorro de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de combustión de un combustible líquido y de un oxidante, en el cual se inyecta al menos un chorro del combustible líquido en forma atomizada y al menos un chorro de oxidante, estando compuesto el chorro de oxidante de un chorro de oxidante primario y de un chorro de oxidante secundario, siendo inyectado el chorro de oxidante primario en la proximidad del chorro de combustible líquido de tal manera que se genere una primera combustión incompleta, estando compuestos también los gases resultantes de esta primera combustión de al menos una parte del combustible, mientras que el chorro de oxidante secundario se inyecta a una distancia I2 del chorro de combustible líquido que es superior a la distancia entre el chorro de combustible líquido y el chorro de oxidante primario más próximo al chorro de combustible líquido, de tal manera que entre en combustión con una parte del combustible presente en los gases resultantes de la primera combustión, estando compuesto el gas de oxidante primario de al menos un primer chorro de oxidante primario de envoltura que se inyecta de manera coaxial alrededor del chorro de combustible líquido en forma atomizada, caracterizado por que el chorro de oxidante primario es dividido en al menos dos chorros primarios, siendo inyectado al menos un segundo chorro de oxidante primario a una distancia l1 del chorro del combustible líquido, estando comprendida la distancia l1 entre el segundo chorro de oxidante primario y el chorro de combustible líquido entre 1, 5 DG y l2/2, representando DG el diámetro del círculo de la misma superficie que la superficie del inyector (221) a través del cual se inyecta el primer chorro de oxidante primario de envoltura.

2. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado por que el chorro del combustible líquido en forma atomizada se obtiene por inyección coaxial de un chorro de gas de atomización alrededor de un chorro del combustible líquido.

3. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado por que el gas de atomización se elige entre un gas oxidante tal como el aire o el oxígeno o un gas inerte tal como el nitrógeno o el vapor de agua.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por que el caudal másico del chorro de gas de atomización está comprendido entre el 5 y el 40% del valor del caudal másico del chorro de combustible líquido.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la distancia l2 entre el chorro de oxidante secundario y el chorro de combustible está comprendida entre 8 D2 y 40 D2, representando D2 el diámetro del círculo de la misma superficie que la superficie del inyector (42) a través del cual se inyecta el oxidante secundario.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el diámetro del círculo de la misma superficie que la superficie del inyector (42) a través del cual se inyecta el oxidante secundario, D2, está comprendido entre 10 y 60 mm.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el diámetro del círculo de la misma superficie que la superficie del inyector (32) a través del cual se inyecta el segundo chorro de oxidante primario, D1, está comprendido entre 15 y 70 mm.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la cantidad total de oxidante secundario está comprendida entre el 50 y el 90% de la cantidad total de oxidante inyectado.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las velocidades de inyección del segundo chorro de oxidante primario y del chorro de oxidante secundario son inferiores o iguales a 200 m/s.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se la utiliza para la combustión de una carga de vidrio y por que las velocidades de inyección del segundo chorro de oxidante primario y del chorro de oxidante secundario son inferiores o iguales a 100 m/s.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el caudal másico del primer chorro de oxidante primario de envoltura está comprendido entre el 10 y el 20% del valor del caudal másico del chorro de oxidante total, correspondiendo el chorro de oxidante total a la suma de los chorros de oxidante primarios y secundarios.