QUEMADOR FLEXIBLE DE FLUJOS PARALELOS CON CAMARA DE VORTICE.

Quemador (1) de mezcla exterior con un cabezal de quemador (2),

al menos un tubo de gas combustible (3) y al menos un tubo (4) para un gas oxigenado, en donde el cabezal (2) del quemador presenta aberturas de salida del tubo de gas combustible (3) y del tubo (4) para el gas oxigenado y están previstas unas tuberías de alimentación de gas (6, 7) para gas combustible y para gas oxigenado, que están unidas con una respectiva fuente para gas combustible y para gas oxigenado, y de las cuales al menos una tubería de alimentación de gas (6, 7) desemboca excéntricamente en un cámara de vórtice (8, 9) que está montada entre la tubería de alimentación de gas (6) y el tubo de gas combustible (3) y/o entre la tubería de alimentación de gas (7) y el tubo (4) para gas oxigenado, caracterizado porque al menos una de las tuberías de alimentación de gas (6, 7) se divide aguas arriba, delante de la cámara de vórtice (8, 9), en dos tuberías (6a, 6b, 7a, 7b), desembocando excéntricamente una de estas tuberías (6a, 7a) en la cámara de vórtice (8, 9) y desembocando la otra de estas tuberías (6b, 7b) directamente en el tubo de gas combustible (3) o en el tubo (4) para gas oxigenado, y porque están previstas unas válvulas (10, 11, 12, 13) en la parte de las tuberías de alimentaciones de gas (6, 7) en la que al menos una tubería de alimentación de gas (6, 7) está ya dividida en dos tuberías (6a, 6b, 7a, 7b), y está disponible un dispositivo de control o regulación que controla o regula los grados de apertura de las válvulas (10, 11, 12, 13), con lo que se puede ajustar la forma de la llama del quemador (1)

La invención concierne a un quemador de mezcla 5 exterior con un cabezal de quemador, al menos un tubo de gas combustible y al menos un tubo para un gas oxigenado, en donde el cabezal del quemador presenta aberturas de salida del tubo de gas combustible y del tubo para el gas oxigenado. Asimismo, la invención se refiere a un 10 procedimiento de funcionamiento de un quemador de mezcla exterior que presenta al menos un tubo de gas combustible y al menos un tubo para gas oxigenado, a través de los cuales circulan el gas combustible y el gas oxigenado, respectivamente, hacia el cabezal del quemador. 15

Los quemadores de mezcla exterior se utilizan para las más diferentes aplicaciones. Por ejemplo, para calentar y fundir metales o vidrio se utiliza un gran número de quemadores configurados de maneras diferentes, tal como, por ejemplo, se revela en el documento DE 20 2854395 A. Encontrar un quemador que sea adecuado para todas las fases del proceso de fusión y para diferentes casos de carga del horno constituye aquí un desafío.

Por tanto, el problema de la presente invención consiste en desarrollar un quemador que pueda utilizarse 25 ventajosamente para un gran número de casos de aplicación y para cada fase de una aplicación.

El problema planteado se resuelve por el hecho de que están previstas tuberías de alimentación de gas para gas combustible y para gas oxigenado que están unidas con una 30 respectiva fuente para gas combustible y para gas oxigenado y de las cuales al menos una tubería de

alimentación de gas desemboca excéntricamente en una cámara de vórtice que está montada entre la tubería de alimentación de gas y el tubo de gas combustible y/o entre la tubería de alimentación de gas y el tubo para gas oxigenado. 5

Según la invención, al menos una de las tuberías de alimentación de gas se divide aguas arriba, delante de la cámara de vórtice, en dos tuberías, desembocando una de estas tuberías excéntricamente en la cámara de vórtice y desembocando la otra de estas tuberías directamente en el 10 tubo de gas combustible o en el tubo para gas oxigenado.

Según la invención, se han previsto válvulas en la parte de las tuberías de alimentación de gas en la que al menos una tubería de alimentación de gas está ya dividida en dos tuberías, y está disponible un dispositivo de 15 control o regulación que controla o regula los grados de apertura de las válvulas, con lo que se puede ajustar la forma de la llama del quemador.

Convenientemente, las válvulas están construidas como válvulas magnéticas. Éstas admiten un ajuste variable 20 escalonado de la forma de la llama. En caso de requisitos más elevados, se permutan las válvulas magnéticas parcial o enteramente por válvulas de regulación. Éstas admiten un ajuste continuamente variable de la forma de la llama.

Preferiblemente, la cámara de vórtice presenta en una 25 sección perpendicular al eje longitudinal del tubo de gas combustible una sección transversal de forma circular. De manera especialmente preferida, la tubería de alimentación de gas desemboca tangencialmente en la cámara de vórtice. Gracias a cada una de estas configuraciones se puede 30 reducir y minimizar conjuntamente el rozamiento para el flujo vorticial.

En cuanto al procedimiento, el problema planteado se resuelve porque se introducen excéntricamente el gas combustible y/o el gas oxigenado en la cámara de vórtice, en la cual se imprime una circulación vorticial al gas combustible y al gas oxigenado, y el gas combustible o el 5 gas oxigenado, después de abandonar la cámara de vórtice, es alimentado al tubo de gas combustible o al tubo para gas oxigenado.

Según la invención, se controlan o regulan las cantidades de gas combustible y gas oxigenado alimentadas 10 por unidad de tiempo al quemador a través de la cámara de vórtice y sin la cámara de vórtice, conduciéndose el gas combustible y el gas oxigenado a través de válvulas cuyos grados de apertura se controlan o regulan de modo que el quemador genere una llama que presente una forma deseada y 15 ajustable por el sistema de control o regulación.

Por ejemplo, en el calentamiento de hornos industriales para fundir metales o vidrio se utilizan frecuentemente quemadores de combustible-oxígeno. En la combustión de combustible con aire, el nitrógeno contenido 20 como constituyente principal en el aire actúa sustancialmente como gas de lastre. Para reducir el volumen de gas de escape se ha pasado a hacer que los quemadores funcionen con un gas oxigenado como oxidante cuyo contenido de oxígeno está incrementado en comparación 25 con el contenido de oxígeno del aire. Este modo de proceder tiene la ventaja de que, debido al más bajo contenido de nitrógeno, se eleva la temperatura de la llama y se reduce el contenido de calor en el gas de escape, con lo que se puede conseguir un mayor rendimiento 30 térmico y se aminora ventajosamente la formación de óxidos de nitrógeno.

Para la invención son adecuados en calidad de oxidante tanto el aire como un gas oxigenado con un contenido de oxígeno incrementado en comparación con el contenido de oxígeno del aire. La ventaja de utilizar aire consiste en la disponibilidad continua y gratuita. Ya se 5 han explicado las ventajas del mayor contenido de oxígeno.

Se prefiere utilizar aire en calidad de gas oxigenado. Este aire está disponible siempre gratuitamente en todas partes.

Según otra ejecución de la invención, se utiliza como 10 gas oxigenado aire enriquecido en oxígeno. Éste ofrece la ventaja de que sigue siendo barato y, no obstante, muestra ya también, como punto de arranque, las ventajas de la utilización de oxígeno para la combustión que residen en el contenido de nitrógeno aminorado en comparación con el 15 aire y en la más alta temperatura de combustión que se puede lograr.

Según una ejecución preferida de la invención, se utiliza como gas oxigenado un gas con un contenido de oxígeno superior al contenido de oxígeno del aire, 20 especialmente con un contenido de oxígeno superior a 30% en volumen. Las ventajas recién descritas del oxígeno en el oxidante para una combustión son más fuertemente acusadas en esta ejecución.

Según una ejecución especialmente preferida de la 25 invención, se utiliza como gas oxigenado un gas con un contenido de oxígeno superior a 70% en volumen, especialmente superior a 99,5% en volumen. En esta ejecución se manifiestan al máximo las ventajas del oxígeno, pero aumentan así los costes para el oxidante, de 30 modo que deberá realizarse para cada aplicación una ponderación acerca del contenido de oxígeno que es

técnicamente deseable o necesario y resulta económicamente asumible.

Preferiblemente, se imprime una circulación vorticial al flujo de gas combustible. Existe así la ventaja de que se produce un buen mezclado del combustible con el oxígeno 5 junto con una llama ligeramente acortada.

Según otra forma de realización ventajosa de la invención, se imprime una circulación vorticial al flujo del gas oxigenado. Esto es ventajoso, ya que también aquí se acorta algo la llama y se puede fabricar el quemador 10 con una construcción algo más sencilla.

Según una forma de realización especialmente preferida de la invención, se imprimen al flujo de gas combustible y al flujo del gas oxigenado unas circulaciones vorticiales de sentidos idénticos entre 15 ellas. La ventaja consiste aquí en que la llama es muy corta y silenciosa.

Otra ejecución de la invención prevé que se impriman al flujo de gas combustible y al flujo del gas oxigenado unas circulaciones vorticiales de sentidos contrarios 20 entre ellas. Esto es recomendable para el caso de que se necesite una llama voluminosa extremadamente corta.

Una ventaja esencial de la invención consiste en que la variación de la longitud de la llama se puede efectuar sin escalones (sin variar la cantidad de combustible 25 durante el funcionamiento). Tampoco se tienen que realizar variaciones en el quemador (como, por ejemplo, un cambio de boquilla). Así, se puede reducir la longitud momentánea de la llama hasta un tercio de su longitud máxima.

La invención es adecuada especialmente para procesos 30 en los que se funde material sólido para obtener material líquido, ya que aquí los materiales en fusión se modifican

en su forma y la forma de la llama se puede adaptar a esta modificación.

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1. Quemador (1) de mezcla exterior con un cabezal de quemador (2), al menos un tubo de gas combustible (3) y al menos un tubo (4) para un gas oxigenado, en donde el cabezal (2) del quemador presenta aberturas de salida del 5 tubo de gas combustible (3) y del tubo (4) para el gas oxigenado y están previstas unas tuberías de alimentación de gas (6, 7) para gas combustible y para gas oxigenado, que están unidas con una respectiva fuente para gas combustible y para gas oxigenado, y de las cuales al menos 10 una tubería de alimentación de gas (6, 7) desemboca excéntricamente en un cámara de vórtice (8, 9) que está montada entre la tubería de alimentación de gas (6) y el tubo de gas combustible (3) y/o entre la tubería de alimentación de gas (7) y el tubo (4) para gas oxigenado, 15 caracterizado porque al menos una de las tuberías de alimentación de gas (6, 7) se divide aguas arriba, delante de la cámara de vórtice (8, 9), en dos tuberías (6a, 6b, 7a, 7b), desembocando excéntricamente una de estas tuberías (6a, 7a) en la cámara de vórtice (8, 9) y 20 desembocando la otra de estas tuberías (6b, 7b) directamente en el tubo de gas combustible (3) o en el tubo (4) para gas oxigenado, y porque están previstas unas válvulas (10, 11, 12, 13) en la parte de las tuberías de alimentaciones de gas (6, 7) en la que al menos una 25 tubería de alimentación de gas (6, 7) está ya dividida en dos tuberías (6a, 6b, 7a, 7b), y está disponible un dispositivo de control o regulación que controla o regula los grados de apertura de las válvulas (10, 11, 12, 13), con lo que se puede ajustar la forma de la llama del 30 quemador (1).

2. Quemador (1) según la reivindicación 1,

caracterizado porque las válvulas (10, 11, 12, 13) están construidas como válvulas magnéticas (10, 11, 12, 13).

3. Quemador (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la cámara de vórtice (8, 9) presenta una sección transversal de forma circular en un corte 5 perpendicular al eje longitudinal del tubo de gas combustible (3).

4. Quemador (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la tubería de alimentación de gas (6, 7, 6a, 7a) desemboca 10 tangencialmente en la cámara de vórtice (8, 9).

5. Procedimiento de funcionamiento del quemador (1) de mezcla exterior según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que circulan gas combustible y gas oxigenado hacia el cabezal (2) del quemador y el gas 15 combustible y/o el gas oxigenado se introducen excéntricamente en la cámara de vórtice (8, 9), en la que se imprime una circulación vorticial al gas combustible o al gas oxigenado, y el gas combustible o el gas oxigenado, después de abandonar la cámara de vórtice (8, 9), es 20 aportado al tubo de gas combustible (3) o al tubo (4) para gas oxigenado, en el que se controlan y/o regulan las cantidades de gas combustible y gas oxigenado aportadas por unidad de tiempo al quemador (1) a través de la cámara de vórtice (8, 9) y sin la cámara de vórtice (8, 9), y en 25 el que se conducen el gas combustible y el gas oxigenado a través de válvulas (10, 11, 12, 13) cuyos grados de apertura se controlan o regulan de modo que el quemador (1) genere una llama que presente una forma deseada y ajustable por medio del sistema de control y/o regulación. 30

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque se utiliza aire en calidad de gas

oxigenado.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque se utiliza aire enriquecido en oxígeno en calidad de gas oxigenado.

8. Procedimiento según la reivindicación 5, 5 caracterizado porque se utiliza como gas oxigenado un gas con un contenido de oxígeno superior al contenido de oxígeno del aire, especialmente con un contenido de oxígeno superior a 30% en volumen.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, 10 caracterizado porque se utiliza como gas oxigenado un gas con un contenido de oxígeno superior a 70% en volumen, especialmente superior a 99,5% en volumen.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque se imprime 15 una circulación vorticial al flujo de gas combustible.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque se imprime una circulación vorticial al flujo del gas oxigenado.

12. Procedimiento según cualquiera de las 20 reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque se imprimen al flujo de gas combustible y al flujo del gas oxigenado unas circulaciones vorticiales dirigidas ambas en el mismo sentido.

13. Procedimiento según cualquiera de las 25 reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque se imprimen al flujo de gas combustible y al flujo del gas oxigenado unas circulaciones vorticiales dirigidas en sentidos mutuamente opuestos.

14. Uso del quemador (1) de mezcla exterior según 30 cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 para la fusión de metal o vidrio.