Quemador y un horno que comprende tal quemador.

Quemador para un horno que comprende al menos un canal de suministro (12) para suministrar un medio oxidante y una pluralidad de canales de suministro de combustible periféricos,

en donde el canal de suministro del medio oxidante (12) y los canales de suministro de combustible (13) tienen aberturas de salida (14, 15) dispuestas de manera adyacente unas de otras en una superficie de extremo de quemado (11) para formar durante su uso un frente de llama tras la reacción del combustible suministrado con el medio oxidante suministrado, caracterizado porque la abertura de salida (14) del canal de suministro del medio oxidante (12) y las aberturas de salida (15, 15a) de los canales de suministro de combustible (13) se disponen asimétricamente con respecto a cualquier plano dispuesto de manera transversal a la superficie de extremo de quemado y que se extiende a través de un eje central de quemado (C) en donde la distribución de las aberturas de salida de combustible y/o la dimensión de las aberturas de salida de combustible y/o el ángulo de salida de las aberturas de salida de combustible y/o la forma de las aberturas de salida de combustible se disponen asimétricamente a cualquier plano de los mencionados, de manera que durante su uso se crea un frente de llama que es asimétrico con respecto a cualquier plano de los mencionados.

Quemador y un horno que comprende tal quemador

La invención se refiere a quemadores para hornos.

Tales quemadores se conocen y se usan mucho para hornos de alta y/o baja temperatura tales como instalaciones industriales de craqueo o calentadores o reformadores al vapor. Se entiende que un horno de alta temperatura es un horno para uso en producciones industriales, no así a escala de laboratorio, el cual opera a temperaturas relativamente altas. Típicamente el intervalo de temperatura está entre aproximadamente 1100 °C y aproximadamente 1400 °C. La temperatura de operación es bastante crítica de mantener. Tales quemadores pueden usarse además en hornos de baja temperatura que operan a temperaturas fuera del intervalo de 1100 °C -1400 °C. Por lo general, los quemadores se montan en la pared o en el piso o en el techo de la sección radiante de la cámara de combustión. Los quemadores producen un frente de llama que calienta el horno. En el horno se disponen tubos de procesamiento a través de los cuales el producto a procesar, por ejemplo los hidrocarburos a craquear, corren con una velocidad relativamente alta. Para incrementar la producción, los quemadores se posicionan por lo general en un arreglo relativamente compacto. Un inconveniente de los quemadores y/o su arreglo relativamente compacto es que la interacción llama con llama o la propagación de la llama hacia los tubos de procesamiento puede ocurrir e incluso puede alcanzar los tubos. Esto reduce significativamente la eficiencia del proceso y la vida útil de los tubos. Debido a la propagación de la llama, se acelera la formación de coques dentro de los tubos lo cual reduce el intervalo de tiempo entre los ciclos de descarburación, la eficiencia del proceso y la capacidad del horno. Además, debido a la incidencia de la llama en los tubos de procesamiento la atmósfera fuera de los tubos alterna como reductor/oxidante lo que resulta en la degradación del material del tubo. Esto incrementa los costos y reduce la disponibilidad y/o capacidad del horno.

Uno de los objetivos de la invención es proporcionar un quemador que elimine al menos uno de los inconvenientes mencionados anteriormente.

Para ello, la invención proporciona un quemador para un horno que comprende al menos un canal de suministro para suministrar un medio oxidante y una pluralidad de canales periféricos de suministro de combustible, en donde el canal de suministro del medio oxidante y los canales de suministro de combustible tienen aberturas de salida dispuestas entre ellos de manera adyacente en una superficie de extremo de quemado para formar durante su uso un frente de llama tras la reacción del combustible suministrado con el medio oxidante suministrado, en donde las aberturas de salida del canal de suministro del medio oxidante y las aberturas de salida de los canales de suministro de combustible se disponen asimétricamente con respecto a cualquier plano transversal a la superficie de extremo del quemador y se extienden a través de un eje central de quemado en donde la distribución de las aberturas de salida y/o la dimensión de las aberturas de salida de combustible y/o el ángulo de salida de las aberturas de salida de combustible y/o la forma de las aberturas de salida de combustible se disponen asimétricamente a cualquier plano de los mencionados, de manera que se crea durante su uso un frente de llama que es asimétrico con respecto a cualquier plano de los mencionados. Cuando se proporciona el arreglo de las aberturas de salida del combustible y la abertura de salida del medio oxidante de manera que se obtiene un frente de llama asimétrico, puede evitarse y/o minimizarse la interacción de los frentes de llama de quemadores adyacentes, reduciendo de esta manera el riesgo de propagación de la llama. El solicitante ha determinado experimentalmente que la propagación de la llama en quemadores que producen un frente de llama asimétrico es prácticamente nula. De esta manera, la vida útil, los costos, la eficiencia y/o la capacidad de los tubos y/o del horno se hacen más predecibles y pueden hacerse más controlables.

Cabe señalar que los quemadores conocidos se configuran para producir llamas con frentes de llama simétricos. De hecho, los quemadores conocidos necesitan cumplir con los estándares para quemadores en los cuales se garantizan formas de llama simétricas (tales como las formas cónica, cilíndrica o tipo cola de pez) . Tal estándar para quemador se define por ejemplo en "Quemadores para Calentadores a Fuego en Servicios de Refinería General, API Práctica Recomendada 535 (Segunda Edición, enero 2006) ".

Tales quemadores se conocen por ejemplo del documento US 2003/148236el cual describe un quemador de ultra bajo NOx, en donde se proporcionan lanzas de múltiples niveles de combustible alrededor de un dispositivo de vórtice de gran escala con un suministro de combustible y oxidante. El quemador de combustible gaseoso de ultra bajo NOx para aplicaciones en procedimientos de calentamiento como se describe en el documento US 2003/148236 permite llamas que cubren el espacio de combustión, uniformes y no luminosas con emisiones de NOx extremadamente bajas. Esto se logra mediante el uso de un estabilizador de llama para mantener la estabilidad total de la llama y las lanzas de combustibles múltiples uniformemente separadas y divergentes hacia abajo para inyectar combustible balanceado en varios chorros turbulentos dentro del espacio del horno para crear una recirculación interna masiva de humo. El documento US 2007/254251 describe un quemador de ultra bajo NOx con una ubicación angular escalonada de bocas de combustible y bocas oxidantes en posiciones circunferenciales con respecto al eje del conjunto del quemador. Las bocas de combustible pueden proporcionarse a una distancia radial diferente desde la boca del conjunto del quemador o a la misma distancia. Adicionalmente, los estabilizadores de llama de combustible oxigenado pueden instalarse en la cubierta de quemado para proporcionar estabilidad a la llama durante la cocción del combustible oxigenado.

La forma de la llama se determina por la cubierta de quemado, la perforación de la punta de gas y los aerodinámicos del quemador. Las cubiertas de quemado redondas se usan para producir una llama de forma cilíndrica o cónica. Los quemadores de llama plana se diseñan con cubiertas de quemado rectangulares y producen una llama en forma de cola de pez. Estos quemadores se usan cuando se realiza la cocción cerca de paredes refractantes o donde el espacio del tubo es limitado.

A lo largo de esta solicitud, los términos "simetría" y "asimetría" del frente de llama se basan en la definición de la simetría de la reflexión tridimensional. La simetría de la reflexión tridimensional se define como la simetría de la reflexión alrededor de un plano de simetría. Para beneficio total, se señala que la simetría de la reflexión bidimensional puede definirse como la simetría de la reflexión alrededor de una línea o eje y de esta manera se distingue claramente de la simetría de la reflexión tridimensional.

En una modalidad adicional de la invención, el plano de simetría transversal a la superficie de extremo del quemador se define como un plano de simetría de una cubierta de quemado, tal como una cubierta de quemado redonda o una cubierta de quemado rectangular, del quemador, dispuesta en la superficie de extremo del quemador.

De esta manera, de acuerdo con la invención, el quemador, al menos la superficie de extremo del quemador que incluye la abertura de salida del canal de suministro del medio oxidante y las aberturas de salida de los canales de suministro de combustible, no tiene plano de simetría. Por lo tanto, el frente de llama generado por el quemador de acuerdo con la invención no tiene plano de simetría tampoco. Con un quemador como este los inconvenientes de los quemadores de la técnica anterior se superan al menos parcialmente de manera que se evita y/o al menos se minimiza la interacción de los frentes de llama de quemadores adyacentes, reduciéndose de esta manera el riesgo de propagación de la llama.

Las aberturas de salida de combustible se disponen asimétricamente. Por ejemplo, la capacidad de las aberturas de salida de combustible puede diferir, por ejemplo aberturas de gran capacidad y aberturas de poca capacidad, y la capacidad se dispone asimétricamente. En una modalidad, las propias aberturas de salida de combustible pueden tener geométricamente una distribución simétrica con respecto al plano de simetría, pero puede haber una diferencia entre las aberturas de poca capacidad y las aberturas de gran capacidad lo que resulta en una distribución asimétrica de la capacidad.

La invención se aplica favorablemente en hornos para los cuales es fundamental... [Seguir leyendo]

1. Quemador para un horno que comprende al menos un canal de suministro (12) para suministrar un medio oxidante y una pluralidad de canales de suministro de combustible periféricos, en donde el canal de suministro 5 del medio oxidante (12) y los canales de suministro de combustible (13) tienen aberturas de salida (14, 15) dispuestas de manera adyacente unas de otras en una superficie de extremo de quemado (11) para formar durante su uso un frente de llama tras la reacción del combustible suministrado con el medio oxidante suministrado, caracterizado porque la abertura de salida (14) del canal de suministro del medio oxidante (12) y las aberturas de salida (15, 15a) de los canales de suministro de combustible (13) se disponen 10 asimétricamente con respecto a cualquier plano dispuesto de manera transversal a la superficie de extremo de quemado y que se extiende a través de un eje central de quemado (C) en donde la distribución de las aberturas de salida de combustible y/o la dimensión de las aberturas de salida de combustible y/o el ángulo de salida de las aberturas de salida de combustible y/o la forma de las aberturas de salida de combustible se disponen asimétricamente a cualquier plano de los mencionados, de manera que durante su uso se crea un frente de llama que es asimétrico con respecto a cualquier plano de los mencionados.

2. Quemador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el canal de suministro de combustible (13) comprende una punta de extremo (16) que comprende al menos una abertura de salida de combustible (15, 15a) .

3. Quemador de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el arreglo de al menos una punta de extremo (16) difiere de las otras puntas extrema del quemador.

4. Quemador de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en donde la punta de extremo (16) es intercambiable.

5. Quemador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el quemador es un quemador Large Scale Vortex®.

6. Horno (1) que comprende al menos un quemador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -5.

7. Horno (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde los quemadores se disponen en una fila sobre una pared lateral de una cámara de combustión (2) del horno (1) .