Quemador.

Un quemador (1) que comprende un canal central (2) y al menos un canal coaxial (6) que rodea el canalcentral (2),

conduciendo los canales desde un lado de suministro corriente arriba a un extremo de descargacorriente abajo, estando definidos el canal central (2) y el canal coaxial (6) por paredes internas y externasconcéntricas (3, 5) que tienen extremos exteriores corriente abajo perfilados para definir una rendija anular (10) queforma un extremo de descarga del canal coaxial (6) y que converge hacia un extremo de descarga adyacente delcanal central (2), estando recubierto el quemador (1) por una camisa de enfriamiento (14) y comprendiendo una carafrontal con paredes dobles (21), estando las paredes dobles de la cara frontal separadas por uno o más deflectores(28) que definen un pasaje de flujo de enfriamiento operativamente conectado a la camisa de enfriamiento (14), endonde la camisa de enfriamiento (14) tiene una sección corriente arriba (14A) y una sección de transición (25) quese estrechan hacia la cara frontal (21) que tiene un diámetro externo más pequeño que la sección corriente arriba dela camisa de enfriamiento (14A).

Quemador

La invención se refiere a un quemador que comprende un canal central y al menos un canal coaxial que lo rodea para el suministro de flujos separados de medios gaseosos co-reactivos o transportados por gas. El quemador es particularmente adecuado para el uso en la combustión parcial de combustibles carbonosos, tales como combustible sólido dividido finamente transportado por un gas portador, por ejemplo, carbón pulverizado transportado por un gas portador tal como gas nitrógeno y/o dióxido de carbono, utilizando un gas que contiene oxígeno, por ejemplo, para producir un gas de síntesis presurizado, gas combustible o gas reductor.

La combustión parcial, también conocida como gasificación, de un combustible carbonoso sólido se obtiene mediante la reacción del combustible con oxígeno. El combustible contiene principalmente carbono e hidrógeno como componentes combustibles. El combustible carbonoso dividido finamente transportado por gas y el gas que contiene oxígeno se pasan a través de canales separados en el quemador en un reactor a una velocidad relativamente alta. En el reactor se mantiene una llama, en la cual el combustible reacciona con el oxígeno en el gas que contiene oxígeno a temperaturas por encima de 1300°C para formar principalmente monóxido de carbono e hidrógeno.

La expresión "gas que contiene oxígeno", tal como se utiliza en la presente, pretende referirse a un gas que contiene oxígeno libre, O2, e incluir aire, aire enriquecido con oxígeno, es decir, más de 21% molar de oxígeno y también oxígeno sustancialmente puro, es decir, más de aproximadamente 95% molar de oxígeno, comprendiendo el resto gases que se encuentran normalmente en el aire, tales como nitrógeno y/o gases raros.

La expresión "combustible carbonoso sólido", tal como se utiliza en la presente, pretende incluir varios materiales combustibles transportados por gases y mezclas de los mismos del grupo de carbón, coque a partir de carbón, residuos de la licuefacción de carbón, coque de petróleo, hollín, biomasa y sólidos particulados derivados de esquisto bituminoso, arenas alquitranadas y brea. El carbón puede ser de cualquier tipo, incluido de lignita, sub-bituminoso, bituminoso y de antracita. Los combustibles carbonosos sólidos preferiblemente se trituran hasta un tamaño de partícula de modo que al menos aproximadamente 90% en peso del material es menor que 90 micrones y el contenido de humedad es menor que aproximadamente cinco por ciento en peso.

El documento US-A-4887962 divulga un quemador para dicho proceso de combustión parcial. El quemador comprende un canal central con una salida para suministrar el combustible a la zona de combustión y un canal anular coaxial con una salida que rodea la salida del canal central para suministrar un gas que contiene oxígeno que se intersecta y mezcla con el flujo del combustible sólido de la salida del canal central. El quemador comprende además una cara frontal dispuesta en el extremo de descarga del quemador. La cara frontal tiene una apertura central a través de la cual el combustible y el gas que contiene oxígeno fluyen a la zona de combustión. Cerca de la salida, el diámetro del canal anular que suministra el gas que contiene oxígeno disminuye, lo que resulta en un ángulo con respecto al eje longitudinal. La rendija anular inclinada obtenida de este modo debería estar dimensionada de manera estable para obtener un flujo constante y uniformemente distribuido del gas que contiene oxígeno. Debido a la inclinación de la rendija anular en la dirección del flujo, el flujo de gas que mana se intersectará y se mezclará con el flujo del material combustible co-reactivo que mana del canal central hacia la zona de combustión corriente abajo.

Dado que las temperaturas de combustión pueden alcanzar 1300°C o más, una preocupación primaria de dichos quemadores es prevenir el daño al frente del quemador, también denominado cara del quemador, provocado por el flujo de calor alto durante el proceso de gasificación. Para proteger el frente del quemador del sobrecalentamiento, el documento US-A-4887962 propone utilizar un miembro de pared hueca con pasajes de enfriamiento internos a través de los cuales circula fluido refrigerante a una tasa rápida a lo largo de un pasaje de flujo en espiral para asegurar un enfriamiento uniforme de la cara frontal del quemador de forma de minimizar los estreses térmicos que podrían provocar deterioro o incluso la rotura del quemador durante un funcionamiento prolongado, particularmente por estreses por fatiga, que pueden resultar en última instancia en fugas de refrigerante. En el documento US-A-4887962 se requiere un gran número de giros del espiral para enfriar el frente del quemador completo, lo que resulta en una caída considerable de la presión.

Es un objeto de la presente invención aumentar la eficacia del flujo del refrigerante, particularmente cuando los estreses térmicos son más altos.

El objeto de la invención se logra proporcionando un quemador que comprende un canal central y al menos un canal coaxial que rodea el canal central, conduciendo los canales desde un lado de suministro corriente arriba hasta un extremo de descarga corriente abajo, estando definidos el canal central y el canal coaxial por paredes internas y externas concéntricas que tienen extremos exteriores corriente abajo libres perfilados para definir una rendija anular que forma un extremo de descarga del canal coaxial y que convergen hacia un extremo de descarga adyacente del canal central, estando recubierto el quemador por una camisa de enfriamiento y comprendiendo una cara frontal con paredes dobles separadas por uno o más deflectores que definen un pasaje de flujo de refrigerante operativamente conectado a la camisa de enfriamiento que tiene una sección de transición que se estrecha hacia el diámetro externo más pequeño de la cara frontal. La sección de transición puede ser, por ejemplo, completamente o parcialmente cónica, semi-esférica o escalonada o puede tener cualquier otra forma adecuada que se estrecha en la dirección del

flujo hasta un diámetro más pequeño. Como resultado, el efecto de enfriamiento se centra en la punta de los canales, donde los flujos de combustible y oxígeno se intersectan y mezclan y donde los estreses térmicos son más altos. La caída de presión en el pasaje de flujo dentro de la cara frontal se reduce de manera efectiva.

La sección de transición de la camisa de enfriamiento puede estar directamente conectada a su parte corriente arriba. Alternativamente, la sección de transición de la camisa de enfriamiento con las partes del quemador corriente abajo rodeadas por la misma y la parte corriente arriba de la camisa de enfriamiento con las partes del quemador rodeadas por la misma están montadas en lados opuestos de un bloque de conexión que tiene aberturas para permitir el flujo desde la parte corriente arriba de los canales y los pasajes de flujo de refrigerante hasta sus partes corriente abajo. La ventaja de dicha conexión es que resulta en un flujo de salida más estable y constante de gas a través de la rendija anular.

Opcionalmente, la camisa de enfriamiento comprende al menos un compartimento con deflectores que definen un pasaje de flujo en espiral. Un pasaje de flujo en espiral puede realizarse, por ejemplo, de un modo rentable con al menos tres deflectores paralelos que definen secciones de canales paralelos que son concéntricas con el canal central del quemador, estando cada deflector proporcionado con una interrupción entre dos extremos de deflectores enfrentados, con particiones paralelas, cada una uniendo un extremo del deflector a un extremo del deflector enfrentado de un deflector adyacente. De este modo, las particiones conducen el flujo de refrigerante desde una sección de canal a una siguiente. Para optimizar hidráulicamente el flujo de refrigerante, las secciones de los canales pueden, por ejemplo, estar dimensionadas de modo que el área transversal de una sección de canal es más pequeña que el área transversal de la sección del canal siguiente en dirección del flujo del refrigerante.

El presente quemador es adecuado para introducir los reactivos de cualquier modo deseado, es decir, verticalmente, horizontalmente o en un ángulo, en la zona de reacción de un generador de gas de oxidación parcial, y es particularmente adecuado para su uso en un aparato de gasificación de combustible sólido que tiene una pluralidad de quemadores para los reactivos ubicados en lados sustancialmente opuestos de la zona de combustión, por lo cual los reactivos se introducen horizontalmente y los chorros del quemador impactan entre sí para facilitar el proceso de oxidación parcial y para minimizar la erosión de la pared refractaria.

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1. Un quemador (1) que comprende un canal central (2) y al menos un canal coaxial (6) que rodea el canal central (2) , conduciendo los canales desde un lado de suministro corriente arriba a un extremo de descarga corriente abajo, estando definidos el canal central (2) y el canal coaxial (6) por paredes internas y externas concéntricas (3, 5) que tienen extremos exteriores corriente abajo perfilados para definir una rendija anular (10) que forma un extremo de descarga del canal coaxial (6) y que converge hacia un extremo de descarga adyacente del canal central (2) , estando recubierto el quemador (1) por una camisa de enfriamiento (14) y comprendiendo una cara frontal con paredes dobles (21) , estando las paredes dobles de la cara frontal separadas por uno o más deflectores (28) que definen un pasaje de flujo de enfriamiento operativamente conectado a la camisa de enfriamiento (14) , en donde la camisa de enfriamiento (14) tiene una sección corriente arriba (14A) y una sección de transición (25) que se estrechan hacia la cara frontal (21) que tiene un diámetro externo más pequeño que la sección corriente arriba de la camisa de enfriamiento (14A) .

2. El quemador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la sección de transición (25) es al menos parcialmente cónica.

3. El quemador de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la sección de transición (25) de la camisa de enfriamiento (14) delimita un pasaje de flujo en espiral operativamente conectado al pasaje de flujo dentro de la cara frontal (21) .

4. El quemador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la sección de transición (25) de la camisa de enfriamiento y la parte corriente arriba de la camisa de enfriamiento están montadas en lados opuestos de un bloque de conexión (11) que tiene aberturas (12, 13, 20) para permitir el flujo a través de los canales (6, 2) y los pasajes de flujo del refrigerante.

5. El quemador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la camisa de enfriamiento (14) comprende al menos un compartimiento (18B) con al menos tres deflectores paralelos (19) que definen secciones del canal (32) concéntricas con el canal central del quemador (2) , proporcionándose cada deflector (19) con una abertura (33) entre dos extremos de los deflectores enfrentados (34, 35) , con particiones paralelas (36) cada una uniendo un extremo del deflector (34) a un extremo del deflector enfrentado (35) de un deflector adyacente (19) .

6. El quemador de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el área transversal de una sección de canal (32) es más pequeña que el área transversal de una sección de canal (32) siguiente en dirección del flujo del refrigerante.