ES3018150T3 - Method for staged combustion of a fuel and combustion head - Google Patents
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Abstract
Método: Cabezal de combustión para la combustión escalonada de un combustible con suministro de aire de combustión (28) a un tubo quemador (12). Se suministra una primera cantidad de combustible para formar una llama primaria (24) dentro del tubo quemador. Una segunda cantidad de combustible se suministra aguas abajo para formar un frente de llama principal (26). El frente de llama principal (26) se estabiliza aguas abajo del tubo quemador (12) y a cierta distancia de este. Los suministros de combustible están diseñados para que la llama primaria (24) queme con una estequiometría superior a 1,5, en particular superior a 2,0. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Method: Combustion head for the staged combustion of a fuel with combustion air supply (28) to a burner tube (12). A first quantity of fuel is supplied to form a primary flame (24) within the burner tube. A second quantity of fuel is supplied downstream to form a main flame front (26). The main flame front (26) is stabilized downstream of the burner tube (12) and at a certain distance from it. The fuel supplies are designed so that the primary flame (24) burns with a stoichiometry greater than 1.5, in particular greater than 2.0. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento para la combustión escalonada de un combustible y cabezal de combustión Procedure for the staged combustion of a fuel and combustion head
[0001]La presente invención se refiere a un procedimiento para la combustión escalonada de un combustible y a un cabezal de combustión para la combustión escalonada de un combustible. [0001]The present invention relates to a method for the staged combustion of a fuel and to a combustion head for the staged combustion of a fuel.
[0002]La combustión de combustibles fósiles en instalaciones de combustión también produce óxidos de nitrógeno, por ejemplo NO, NO2, además de otros productos de combustión. En lo sucesivo se hablará de manera abreviada únicamente de NO. Estas y otras emisiones contaminantes pueden verse influidas y reducidas por medidas de diseño en los quemadores. Los mecanismos de reacción que conducen a tales óxidos de nitrógeno son ampliamente conocidos y se diferencian generalmente en formación térmica e instantánea de NO, así como formación de NO como resultado de la oxidación del nitrógeno unido químicamente en el combustible. [0002]The combustion of fossil fuels in combustion plants also produces nitrogen oxides, e.g., NO, NO2, in addition to other combustion products. Hereinafter, NO will be referred to briefly only. These and other pollutant emissions can be influenced and reduced by design measures in the burners. The reaction mechanisms leading to such nitrogen oxides are widely known and are generally differentiated into thermal and instantaneous formation of NO, as well as formation of NO as a result of the oxidation of chemically bound nitrogen in the fuel.
[0003]A este respecto, se sabe que el NO térmico según el llamado mecanismo de Zeldovich depende, por un lado, del tiempo de permanencia de los reactivos en la zona de combustión y, por otro, en gran medida de la propia temperatura de combustión. La temperatura de combustión está vinculada a la relación combustible/aire A. La temperatura máxima de combustión se fija en una relación combustible/aire de A=1. Esto también se conoce como relación estequiométrica. El aire de combustión contiene el oxígeno justo para que el combustible se queme por completo. Una relación combustible/aire de A < 1 se denomina mezcla rica, es decir, hay demasiado combustible. Una relación combustible/aire de A >1 se denomina mezcla pobre, es decir, hay exceso de aire. En ambos casos, la temperatura de combustión vuelve a descender y, en consecuencia, se forma menos NO térmico. [0003]In this regard, it is known that thermal NO according to the so-called Zeldovich mechanism depends, on the one hand, on the residence time of the reactants in the combustion zone and, on the other hand, to a large extent on the combustion temperature itself. The combustion temperature is linked to the fuel/air ratio A. The maximum combustion temperature is set at a fuel/air ratio of A = 1. This is also known as the stoichiometric ratio. The combustion air contains just enough oxygen for the fuel to burn completely. A fuel/air ratio of A < 1 is called a rich mixture, i.e. there is too much fuel. A fuel/air ratio of A > 1 is called a lean mixture, i.e. there is too much air. In both cases, the combustion temperature drops again and, consequently, less thermal NO is formed.
[0004]Además del NO térmico, la formación de NOx instantáneo también desempeña un papel no desdeñable. El NO instantáneo es producido por radicales de hidrocarburos CH formados como intermediarios en las llamas, que están presentes como productos intermedios durante la combustión de combustibles fósiles que contienen carbono. Los radicales de CH reaccionan con el nitrógeno del aire para formar ácido cianhídrico (HCN), que a su vez se convierte en NO en reacciones de formación muy rápida. Un método probado para suprimir la formación de radicales de CH libres y, por tanto, la formación de NO instantáneo es la combustión pobre o la combustión sobreestequiométrica. La combustión pobre se refiere a la combustión con exceso de aire, es decir, con A > 1. [0004]In addition to thermal NO, the formation of flash NOx also plays a significant role. Flash NOx is produced by hydrocarbon radicals CH formed as flame intermediates, which are present as intermediate products during the combustion of carbon-containing fossil fuels. The CH radicals react with nitrogen in the air to form hydrocyanic acid (HCN), which in turn is converted into NO in very fast formation reactions. A proven method for suppressing the formation of free CH radicals and thus the formation of flash NOx is lean combustion or overstoichiometric combustion. Lean combustion refers to combustion with excess air, i.e. with A > 1.
[0005]El NO instantáneo se produce en pequeñas cantidades en comparación con el NO térmico, pero es un factor decisivo para reducir la formación de NO, especialmente en aplicaciones de NO ultrabajo. [0005]Instantaneous NO is produced in small quantities compared to thermal NO, but it is a decisive factor in reducing NO formation, especially in ultra-low NO applications.
[0006]También se sabe que la recirculación o la realimentación de los gases de escape producidos durante la combustión tiene un efecto positivo en la reducción de la formación de óxido de nitrógeno. Los gases de escape enfriados realimentados reducen así tanto la temperatura de la propia llama como la presión parcial de O2 en la zona de combustión. Ambos efectos contribuyen a la reducción de la formación de NO. Sin embargo, la adición de cantidades crecientes de gases de escape tiende a desestabilizar el proceso de combustión continua. [0006]It is also known that the recirculation or recirculation of the exhaust gases produced during combustion has a positive effect on reducing the formation of nitrogen oxide. The recirculated cooled exhaust gases thus reduce both the temperature of the flame itself and the partial pressure of O2 in the combustion zone. Both effects contribute to the reduction of NO formation. However, the addition of increasing quantities of exhaust gases tends to destabilize the continuous combustion process.
[0007]Los documentos EP 1754 937 B1 y EP 2 037 173 B1 muestran cabezales de combustión con los que se consigue una reducción de NO. Se trata a este respecto principalmente de procedimientos de combustión de una sola fase que solo permiten optimizar el NO y estabilizar la llama de forma limitada. El documento DE 195 09 219 A1 muestra un cabezal de combustión para una combustión en dos fases con una mezcla de aire-gas sobreestequiométrica en la primera fase y una mezcla de aire-gas subestequiométrica en la segunda fase. El documento DE 4427104 A1 muestra un procedimiento para la combustión escalonada de un combustible. En un tubo de quemador se forma una llama primaria muy sobreestequiométrica. Una segunda cantidad de combustible se alimenta aguas abajo para una llama principal de tal manera que se produzca una combustión estequiométricamente completa. El documento EP 3078910 B1 muestra un quemador de gas con combustión en varias fases con una llama primaria muy sobreestequiométrica dentro de un tubo de quemador y una llama principal ligeramente sobreestequiométrica a la salida del tubo de quemador. [0007] EP 1754 937 B1 and EP 2 037 173 B1 show combustion heads that achieve a reduction in NO. These are primarily single-stage combustion processes that only allow for limited NO optimization and flame stabilization. DE 195 09 219 A1 shows a combustion head for two-stage combustion with an overstoichiometric air-gas mixture in the first stage and a substoichiometric air-gas mixture in the second stage. DE 4427104 A1 shows a method for the staged combustion of a fuel. A highly overstoichiometric primary flame is formed in a burner tube. A second quantity of fuel is fed downstream for a main flame such that stoichiometrically complete combustion occurs. EP 3078910 B1 shows a gas burner with multi-stage combustion with a highly overstoichiometric primary flame inside a burner tube and a slightly overstoichiometric main flame at the burner tube outlet.
[0008]El cabezal de combustión primaria presenta un generador de turbulencia, así como toberas de gas principal y estabilizador. Todo el aire de combustión fluye a través de ambas fases de combustión. El quemador de gas consigue una reducción del NOx térmico. [0008]The primary combustion head features a turbulence generator, as well as main gas nozzles and a stabilizer. All combustion air flows through both combustion stages. The gas burner achieves a reduction in thermal NOx.
[0009]En un cabezal de combustión se suele distinguir entre las denominadas zonas de mezcla y las denominadas zonas de combustión. [0009]In a combustion head, a distinction is usually made between the so-called mixing zones and the so-called combustion zones.
[0010]En una zona de mezcla se mezclan diferentes fluidos que (todavía) no se han quemado. En una zona de mezcla no suelen darse las condiciones necesarias para la combustión. Este puede ser el caso, por ejemplo, si la velocidad de flujo de la mezcla inflamable es significativamente mayor que la velocidad de la llama. [0010]In a mixing zone, various fluids that have not yet combusted are mixed. In a mixing zone, the conditions necessary for combustion are usually not met. This may be the case, for example, if the flow velocity of the flammable mixture is significantly higher than the flame velocity.
[0011]Una zona de combustión es una región en la que se dan las condiciones necesarias para la combustión. Existe una zona de combustión si hay una mezcla inflamable (por ejemplo, mezcla de combustible-aire de combustión, mezcla de combustible-aire de combustión-gas de escape, mezcla de combustible-agente oxidante, mezcla de combustible-agente oxidante-gas de escape), la velocidad de flujo de la mezcla inflamable y la velocidad de la llama son esencialmente iguales y hay una temperatura igual o superior a la temperatura de ignición de la mezcla inflamable. El término genérico agente oxidante abarca el término aire de combustión, pero también incluye, por ejemplo, aire ambiente enriquecido con oxígeno adicional. No puede producirse ignición ni combustión en regiones en las que no se cumplan estas condiciones. Las zonas de mezcla a menudo confluyen en zonas de combustión sin una separación espacial clara. [0011]A combustion zone is a region in which the conditions necessary for combustion are met. A combustion zone exists if a flammable mixture (e.g., fuel-combustion air mixture, fuel-combustion air-exhaust gas mixture, fuel-oxidizer mixture, fuel-oxidizer-exhaust gas mixture) is present, the flow velocity of the flammable mixture and the flame velocity are essentially equal, and there is a temperature equal to or higher than the ignition temperature of the flammable mixture. The generic term oxidizer encompasses the term combustion air, but also includes, e.g., ambient air enriched with additional oxygen. Ignition and combustion cannot occur in regions where these conditions are not met. Mixing zones often merge into combustion zones without a clear spatial separation.
[0012]Por estas y otras razones, existe la necesidad de la presente invención. Un objetivo de la invención es proporcionar una combustión ventajosa desde el punto de vista energético con emisiones de NO minimizadas. El objetivo se consigue mediante las características de las reivindicaciones independientes. [0012]For these and other reasons, there is a need for the present invention. An objective of the invention is to provide energy-efficient combustion with minimized NO emissions. This objective is achieved by the features of the independent claims.
[0013]Los fines y las características de la presente invención quedarán claros en la siguiente descripción de ejemplos de realización, que se da con referencia a las figuras adjuntas, en las que: [0013]The purposes and characteristics of the present invention will become clear from the following description of embodiments, which is given with reference to the attached figures, in which:
la Fig. 1 muestra, de manera muy esquematizada, una vista lateral de un cabezal de combustión; Fig. 1 shows, in a very schematic manner, a side view of a combustion head;
la Fig. 2 muestra, esquemáticamente en perspectiva, partes de un cabezal de combustión desde un lado de alimentación de combustible; Fig. 2 shows, schematically in perspective, parts of a combustion head from a fuel supply side;
la Fig. 3 muestra, esquemáticamente en perspectiva, partes del cabezal de combustión de la Fig. 2 desde un lado de la llama; Fig. 3 shows, schematically in perspective, parts of the combustion head of Fig. 2 from one side of the flame;
la Fig. 4 muestra, esquemáticamente, una vista lateral de un cabezal de combustión; Fig. 4 shows, schematically, a side view of a combustion head;
la Fig. 5 muestra, esquemáticamente, una vista en sección de una sección delantera de un cabezal de combustión; y Fig. 5 shows, schematically, a sectional view of a front section of a combustion head; and
la Fig. 6 muestra, esquemáticamente, una vista frontal de un cabezal de combustión. Fig. 6 shows, schematically, a front view of a combustion head.
[0014]A continuación, se describen aspectos y formas de realización con referencia a los dibujos, en los que se utilizan generalmente referencias idénticas o similares para referirse a elementos idénticos o similares. En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de uno o más aspectos de las formas de realización. Sin embargo, puede resultar evidente para un experto en la materia que uno o más aspectos de las formas de realización pueden implementarse con una menor medida de los detalles específicos. En otros casos, los elementos se muestran esquemáticamente para facilitar la descripción de uno o más aspectos de las formas de realización. La siguiente descripción no debe interpretarse por ello como limitativa. Cabe señalar que la representación de los distintos elementos en las figuras no está necesariamente a escala. [0014]Aspects and embodiments are described below with reference to the drawings, in which identical or similar references are generally used to refer to identical or similar elements. In the following description, numerous specific details are set forth to provide a complete understanding of one or more aspects of the embodiments. However, it may be apparent to one skilled in the art that one or more aspects of the embodiments may be implemented with a lesser extent of the specific details. In other cases, elements are shown schematically to facilitate the description of one or more aspects of the embodiments. The following description should not be construed as limiting. It should be noted that the representation of the various elements in the figures is not necessarily to scale.
[0015]La terminología direccional utilizada en la descripción con referencia a los dibujos, tal como "arriba", "abajo", "lado superior", "lado inferior", "izquierda", "derecha", "lado delantero", "lado trasero", "vertical", "horizontal", etc., no ha de entenderse como limitativa. Los componentes de las formas de realización pueden colocarse en distintas orientaciones; la terminología direccional se utiliza únicamente con fines explicativos. Se entiende que pueden utilizarse otras formas de realización y que pueden introducirse cambios estructurales o lógicos sin apartarse del concepto de la presente invención. [0015] Directional terminology used in the description with reference to the drawings, such as "up," "down," "top side," "bottom side," "left," "right," "front side," "rear side," "vertical," "horizontal," etc., is not to be construed as limiting. Components of the embodiments may be positioned in various orientations; the directional terminology is used for illustrative purposes only. It is understood that other embodiments may be utilized and that structural or logical changes may be made without departing from the concept of the present invention.
[0016]Los procedimientos de combustión de varias fases se conocen en la práctica desde hace mucho tiempo. En la actualidad, sin embargo, los enfoques conocidos hasta la fecha no son suficientes para poder seguir cumpliendo a largo plazo los requisitos en cuanto a NO, cada vez más estrictos, impuestos al funcionamiento de las instalaciones de combustión. Una reducción más intensa de NO es posible mediante la combustión escalonada de acuerdo con la divulgación. Con una capacidad de regulación apropiada, la reducción de NO también puede garantizarse en un amplio rango de cargas y/o para diferentes combustibles y/o para diferentes cámaras de combustión. [0016] Multi-stage combustion processes have been known in practice for a long time. However, the approaches known to date are currently not sufficient to continue to meet the increasingly stringent NO requirements imposed on the operation of combustion plants in the long term. A more intensive NO reduction is possible through staged combustion according to the disclosure. With appropriate controllability, NO reduction can also be ensured over a wide load range and/or for different fuels and/or for different combustion chambers.
[0017]Se proporciona un procedimiento para la combustión escalonada de un combustible alimentando aire de combustión a un tubo de quemador de acuerdo con la reivindicación 1. El combustible puede ser un gas o un combustible líquido. Se alimenta una primera cantidad de combustible al interior del tubo de quemador para formar una llama primaria. Puede alimentarse una segunda cantidad de combustible aguas abajo para formar un frente de llama principal. La llama principal se estabiliza aguas abajo del tubo de quemador y a cierta distancia de este. Las alimentaciones de combustible están diseñadas de modo que la llama primaria arda con una estequiometría superior a 1,5, en particular superior a 2,0. Esto permite alcanzar una temperatura de llama muy baja. Prácticamente no se forma nada de NO instantáneo. La llama principal es ligeramente sobreestequiométrica. La estequiometría puede situarse entre 1,03 ... 1,18. La temperatura de la llama principal puede reducirse significativamente mediante la recirculación de los gases de escape dentro de la cámara de combustión. [0017] A method is provided for the staged combustion of a fuel by feeding combustion air into a burner tube according to claim 1. The fuel may be a gas or a liquid fuel. A first quantity of fuel is fed into the burner tube to form a primary flame. A second quantity of fuel may be fed downstream to form a main flame front. The main flame is stabilized downstream of the burner tube and at a distance from it. The fuel feeds are designed such that the primary flame burns with a stoichiometry greater than 1.5, in particular greater than 2.0. This makes it possible to achieve a very low flame temperature. Virtually no instantaneous NO is formed. The main flame is slightly overstoichiometric. The stoichiometry may be between 1.03 ... 1.18. The temperature of the main flame can be significantly reduced by recirculating the exhaust gases within the combustion chamber.
[0018]En una forma de realización, la primera cantidad de combustible puede regularse independientemente de la segunda cantidad de combustible. Esto garantiza una llama primaria sobreestequiométrica en un amplio rango de cargas. [0018]In one embodiment, the first fuel quantity can be regulated independently of the second fuel quantity. This ensures a superstoichiometric primary flame over a wide load range.
[0019]En una forma de realización, la primera cantidad de combustible alimentada puede ser significativamente menor que la segunda cantidad de combustible alimentada. La primera cantidad de combustible puede ser aproximadamente entre el 3 % y el 15 % de la cantidad total de combustible, es decir, la suma de la primera cantidad de combustible y la segunda cantidad de combustible. Preferiblemente, la primera cantidad de combustible se sitúa entre el 5 % y el 10 % de la suma de la primera cantidad de combustible y la segunda cantidad de combustible. [0019]In one embodiment, the first amount of fuel fed may be significantly less than the second amount of fuel fed. The first amount of fuel may be approximately between 3% and 15% of the total amount of fuel, i.e., the sum of the first amount of fuel and the second amount of fuel. Preferably, the first amount of fuel is between 5% and 10% of the sum of the first amount of fuel and the second amount of fuel.
[0020]En otra forma de realización, una parte del aire de combustión se arremolina. Esto genera aire de combustión turbulento. Una primera cantidad parcial de la primera cantidad de combustible se descarga en la región de generación de turbulencias de aire. Así se crea una mezcla de aire/combustible pobre turbulenta. Se puede conseguir un mezclado muy bueno. En esta región, la velocidad de flujo es alta y la mezcla es pobre, por lo que no se dan las condiciones de ignición. En la siguiente etapa se reduce la velocidad de flujo de la mezcla de aire/combustible pobre turbulenta. Una segunda cantidad parcial de la primera cantidad de combustible se alimenta a la mezcla de aire/combustible pobre turbulenta ralentizada. [0020]In another embodiment, a portion of the combustion air is swirled. This generates turbulent combustion air. A first partial amount of the first fuel quantity is discharged into the air turbulence generation region. This creates a turbulent lean air/fuel mixture. Very good mixing can be achieved. In this region, the flow rate is high and the mixture is lean, so that ignition conditions do not exist. In the next step, the flow rate of the turbulent lean air/fuel mixture is reduced. A second partial amount of the first fuel quantity is fed to the slowed turbulent lean air/fuel mixture.
[0021]Se proporciona además un cabezal de combustión para la combustión escalonada de un combustible de acuerdo con la reivindicación 7. El cabezal de combustión proporcionado permite llevar a cabo el procedimiento. El cabezal de combustión está diseñado para quemar una primera cantidad alimentada del combustible en una llama primaria sobreestequiométrica. Una segunda cantidad alimentada del combustible se quema en una llama principal ligeramente sobreestequiométrica. [0021]There is further provided a combustion head for the staged combustion of a fuel according to claim 7. The provided combustion head enables the method to be carried out. The combustion head is designed to combust a first feed quantity of the fuel in a superstoichiometric primary flame. A second feed quantity of the fuel is combusted in a slightly superstoichiometric main flame.
[0022]Una alimentación de la primera cantidad de combustible y una alimentación de la segunda cantidad de combustible pueden regularse preferiblemente de forma independiente la una de la otra y garantizarse así una combustión muy baja en óxidos de nitrógeno en un amplio rango de cargas. [0022]A supply of the first quantity of fuel and a supply of the second quantity of fuel can preferably be regulated independently of each other and thus ensure a very low nitrogen oxide combustion in a wide load range.
[0023]Las siguientes figuras muestran configuraciones a modo de ejemplo de cabezales de combustión de acuerdo con la invención, con los que se puede llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención para la combustión escalonada de un combustible. [0023]The following figures show exemplary configurations of combustion heads according to the invention, with which the method according to the invention for the staged combustion of a fuel can be carried out.
[0024]La Fig. 1 muestra, de manera muy esquematizada, una vista lateral de un cabezal de combustión 10. El cabezal de combustión 10 comprende un tubo de quemador 12, un dispositivo de arremolinado 14, unas primeras toberas de combustible 16a, 16b, unas segundas toberas de combustible 18, un primer conducto de alimentación de combustible 20 y un segundo conducto de alimentación de combustible 22. Las flechas simbolizan la entrada del flujo de combustible. Durante el funcionamiento, se forma una llama primaria sobreestequiométrica 24 dentro del dispositivo de arremolinado 14 y una llama principal o frente de llama principal 26 a cierta distancia del cabezal de combustión 10, ambas representadas en cada caso simbólicamente por una llama en la Fig. 1. De este modo, el cabezal de combustión 10 se utiliza para la combustión escalonada de combustible. El combustible puede ser gaseoso. El combustible puede ser gas natural. El combustible puede incluir hidrógeno. Además del uso como mero quemador de gas, también es posible un quemador de doble combustible, en el que se puede quemar combustible líquido además de combustible gaseoso. También es posible un quemador solo para combustible líquido. La descripción que sigue se refiere, por regla general, de forma no limitativa a una forma de realización como quemador de gas. [0024]Fig. 1 shows, in a very schematic manner, a side view of a combustion head 10. The combustion head 10 comprises a burner tube 12, a swirl device 14, first fuel nozzles 16a, 16b, second fuel nozzles 18, a first fuel feed line 20 and a second fuel feed line 22. The arrows symbolize the inlet of the fuel flow. In operation, an overstoichiometric primary flame 24 is formed within the swirl device 14 and a main flame or main flame front 26 is formed at a distance from the combustion head 10, both of which are symbolically represented in Fig. 1 by a flame. Thus, the combustion head 10 is used for staged combustion of fuel. The fuel may be gaseous. The fuel may be natural gas. The fuel may include hydrogen. In addition to use as a pure gas burner, a dual-fuel burner is also possible, in which liquid fuel can be burned in addition to gaseous fuel. A burner for liquid fuel only is also possible. The following description generally refers, but is not limited to, an embodiment as a gas burner.
[0025]En la representación de la Fig. 1, el aire de combustión 28 se alimenta al tubo de quemador 12 desde la derecha. El extremo derecho del tubo de quemador 12 en la representación es, por tanto, el extremo situado aguas arriba. El tubo de quemador 12 puede ser esencialmente cilíndrico. El aire de combustión 28 fluye a través del tubo de quemador 12 y lo abandona por el extremo abierto, izquierdo en la representación, del tubo de quemador 12, es decir, el extremo situado aguas abajo. El frente de llama principal 26 se forma aguas abajo del cabezal de combustión 10. Aquí se encuentra la cámara de combustión o de fuego, que no se muestra en más detalle. [0025]In the representation of Fig. 1, the combustion air 28 is supplied to the burner tube 12 from the right. The right end of the burner tube 12 in the representation is therefore the upstream end. The burner tube 12 can be essentially cylindrical. The combustion air 28 flows through the burner tube 12 and leaves it at the open end, left in the representation, of the burner tube 12, i.e. the downstream end. The main flame front 26 is formed downstream of the combustion head 10. Here is the combustion or fire chamber, which is not shown in more detail.
[0026]La cantidad de combustible que sale de las primeras toberas de combustible 16a, 16b puede ser pequeña en relación con la cantidad de combustible que sale de las segundas toberas de combustible 18. Si solo se quema una pequeña cantidad de combustible en la llama primaria 24 de forma fuertemente sobreestequiométrica, no es necesaria una segunda fase de combustión subestequiométrica. Por lo tanto, la llama principal 26 distanciada también puede ser sobreestequiométrica en general. Con el cabezal de combustión 10 de acuerdo con la invención no se genera una zona de combustión subestequiométrica general como en la combustión escalonada con una zona de combustión subestequiométrica y una sobreestequiométrica y el necesario tiempo de permanencia de los gases en estas zonas para la disminución de NO. El procedimiento de acuerdo con la invención prevé una llama primaria fuertemente sobreestequiométrica y una llama principal ligeramente sobreestequiométrica. [0026]The amount of fuel exiting the first fuel nozzles 16a, 16b can be small relative to the amount of fuel exiting the second fuel nozzles 18. If only a small amount of fuel is combusted in the primary flame 24 in a strongly overstoichiometric manner, a second substoichiometric combustion phase is not necessary. The spaced-apart main flame 26 can therefore also be generally overstoichiometric. With the combustion head 10 according to the invention, a general substoichiometric combustion zone is not generated, as in staged combustion with a substoichiometric and an overstoichiometric combustion zone and the necessary residence time of the gases in these zones for NO reduction. The method according to the invention provides a strongly overstoichiometric primary flame and a slightly overstoichiometric main flame.
[0027]El dispositivo de arremolinado 14 está dispuesto en el interior del tubo de quemador 12. El dispositivo de arremolinado 14 puede estar abierto en ambos extremos. Un eje longitudinal del tubo de quemador 12 y un eje longitudinal del dispositivo de arremolinado 14 pueden ser paralelos entre sí o situarse uno encima del otro, de modo que el dispositivo de arremolinado 14 se sitúe en el centro del tubo de quemador 12 y esté uniformemente separado radialmente de la pared interior del tubo de quemador. Una parte del aire de combustión 28 fluye por fuera del dispositivo de arremolinado 14 a través del tubo de quemador 12, otra parte del aire de combustión 28 fluye a través del dispositivo de arremolinado 14. [0027]The swirling device 14 is arranged inside the burner tube 12. The swirling device 14 may be open at both ends. A longitudinal axis of the burner tube 12 and a longitudinal axis of the swirling device 14 may be parallel to each other or located one above the other, so that the swirling device 14 is located in the center of the burner tube 12 and is uniformly radially spaced from the inner wall of the burner tube. A part of the combustion air 28 flows outside the swirling device 14 through the burner tube 12, another part of the combustion air 28 flows through the swirling device 14.
[0028]El dispositivo de arremolinado 14 comprende un cuerpo de arremolinado 30, paletas de arremolinado 32 y un tabique 34 perforado. El cuerpo de arremolinado 30 puede tener una forma esencialmente cilíndrica. El tabique 34 perforado puede extenderse sustancialmente en dirección perpendicular al eje longitudinal del cuerpo de arremolinado 30 y dividir un espacio interior del cuerpo de arremolinado 30 en una primera región 36 y una segunda región 38. La primera región 36 puede estar situada aguas arriba de la segunda región 38. El tabique 34 perforado puede provocar una pérdida de presión. De este modo, puede descender localmente la velocidad de flujo aguas abajo del tabique 34 perforado. [0028]The swirling device 14 comprises a swirling body 30, swirling blades 32 and a perforated partition 34. The swirling body 30 may have an essentially cylindrical shape. The perforated partition 34 may extend substantially perpendicular to the longitudinal axis of the swirling body 30 and divide an interior space of the swirling body 30 into a first region 36 and a second region 38. The first region 36 may be located upstream of the second region 38. The perforated partition 34 may cause a pressure loss. In this way, the flow velocity downstream of the perforated partition 34 may decrease locally.
[0029]Las paletas de arremolinado 32 pueden estar dispuestas solamente en la primera región 36. La segunda región aguas abajo del tabique 34 puede estar libre de paletas de arremolinado 32. Pueden estar previstas varias paletas de arremolinado 32. [0029]The swirling blades 32 may be arranged only in the first region 36. The second region downstream of the partition 34 may be free of swirling blades 32. Several swirling blades 32 may be provided.
[0030]El cuerpo de arremolinado 30 puede tener un diámetro mayor en la primera región 36 que en la segunda región 38. Puede estar prevista una sección cónica en la transición entre la primera región 36 y la segunda región 38. [0030]The swirling body 30 may have a larger diameter in the first region 36 than in the second region 38. A conical section may be provided at the transition between the first region 36 and the second region 38.
[0031]Las primeras toberas de combustible 16a, 16b están dispuestas dentro del cuerpo de arremolinado 30. Están conectadas al primer conducto de alimentación de combustible 20. El primer conducto de alimentación de combustible 20 permite regular la cantidad de combustible/gas de combustión que fluye a las primeras toberas de combustible 16a, 16b, como se muestra con un símbolo 40 en la Fig. 1. Esta regulación es separada e independiente de una regulación 42 en el segundo conducto de alimentación de combustible 22. [0031]The first fuel nozzles 16a, 16b are arranged within the swirling body 30. They are connected to the first fuel feed conduit 20. The first fuel feed conduit 20 allows the quantity of fuel/combustion gas flowing to the first fuel nozzles 16a, 16b to be regulated, as shown with a symbol 40 in Fig. 1. This regulation is separate and independent of a regulation 42 in the second fuel feed conduit 22.
[0032]Las primeras toberas de combustible 16a, 16b pueden comprender toberas de combustible primario, en lo sucesivo también denominadas toberas de gas primario, 16a, que están situadas en la segunda región 38, situada aguas abajo, del dispositivo de arremolinado 14. Las primeras toberas de combustible 16a, 16b pueden comprender otras toberas de combustible -en lo sucesivo toberas de combustible de apoyo o toberas de gas de apoyo 16b- que se sitúan en la primera región 36, situada aguas arriba, del dispositivo de arremolinado 14. [0032]The first fuel nozzles 16a, 16b may comprise primary fuel nozzles, hereinafter also referred to as primary gas nozzles, 16a, which are located in the second, downstream region 38 of the swirling device 14. The first fuel nozzles 16a, 16b may comprise further fuel nozzles - hereinafter referred to as supporting fuel nozzles or supporting gas nozzles 16b - which are located in the first, upstream region 36 of the swirling device 14.
[0033]Las toberas de combustible de apoyo 16b pueden estar dispuestas distribuidas uniformemente entre las paletas de arremolinado 32. Las toberas de combustible de apoyo 16b pueden estar dispuestas esencialmente paralelas a un eje longitudinal del tubo de quemador 12. Las paletas de arremolinado 32 provocan una fuerte turbulencia del aire de combustión 28. El combustible que sale de las toberas de combustible de apoyo 16b, que también se denomina gas de apoyo, se premezcla de este modo de manera muy eficiente con una parte del aire de combustión 28 para la llama primaria 24. El resultado es una mezcla de combustible/aire de combustión arremolinada. La alimentación de combustible a través de las toberas de combustible de apoyo 16b puede diseñarse de tal manera que se forme una mezcla de aire/combustible pobre turbulenta. Las toberas de combustible de apoyo 16b pueden descargar una primera cantidad parcial de la primera cantidad de combustible. Las toberas de combustible de apoyo 16b pueden presentar orificios para descargar el combustible. Los orificios pueden estar dispuestos de modo que el combustible se descargue al menos parcialmente hacia el interior esencialmente en dirección radial, es decir, en dirección esencialmente perpendicular a la pared del cuerpo de arremolinado 30. Debido a las elevadas velocidades de flujo del aire de combustión arremolinado y a la elevada proporción de aire en relación con la cantidad de combustible o gas, aún no se dan las condiciones de ignición de la mezcla de combustible y aire de combustión arremolinada en la región de las paletas de arremolinado 32, es decir, en la región 36 situada aguas arriba. [0033]The support fuel nozzles 16b can be arranged evenly distributed between the swirling vanes 32. The support fuel nozzles 16b can be arranged essentially parallel to a longitudinal axis of the burner tube 12. The swirling vanes 32 cause strong turbulence of the combustion air 28. The fuel exiting the support fuel nozzles 16b, which is also called support gas, is thus very efficiently premixed with a portion of the combustion air 28 for the primary flame 24. The result is a swirling fuel/combustion air mixture. The fuel feed through the support fuel nozzles 16b can be designed such that a turbulent lean fuel/air mixture is formed. The support fuel nozzles 16b can discharge a first partial quantity of the first quantity of fuel. The supporting fuel nozzles 16b may have openings for discharging the fuel. The openings may be arranged such that the fuel is discharged at least partially inward essentially in a radial direction, i.e., in a direction essentially perpendicular to the wall of the swirling body 30. Due to the high flow velocities of the swirling combustion air and the high proportion of air relative to the amount of fuel or gas, the ignition conditions for the swirling fuel-air mixture in the region of the swirling blades 32, i.e., in the upstream region 36, are not yet met.
[0034]El tabique 34 puede diseñarse para ralentizar la mezcla de combustible y aire de combustión arremolinada. El tabique 34 puede presentar aberturas para este fin. Para ello, el tabique puede diseñarse esencialmente a modo de rejilla. La geometría del tabique 34 puede diseñarse para reducir la velocidad de flujo de la mezcla de combustible y aire de combustión arremolinada, sin alterar con ello en gran medida la formación de turbulencia. El tabique 34 reduce la velocidad de flujo absoluta del aire primario arremolinado y premezclado y, de este modo, garantiza la ignición de la llama primaria 24, que se enriquece adicionalmente con una segunda proporción de la primera cantidad de combustible en esta región. [0034]The partition 34 can be designed to slow down the swirling fuel-combustion air mixture. The partition 34 can have openings for this purpose. For this purpose, the partition can be designed essentially as a grid. The geometry of the partition 34 can be designed to reduce the flow velocity of the swirling fuel-combustion air mixture, without significantly impairing the formation of turbulence. The partition 34 reduces the absolute flow velocity of the swirling, premixed primary air and thus ensures ignition of the primary flame 24, which is additionally enriched with a second proportion of the first quantity of fuel in this region.
[0035]Las toberas de combustible primario 16a pueden estar distribuidas uniformemente en la región 38 situada aguas abajo. De este modo, las toberas de combustible primario 16a están situadas aguas abajo del tabique 34, en una región de menor velocidad de flujo. Las toberas de combustible primario 16a pueden estar dispuestas esencialmente en perpendicular a un eje longitudinal del tubo de quemador 12. Las toberas de combustible primario 16a pueden estar distribuidas uniformemente en una corona de chorros. Pueden estar previstas varias toberas de combustible primario 16a. En la región 38 situada aguas abajo, las toberas de combustible primario 16a descargan la segunda parte de la primera cantidad de combustible, que se denomina gas primario, a la mezcla de combustible y aire formada en la parte de palas del cuerpo de arremolinado 30 o, en otras palabras, en la primera región 36, generando así la mezcla inflamable para la formación de la llama primaria 24. Las toberas de combustible primario 16a pueden presentar orificios para descargar el combustible. Los orificios pueden estar dispuestos en el lateral de las toberas de combustible primario 16a. Los orificios laterales pueden estar dispuestos de modo que el combustible se descargue esencialmente en dirección tangencial. [0035]The primary fuel nozzles 16a may be evenly distributed in the downstream region 38. In this way, the primary fuel nozzles 16a are located downstream of the partition 34, in a region of lower flow velocity. The primary fuel nozzles 16a may be arranged substantially perpendicular to a longitudinal axis of the burner tube 12. The primary fuel nozzles 16a may be evenly distributed in a jet ring. A plurality of primary fuel nozzles 16a may be provided. In the downstream region 38, the primary fuel nozzles 16a discharge the second portion of the first quantity of fuel, referred to as primary gas, into the fuel-air mixture formed in the blade portion of the swirling body 30, or in other words, in the first region 36, thereby generating the flammable mixture for forming the primary flame 24. The primary fuel nozzles 16a may have openings for discharging the fuel. The openings may be arranged on the side of the primary fuel nozzles 16a. The side openings may be arranged such that the fuel is discharged substantially in a tangential direction.
[0036]La relación entre el área de apertura de la totalidad de los orificios de las toberas de combustible primario 16a y el área de apertura de la totalidad de los orificios de las toberas de combustible de apoyo 16b puede determinar una relación entre el gas primario y el gas de apoyo, teniendo en cuenta los conductos de alimentación a las toberas de combustible primario 16a y a las toberas de combustible de apoyo 16b. La relación puede seleccionarse en función de la geometría global y de la calidad o composición del combustible. La proporción puede ser de aproximadamente 1:1. Aproximadamente la mitad del combustible que fluye a través del primer conducto de alimentación de combustible 20 puede ser descargado a través de las toberas de combustible primario 16a en la región 38, y aproximadamente la mitad del combustible que fluye a través del primer conducto de alimentación de combustible 20 puede ser descargado a través de las toberas de combustible de apoyo 16b en la región 36. [0036]The ratio of the opening area of all of the orifices of the primary fuel nozzles 16a to the opening area of all of the orifices of the support fuel nozzles 16b may determine a ratio of primary gas to support gas, taking into account the feed conduits to the primary fuel nozzles 16a and the support fuel nozzles 16b. The ratio may be selected based on the overall geometry and the quality or composition of the fuel. The ratio may be approximately 1:1. Approximately half of the fuel flowing through the first fuel feed conduit 20 may be discharged through the primary fuel nozzles 16a in the region 38, and approximately half of the fuel flowing through the first fuel feed conduit 20 may be discharged through the support fuel nozzles 16b in the region 36.
[0037] La capacidad de regulación por separado del gas primario y de apoyo por el dispositivo de regulación 40 en relación con la capacidad de regulación de la segunda cantidad de combustible principal que fluye a través del segundo conducto de alimentación de combustible 22, así como el diseño del cuerpo de arremolinado 30, de las toberas de combustible primario y de apoyo 16a, 16b y del tabique 34 pueden generar una llama primaria 24 con una estequiometría A>>1 en un amplio rango de cargas. En una forma de realización, la estequiometría de la llama primaria 24 es A>1,5. En otra forma de realización, la estequiometría de la llama primaria 24 es A>2. [0037] The ability to separately regulate the primary and support gas by the regulating device 40 in relation to the ability to regulate the second main fuel quantity flowing through the second fuel feed line 22, as well as the design of the swirl body 30, the primary and support fuel nozzles 16a, 16b and the partition 34 can generate a primary flame 24 with a stoichiometry A>>1 over a wide load range. In one embodiment, the stoichiometry of the primary flame 24 is A>1.5. In another embodiment, the stoichiometry of the primary flame 24 is A>2.
[0038] Debido a las muy bajas temperaturas de combustión resultantes, prácticamente no se produce ni NO térmico ni instantáneo en la llama primaria 24. [0038] Due to the resulting very low combustion temperatures, practically no thermal or instantaneous NO is produced in the primary flame 24.
[0039] Sin embargo, unas temperaturas de combustión tan bajas siempre generan inestabilidades en la llama que hay que interceptar necesariamente. La velocidad de reacción depende exponencialmente de la temperatura en la zona de la llama y de la turbulencia en la misma. La velocidad de reacción se reduce por un mezclado incompleto del combustible y el oxidante. La inestabilidad de la llama se produce cuando la velocidad de flujo en la dirección axial es mayor que la velocidad de la llama turbulenta. [0039] However, such low combustion temperatures always generate instabilities in the flame that must necessarily be intercepted. The reaction rate depends exponentially on the temperature in the flame zone and the turbulence therein. The reaction rate is reduced by incomplete mixing of the fuel and the oxidant. Flame instability occurs when the flow velocity in the axial direction is greater than the turbulent flame velocity.
[0040] Para obtener una llama primaria 24 estable, es importante la alimentación previa del gas de apoyo a través de las toberas de combustible de apoyo 16b al aire de combustión arremolinado y, por tanto, el enriquecimiento y la premezcla del aire primario con combustible, el tipo y la posición de la introducción del gas primario, la relación entre de gas de apoyo y primario y la geometría y la posición del tabique 34 en la parte 38 sin palas del cuerpo de arremolinado 30 en la forma de realización representada. Pueden estar previstos otros medios para conseguir una llama primaria estable con una estequiometría superior a 1, en particular superior a 1,5 o incluso superior a 2. [0040] In order to obtain a stable primary flame 24, the pre-feeding of the support gas through the support fuel nozzles 16b into the swirling combustion air and thus the enrichment and premixing of the primary air with fuel, the type and position of the introduction of the primary gas, the ratio of support gas to primary gas, and the geometry and position of the partition 34 in the bladeless portion 38 of the swirling body 30 in the embodiment shown are important. Other means may be provided to achieve a stable primary flame with a stoichiometry greater than 1, in particular greater than 1.5 or even greater than 2.
[0041] Además, la parte cilíndrica, sin palas, del cuerpo de arremolinado 30, la región 38 en la Fig. 1, está diseñada de modo que la llama primaria 24 se forma en una región definida que está protegida del aire de combustión 28 restante, que fluye por fuera del cuerpo de arremolinado 30 a través del tubo de quemador 12. [0041] Furthermore, the cylindrical, bladeless part of the swirl body 30, the region 38 in Fig. 1, is designed so that the primary flame 24 is formed in a defined region which is protected from the remaining combustion air 28, which flows out of the swirl body 30 through the burner tube 12.
[0042] Las segundas toberas de combustible 18, también denominadas toberas de gas principal, están situadas por fuera y aguas abajo del dispositivo de arremolinado 14. Las segundas toberas de combustible 18 están conectadas al segundo conducto de alimentación de combustible 22. El segundo conducto de alimentación de combustible 22 permite regular la cantidad de combustible/gas de combustión que fluye hacia las segundas toberas de combustible 18. La segunda cantidad de combustible comprende, a este respecto, la mayor parte de la cantidad total de combustible, por lo que también se denomina cantidad de combustible principal o gas principal. La capacidad de regulación del gas principal se representa mediante el símbolo 42 en la Fig. 1. [0042] The second fuel nozzles 18, also referred to as main gas nozzles, are located outside and downstream of the swirling device 14. The second fuel nozzles 18 are connected to the second fuel feed line 22. The second fuel feed line 22 makes it possible to regulate the amount of fuel/flue gas flowing into the second fuel nozzles 18. The second fuel quantity comprises, in this respect, the majority of the total fuel quantity, which is why it is also referred to as the main fuel quantity or main gas. The regulating capacity of the main gas is represented by the symbol 42 in Fig. 1.
[0043] Las segundas toberas de combustible 18 están situadas dentro del tubo de quemador 12. Las segundas toberas de combustible 18 pueden estar situadas en el extremo situado aguas abajo del tubo de quemador 12 y terminar con él. Las segundas toberas de combustible 18 pueden estar distribuidas uniformemente alrededor de la periferia interior del tubo de quemador 12. En la Fig. 1 no se muestra un disco delta anular que puede rellenar una distancia entre el tubo de quemador 12 y las segundas toberas de combustible 18 en el extremo, situado aguas abajo, del tubo de quemador. El disco delta se explica con más detalle en las Fig. 4-6. [0043] The second fuel nozzles 18 are located within the burner tube 12. The second fuel nozzles 18 may be located at and terminate with the downstream end of the burner tube 12. The second fuel nozzles 18 may be evenly distributed around the inner periphery of the burner tube 12. Not shown in Fig. 1 is an annular delta disk that may fill a distance between the burner tube 12 and the second fuel nozzles 18 at the downstream end of the burner tube. The delta disk is explained in more detail in Figs. 4-6.
[0044] Las segundas toberas de combustible 18 están diseñadas para garantizar una alta velocidad de salida de combustible. El impulso resultante transporta el combustible lo más lejos posible dentro de la cámara de combustión y forma una zona de combustión a cierta distancia del cabezal de combustión 10. El gas principal puede descargarse esencialmente en la dirección de flujo, es decir, en paralelo al eje longitudinal del tubo de quemador 12. Las segundas toberas de combustible 18 pueden presentar, para ello, una abertura en un lado frontal. Un deflector puede definir la abertura en el lado frontal. La configuración de las segundas toberas de combustible 18 conduce a la formación de la llama principal o frente de llama principal 26, que está a cierta distancia del extremo, situado aguas abajo, del cabezal de combustión 10 y se forma de manera estable en la cámara de combustión, que no se muestra en más detalle. Debido a la disposición de las segundas toberas de combustible con una dirección de salida coaxial con respecto al eje del tubo de quemador, la llama principal 26 puede tener una forma de llama esbelta y alargada. La recirculación interna de los gases de escape, que se explica con más detalle a continuación, puede inyectar gases de escape en las zonas calientes de la llama principal 26 y, por tanto, en las regiones de mayor producción de NO. Esto reduce la producción de NO en la llama principal. [0044] The second fuel nozzles 18 are designed to ensure a high fuel exit velocity. The resulting pulse transports the fuel as far as possible into the combustion chamber and forms a combustion zone at a distance from the combustion head 10. The main gas can be discharged essentially in the flow direction, i.e. parallel to the longitudinal axis of the burner tube 12. The second fuel nozzles 18 can, for this purpose, have an opening on a front side. A deflector can define the opening on the front side. The configuration of the second fuel nozzles 18 leads to the formation of the main flame or main flame front 26, which is at a certain distance from the downstream end of the combustion head 10 and is formed in a stable manner in the combustion chamber, which is not shown in more detail. Due to the arrangement of the second fuel nozzles with an outlet direction coaxial with the burner tube axis, the main flame 26 can have a slender, elongated flame shape. Internal exhaust gas recirculation, explained in more detail below, can inject exhaust gases into the hot zones of the main flame 26 and thus into the regions of highest NO production. This reduces NO production in the main flame.
[0045] Los conductos de alimentación de combustible pueden diseñarse y disponerse de manera que proporcionen energía de ignición a la llama principal 26 distanciada a partir de la llama primaria y los gases de escape recirculados a fin de encender la mezcla de combustible principal, aire de combustión o agente oxidante en general y gases de escape recirculados y garantizar un progreso continuo y estable de las reacciones de oxidación. [0045] The fuel feed ducts may be designed and arranged so as to provide ignition energy to the main flame 26 spaced from the primary flame and the recirculated exhaust gases in order to ignite the mixture of main fuel, combustion air or general oxidizing agent and recirculated exhaust gases and ensure a continuous and stable progress of the oxidation reactions.
[0046]Ambas tomas de gas, es decir, el conducto de alimentación de combustible 20 para el gas primario y de apoyo para la llama primaria 24 y el conducto de alimentación de combustible 22 para el gas principal para la llama principal 26, se regulan por separado mediante dispositivos reguladores de gas 40 y 42 en la forma de realización mostrada. De este modo, la cantidad de gas en la llama primaria 24 y en la llama principal 26 puede ajustarse por separado la una de la otra, regulando así individualmente la estequiometría en la zona de combustión respectiva. Esto permite el ajuste de una zona de combustión primaria estable y sobreestequiométrica y, por tanto, la formación de una llama primaria 24 casi libre de NO en un amplio rango de cargas, así como la adaptación a diferentes cámaras de combustión. [0046]Both gas inlets, i.e. the fuel feed line 20 for the primary and support gas for the primary flame 24 and the fuel feed line 22 for the main gas for the main flame 26, are regulated separately by gas regulating devices 40 and 42 in the embodiment shown. In this way, the gas quantity in the primary flame 24 and in the main flame 26 can be adjusted separately from each other, thus individually regulating the stoichiometry in the respective combustion zone. This allows the establishment of a stable and overstoichiometric primary combustion zone and thus the formation of an almost NO-free primary flame 24 in a wide load range, as well as adaptation to different combustion chambers.
[0047]La Fig. 2 muestra, esquemáticamente, en una vista en perspectiva, partes de un cabezal de combustión 10a desde un lado de alimentación de combustible. El cabezal de combustión 10a puede presentar las mismas características que las descritas para el cabezal de combustión 10 representado en la Fig. 1. El cabezal de combustión 10a puede representar una implementación del cabezal de combustión 10. Por lo tanto, se utilizan las mismas referencias que en la Fig. 1. La descripción de la Fig. 2 se limita esencialmente a los detalles que no se desprenden de la representación de la Fig. 1. El tubo de quemador 12 no se muestra en la Fig. 2. [0047]Fig. 2 shows, schematically, in a perspective view, parts of a combustion head 10a from a fuel supply side. The combustion head 10a may have the same features as those described for the combustion head 10 shown in Fig. 1. The combustion head 10a may represent an implementation of the combustion head 10. Therefore, the same references are used as in Fig. 1. The description of Fig. 2 is essentially limited to details that do not follow from the representation of Fig. 1. The burner tube 12 is not shown in Fig. 2.
[0048]El segundo conducto de alimentación de combustible 22 del cabezal de combustión 10a está realizado como un tubo, que presenta una brida de conexión 44 para la conexión a un suministro de combustible. Tubos 46 más pequeños o lanzas de gas principal 46 se extienden desde el segundo conducto de alimentación de combustible 22. Las lanzas de gas principal 46 conducen el combustible desde el segundo conducto de alimentación de combustible 22 hasta las segundas toberas de combustible 18 y terminan con ellas. En la forma de realización representada, el cabezal de combustión 10a presenta seis segundas toberas de combustible 18. Las lanzas de gas principal 46 discurren por el exterior del cuerpo de arremolinado 30. [0048]The second fuel supply line 22 of the combustion head 10a is designed as a tube, which has a connecting flange 44 for connection to a fuel supply. Smaller tubes 46 or main gas lances 46 extend from the second fuel supply line 22. The main gas lances 46 guide the fuel from the second fuel supply line 22 to the second fuel nozzles 18 and terminate therewith. In the embodiment shown, the combustion head 10a has six second fuel nozzles 18. The main gas lances 46 extend outside the swirl body 30.
[0049]El segundo conducto de alimentación de combustible 22 confluye en un tubo de combustible 48, que puede pasar por el centro del cuerpo de arremolinado 30 en paralelo al eje longitudinal del cuerpo de arremolinado 30. El tubo de combustible 48 está realizado preferiblemente como un tubo de combustible central. El tubo de combustible 48 conduce el gas principal a la primera región situada aguas arriba. Aguas abajo de la bifurcación de las lanzas de gas principales 46, una chapa separadora de gases 50 aísla el segundo conducto de alimentación de combustible 22 del tubo de combustible 48 situado aguas abajo. La chapa separadora de gases 50 está dispuesta en el segundo conducto de alimentación de combustible 22/tubo de combustible 48 y se sitúa sustancialmente en perpendicular a un eje longitudinal del segundo conducto de alimentación de combustible 22/tubo de combustible 48. [0049]The second fuel feed line 22 merges into a fuel pipe 48, which can pass through the center of the swirling body 30 parallel to the longitudinal axis of the swirling body 30. The fuel pipe 48 is preferably designed as a central fuel pipe. The fuel pipe 48 conducts the main gas to the first upstream region. Downstream of the branch of the main gas lances 46, a gas separator plate 50 isolates the second fuel feed line 22 from the downstream fuel pipe 48. The gas separator plate 50 is arranged in the second fuel feed line 22/fuel pipe 48 and is arranged substantially perpendicular to a longitudinal axis of the second fuel feed line 22/fuel pipe 48.
[0050]Aguas abajo de la chapa separadora de gases 50, el primer conducto de alimentación de combustible 20 desemboca en el tubo de combustible 48. Aguas abajo de la chapa separadora de gases 50, el tubo de combustible 48 sirve, por tanto, para conducir la primera cantidad de combustible. Aguas abajo de la chapa separadora de gases 50 se extienden tubos 52 más pequeños, las llamadas lanzas de gas de apoyo. Las lanzas de gas de apoyo 52 conducen el combustible desde el primer conducto de alimentación de combustible 20 hasta las toberas de gas de apoyo 16b. En la forma de realización representada, el cabezal de combustión 10a presenta tres toberas de gas de apoyo 16b. Las toberas de gas de apoyo 16b están situadas dentro del cuerpo de arremolinado 30. Las paletas de arremolinado 32 pueden verse junto a la tobera de gas de apoyo 16b. [0050]Downstream of the gas separator plate 50, the first fuel feed line 20 opens into the fuel pipe 48. Downstream of the gas separator plate 50, the fuel pipe 48 thus serves to conduct the first quantity of fuel. Smaller pipes 52, so-called supporting gas lances, extend downstream of the gas separator plate 50. The supporting gas lances 52 conduct the fuel from the first fuel feed line 20 to the supporting gas nozzles 16b. In the embodiment shown, the combustion head 10a has three supporting gas nozzles 16b. The supporting gas nozzles 16b are arranged within the swirl body 30. The swirl vanes 32 can be seen next to the supporting gas nozzle 16b.
[0051]La Fig. 2 también muestra a modo de ejemplo una forma del cuerpo de arremolinado 30. En la primera región 38 con las paletas de arremolinado 32 y las toberas de gas de apoyo 16b, el cuerpo de arremolinado 30 está diseñado de manera cilíndrica con un primer diámetro. En la segunda región 38 sin aletas de arremolinado, el cuerpo de arremolinado 30 está diseñado de manera cilíndrica con un segundo diámetro. En una forma de realización, el primer diámetro es mayor que el segundo diámetro. Ambas regiones 36, 38 pueden entonces conectarse entre sí por una región cónica. [0051]Fig. 2 also shows by way of example a shape of the swirling body 30. In the first region 38 with the swirling vanes 32 and the support gas nozzles 16b, the swirling body 30 is designed cylindrical with a first diameter. In the second region 38 without swirling vanes, the swirling body 30 is designed cylindrical with a second diameter. In one embodiment, the first diameter is larger than the second diameter. Both regions 36, 38 can then be connected to one another by a conical region.
[0052]El cuerpo de arremolinado 30 está montado de manera deslizante sobre el tubo de combustible 48 a través de un tubo interior de cuerpo de arremolinado 54, lo que permite, por ejemplo, la adaptación a diferentes geometrías de cámara de combustión y parámetros de proceso. Desplazando axialmente el cuerpo de arremolinado 30 sobre el tubo de combustible 48 se puede influir, dentro de unos límites, en la relación de las cantidades de aire que fluyen a través del cuerpo de arremolinado 30 y que salen del hueco formado por el diámetro exterior del cuerpo de arremolinado en la región 38 y el diámetro interior del disco delta 66. [0052]The swirl body 30 is slidably mounted on the fuel tube 48 via a swirl body inner tube 54, which allows, for example, adaptation to different combustion chamber geometries and process parameters. By axially displacing the swirl body 30 on the fuel tube 48, the ratio of the air quantities flowing through the swirl body 30 and exiting the gap formed by the outer diameter of the swirl body in the region 38 and the inner diameter of the delta disk 66 can be influenced within limits.
[0053]Aunque el tubo de quemador 12 no se muestra en la Fig. 2, debe entenderse que el aire de combustión 28 fluye desde la parte delantera derecha hacia la parte trasera izquierda en la representación de la Fig. 2, tanto a través del cuerpo de arremolinado 30 como por fuera del cuerpo de arremolinado 30. Las lanzas de gas principal 46 se encuentran en el flujo de aire. [0053]Although the burner tube 12 is not shown in Fig. 2, it should be understood that the combustion air 28 flows from the front right to the rear left in the representation of Fig. 2, both through the swirl body 30 and outside the swirl body 30. The main gas lances 46 are located in the air flow.
[0054]La Fig. 3 muestra, esquemáticamente en una vista en perspectiva, el cabezal de combustión 10a desde un lado de la llama. Las partes ya ilustradas con referencia a las figuras 1 y 2 no se describen de nuevo en detalle. Todas las características descritas hasta ahora se aplican también al cabezal de combustión 10a representado en la Fig. 3. En la Fig. 3, la parte cónica del cuerpo de arremolinado 30 no se muestra y partes del cuerpo de arremolinado 30 que envuelven la región 38 situada aguas abajo se han omitido para permitir que se vean las partes que se encuentran dentro del cuerpo de arremolinado 30. Como en la Fig. 2, no se muestra el tubo de quemador 12. [0054]Fig. 3 shows, schematically in a perspective view, the combustion head 10a from one side of the flame. The parts already illustrated with reference to Figs. 1 and 2 are not described again in detail. All features described so far also apply to the combustion head 10a shown in Fig. 3. In Fig. 3, the conical part of the swirling body 30 is not shown and parts of the swirling body 30 enveloping the downstream region 38 have been omitted to allow the parts lying within the swirling body 30 to be seen. As in Fig. 2, the burner tube 12 is not shown.
[0055]Para iniciar el proceso de combustión, puede estar previsto un encendido eléctrico directo 56, que solo se utiliza inicialmente para el encendido (por ejemplo, inicial). Una vez que la llama se ha formado y estabilizado, se produce la ignición de la mezcla de combustible y aire por reacción de la llama. En una forma de realización, el dispositivo de encendido 56 está fijado a una de las toberas de gas de soporte 16b. [0055]To initiate the combustion process, a direct electric ignition 56 may be provided, which is only initially used for ignition (e.g., initial). Once the flame has formed and stabilized, the fuel-air mixture is ignited by flame reaction. In one embodiment, the ignition device 56 is attached to one of the support gas nozzles 16b.
[0056]En la forma de realización representada, el tubo de combustible 48 termina aguas abajo en un distribuidor de combustible 58 cilíndrico. El distribuidor de combustible 58 también puede denominarse distribuidor de gas primario 58, ya que en este punto el tubo de combustible 48 solo transporta todavía el gas primario. En la forma de realización, cuatro toberas de gas primario 16a están dispuestas en el distribuidor de gas primario 58 en forma de radios sobre una superficie lateral del distribuidor de gas primario 58. Las toberas de gas primario 16a están dispuestas a intervalos regulares y apuntan en sentido opuesto al tubo de combustible 48 o al distribuidor de gas primario 58 hacia el tubo de quemador 12, no representado. [0056]In the embodiment shown, the fuel line 48 ends downstream in a cylindrical fuel distributor 58. The fuel distributor 58 can also be referred to as the primary gas distributor 58, since at this point the fuel line 48 still only transports the primary gas. In the embodiment, four primary gas nozzles 16a are arranged in the form of spokes on a lateral surface of the primary gas distributor 58 in the primary gas distributor 58. The primary gas nozzles 16a are arranged at regular intervals and point away from the fuel line 48 or the primary gas distributor 58 towards the burner tube 12, not shown.
[0057]Las toberas de gas primario 16a pueden presentar orificios 60. Cada tobera de gas primario 16a puede presentar varios orificios 60. Hay representados dos orificios 60. Sin embargo, también puede haber más o menos orificios. Los orificios 60 están dispuestos en las toberas de gas primario 16a de tal manera que el gas primario sale esencialmente en dirección tangencial. La orientación de los orificios 60 puede coordinarse con la disposición y el diseño de las paletas de arremolinado 32 de tal manera que el gas primario se descargue con el flujo de la mezcla de combustible/aire de combustión arremolinada en la primera región 36. El gas primario sale por los orificios laterales en dirección tangencial, determinada por la dirección de arremolinado. Adicional o alternativamente, las toberas de gas primario 16a pueden presentar un orificio axial del que también sale gas primario. [0057]The primary gas nozzles 16a may have holes 60. Each primary gas nozzle 16a may have several holes 60. Two holes 60 are shown. However, there may also be more or fewer holes. The holes 60 are arranged in the primary gas nozzles 16a such that the primary gas exits essentially in a tangential direction. The orientation of the holes 60 can be coordinated with the arrangement and design of the swirling vanes 32 such that the primary gas is discharged with the flow of the swirling fuel/combustion air mixture in the first region 36. The primary gas exits through the lateral holes in a tangential direction, determined by the swirling direction. Additionally or alternatively, the primary gas nozzles 16a may have an axial hole from which the primary gas also exits.
[0058]Las segundas toberas de combustible 18, o toberas de gas principal, están dispuestas en círculo alrededor del extremo situado aguas abajo del cuerpo de arremolinado 30. Presentan orificios 62 en sus lados frontales. Los orificios 62 están diseñados para garantizar una alta velocidad de salida de combustible del gas principal, de modo que el frente de llama principal 26 se forme a cierta distancia del cabezal de combustión. [0058]The second fuel nozzles 18, or main gas nozzles, are arranged in a circle around the downstream end of the swirling body 30. They have holes 62 on their front sides. The holes 62 are designed to ensure a high fuel exit velocity from the main gas, so that the main flame front 26 is formed at a distance from the combustion head.
[0059]La Fig. 4 muestra, esquemáticamente, una vista lateral de un cabezal de combustión 10b. El cabezal de combustión 10b puede corresponder al cabezal de combustión 10 y/o al cabezal de combustión 10a. Las partes ya ilustradas con referencia a las figuras 1 a 3 no se describen de nuevo en detalle. En la vista lateral, se han omitido partes individuales para visualizar mejor los detalles. La parte del cuerpo de arremolinado 30 orientada hacia el observador está omitida para que pueda observarse la estructura interna. La región donde el primer conducto de alimentación de combustible 20 desemboca en el tubo de combustible 48 está recortada. [0059]Fig. 4 shows a schematic side view of a combustion head 10b. The combustion head 10b may correspond to the combustion head 10 and/or the combustion head 10a. The parts already illustrated with reference to Figs. 1 to 3 are not described again in detail. In the side view, individual parts have been omitted in order to better visualize the details. The part of the swirl body 30 facing the observer is omitted so that the internal structure can be observed. The region where the first fuel feed conduit 20 opens into the fuel pipe 48 is cut away.
[0060]En la representación en vista lateral de la Fig. 4, son visibles orificios 64 en las toberas de gas primario 16a. Los orificios 64 están diseñados para descargar el combustible esencialmente hacia el interior en dirección radial. Las toberas de gas primario pueden presentar, adicional o alternativamente, orificios axiales. [0060]In the side view of Fig. 4, openings 64 are visible in the primary gas nozzles 16a. The openings 64 are designed to discharge the fuel substantially inward in a radial direction. The primary gas nozzles may additionally or alternatively have axial openings.
[0061]La Fig. 4 también muestra el tubo de quemador 12. El tubo de quemador 12 puede estar cerrado en su extremo situado aguas abajo por un disco delta 66 anular, que se extiende radialmente hacia el interior desde el tubo de quemador 12. En la forma de realización mostrada, el disco delta 66 presenta una pluralidad de medios de dirección 68 orientados radialmente hacia el interior. Las aberturas de las segundas toberas de combustible 18 pueden terminar al ras con el disco delta 66. El diseño del disco delta 66, que se describe con más detalle con referencia a la Fig. 6, sirve para la recirculación interna de los gases de escape en la llama principal 26. La recirculación puede efectuarse, a este respecto, por la parte del aire de combustión 28 que fluye más allá del dispositivo de arremolinado 14 e incide directamente sobre el anillo del disco delta 66 anular. Como resultado, se forman zonas de presión negativa y áreas de vórtice en el lado aguas abajo de los medios de dirección 68, es decir, en los lados de los medios de dirección 68 orientados hacia la cámara de combustión. Los gases de escape así recirculados se inyectan, a este respecto, en las zonas calientes de la llama principal 26. En estas zonas, los gases de escape recirculados reducen la temperatura y la presión parcial de O2. Ambos efectos contribuyen a la reducción de la formación de NO, o a la formación de NO. [0061]Fig. 4 also shows the burner tube 12. The burner tube 12 may be closed at its downstream end by an annular delta disk 66, which extends radially inwardly from the burner tube 12. In the embodiment shown, the delta disk 66 has a plurality of radially inwardly oriented directing means 68. The openings of the second fuel nozzles 18 may terminate flush with the delta disk 66. The design of the delta disk 66, which is described in more detail with reference to Fig. 6, serves for internal recirculation of the exhaust gases in the main flame 26. The recirculation may be effected, in this case, by that part of the combustion air 28 which flows past the swirl device 14 and directly impinges on the ring of the annular delta disk 66. As a result, negative pressure zones and vortex areas are formed on the downstream side of the steering means 68, i.e. on the sides of the steering means 68 facing the combustion chamber. The recirculated exhaust gases are then injected into the hot zones of the main flame 26. In these zones, the recirculated exhaust gases reduce the temperature and partial pressure of O2. Both effects contribute to reducing the formation of NO, or to the formation of NO.
[0062]La cantidad de combustible que sale de las toberas de gas primario 16a y de las toberas de gas de apoyo 16b es pequeña en relación con la cantidad de combustible que sale de las segundas toberas de combustible 18. Es preferiblemente del 3% al 15%, de manera particularmente preferible del 5% al 10% de la cantidad total de combustible. [0062]The amount of fuel exiting the primary gas nozzles 16a and the support gas nozzles 16b is small relative to the amount of fuel exiting the second fuel nozzles 18. It is preferably 3% to 15%, particularly preferably 5% to 10% of the total amount of fuel.
[0063]En algunas formas de realización, el exceso de aire necesario para la combustión completa de las cantidades parciales de combustible procedentes de las toberas de gas primario 16a, las toberas de gas de apoyo 16b y de las toberas de combustible 18 puede estar comprendido entre 1,075 y 1,2. Las zonas de combustión de la llama primaria y de la llama principal distanciada son en cada caso sobreestequiométricas. Localmente, el flujo de combustible que entra en la cámara de combustión axialmente desde las segundas toberas de combustible 18 puede dar lugar a la formación de zonas subestequiométricas antes de que el gas combustible, el aire y los gases de escape recirculados se hayan mezclado suficientemente. [0063]In some embodiments, the excess air required for complete combustion of the fuel portions from the primary gas nozzles 16a, the support gas nozzles 16b and the fuel nozzles 18 may be between 1.075 and 1.2. The combustion zones of the primary flame and the spaced-apart main flame are each over-stoichiometric. Locally, the fuel flow entering the combustion chamber axially from the second fuel nozzles 18 may lead to the formation of sub-stoichiometric zones before the fuel gas, air and recirculated exhaust gases have sufficiently mixed.
[0064]La disminución de los valores de NO es el resultado de la combustión extremadamente baja de NO en la llama primaria parcialmente premezclada y muy pobre, en combinación con la llama principal distanciada, que no puede desarrollar las perjudiciales altas temperaturas para la formación de NO debido al intenso mezclado de los gases de escape recirculados internamente y a la reducción de la presión parcial de O2 en la mezcla. La ventaja es la formación de una llama esbelta, pero no demasiado larga, que desacopla eficazmente el calor liberado durante la combustión del combustible por la conversión de la entalpía química hacia las paredes circundantes enfriadas de la cámara de combustión por radiación y convección. [0064]The decrease in NO values is the result of the extremely low NO combustion in the partially premixed and very lean primary flame in combination with the spaced-apart main flame, which cannot develop the high temperatures harmful to NO formation due to the intensive mixing of the internally recirculated exhaust gases and the reduction of the O2 partial pressure in the mixture. The advantage is the formation of a slender, but not too long flame, which efficiently decouples the heat released during fuel combustion by chemical enthalpy conversion to the surrounding cooled walls of the combustion chamber by radiation and convection.
[0065]La Fig. 5 muestra, esquemáticamente, una vista en sección de una sección delantera del cabezal de combustión 10b. Las partes ya ilustradas con referencia a las figuras 1 a 4 no se describen de nuevo en detalle. [0065]Fig. 5 shows, schematically, a sectional view of a front section of the combustion head 10b. The parts already illustrated with reference to Figures 1 to 4 are not described again in detail.
[0066]Es visible el tubo interior de cuerpo de arremolinado 54, que es guiado por encima del tubo de combustible 48. De este modo, el cuerpo de arremolinado puede desplazarse longitudinalmente y fijarse en su posición mediante un tornillo 70. La capacidad de movimiento permite una mejor adaptación a diferentes cámaras de combustión en las que se forma el frente de llama principal 26. [0066]The inner tube of the swirl body 54 is visible, which is guided above the fuel tube 48. In this way, the swirl body can be moved longitudinally and fixed in position by means of a screw 70. The movement capacity allows a better adaptation to different combustion chambers in which the main flame front 26 is formed.
[0067]El tabique 34 perforado está dispuesto en la región 38. El tabique 34 perforado está colocado y diseñado de tal manera que, en la forma de realización descrita, la llama primaria 24 se estabiliza o se mantiene de forma segura en la región 38 del cuerpo de arremolinado 30. [0067]The perforated partition 34 is arranged in the region 38. The perforated partition 34 is positioned and designed such that, in the described embodiment, the primary flame 24 is stabilized or held securely in the region 38 of the swirling body 30.
[0068]La Fig. 6 muestra, esquemáticamente, una vista frontal del cabezal de combustión 10b desde el lado de la llama o, lo que es lo mismo, desde la cámara de combustión. El distribuidor de combustible 58 está situado en el centro, y desde él se extienden las toberas de gas primario 16a con sus orificios 60. Detrás se encuentra el tabique 34 perforado. En el ejemplo de realización representado, las aberturas se implementan mediante dos filas concéntricas de orificios, siendo los orificios circulares. Ha de entenderse que las aberturas también pueden tener una forma diferente. La relación entre las áreas de apertura y el área total también puede ser diferente a la mostrada. El tabique 34 perforado sirve para reducir la velocidad de flujo de la mezcla de aire/combustible arremolinada desde la región 36 del cuerpo de arremolinado 30. El tabique 34 está delimitado por la pared del cuerpo de arremolinado 30. A través de las aberturas pueden verse las toberas de gas de apoyo 16b situadas detrás. [0068]Fig. 6 shows a schematic front view of the combustion head 10b from the flame side, or in other words, from the combustion chamber. The fuel distributor 58 is centrally located, from which the primary gas nozzles 16a with their holes 60 extend. Behind it is the perforated partition 34. In the illustrated embodiment, the openings are implemented by two concentric rows of holes, the holes being circular. It should be understood that the openings can also have a different shape. The ratio of the opening areas to the total area can also be different from that shown. The perforated partition 34 serves to reduce the flow velocity of the swirling air/fuel mixture from the region 36 of the swirling body 30. The partition 34 is delimited by the wall of the swirling body 30. The support gas nozzles 16b located behind it can be seen through the openings.
[0069]Las segundas toberas de combustible 18 con sus orificios 62 están dispuestas a intervalos regulares en un círculo alrededor del eje central del cuerpo de arremolinado 30. Alrededor se encuentra el disco delta 66 anular, que aísla el tubo de quemador 12. Los medios de dirección 68 se extienden hacia el interior en dirección radial desde la circunferencia interior del disco delta 66. En la forma de realización representada, están previstos tres medios de dirección 68. Los tres medios de dirección 68 están distribuidos uniformemente alrededor de la circunferencia interior. El cabezal de combustión 10b también puede presentar más o menos medios de dirección 68, que también pueden estar distribuidos uniformemente alrededor de la circunferencia interior. En el ejemplo de realización representado, los medios de dirección 68 tienen forma triangular y están orientados con una punta hacia el interior en dirección radial. Los triángulos apuntan con una punta sentido opuesto al disco delta 66 anular. Como puede verse en la Fig. 5, los medios de dirección 68 no están situados en el plano de dibujo de la Fig. 6, sino que apuntan en sentido opuesto al cuerpo de arremolinado 30. Están en ángulo. [0069]The second fuel nozzles 18 with their openings 62 are arranged at regular intervals in a circle around the central axis of the swirl body 30. The annular delta disk 66 is located around it, which isolates the burner tube 12. The directing means 68 extend inward in a radial direction from the inner circumference of the delta disk 66. In the embodiment shown, three directing means 68 are provided. The three directing means 68 are distributed evenly around the inner circumference. The combustion head 10b can also have more or fewer directing means 68, which can also be distributed evenly around the inner circumference. In the embodiment shown, the directing means 68 are triangular in shape and have a point directed inward in a radial direction. The triangles point with a point away from the annular delta disk 66. As can be seen in Fig. 5, the steering means 68 are not located in the drawing plane of Fig. 6, but point away from the swirling body 30. They are at an angle.
[0070]Los medios de dirección 68 con el disco delta 66 están configurados de tal modo que provocan la formación de una zona de presión negativa, que extrae los gases de escape de la cámara de combustión. El disco delta 66 y los medios de dirección 68 dan lugar, por tanto, a una recirculación interna de los gases de escape. La forma a modo de triángulo inclinado que apunta en sentido opuesto al cuerpo de arremolinado genera "vórtices estacionarios" en los medios de dirección 68, que contribuyen a la estabilización del frente de llama principal 26. En consecuencia, los gases de escape realimentados se inyectan en las zonas calientes de la llama principal y, por tanto, en las regiones de mayor producción de NO. [0070]The steering means 68 with the delta disk 66 are configured such that they cause the formation of a negative pressure zone, which extracts the exhaust gases from the combustion chamber. The delta disk 66 and the steering means 68 thus result in an internal recirculation of the exhaust gases. The inclined triangle-like shape pointing away from the swirl body generates "stationary vortices" in the steering means 68, which contribute to the stabilization of the main flame front 26. Consequently, the recirculated exhaust gases are injected into the hot zones of the main flame and thus into the regions of greatest NO production.
[0071]La geometría de los medios de dirección 68 se ha optimizado de tal manera que la mayor cantidad posible de gases de escape internos es atraída hacia la llama principal 26. A este respecto, tanto el número como la geometría de los medios de dirección 68 deben tenerse en cuenta para el efecto de la reducción de NO, así como para la estabilidad de la llama principal. [0071]The geometry of the steering means 68 has been optimized such that the largest possible amount of internal exhaust gases is drawn into the main flame 26. In this regard, both the number and the geometry of the steering means 68 must be taken into account for the effect of NO reduction as well as for the stability of the main flame.
[0072]El disco delta 66 anular puede presentar una pluralidad de protuberancias 72 en su circunferencia interior entre los medios de dirección 68. Las protuberancias 72 forman una geometría dentada. La Fig. 6 muestra protuberancias semicirculares, pero el dentado puede diseñarse con otras geometrías. El dentado 72 está diseñado para crear una superficie mayor. La mayor superficie da lugar a una mayor área de contacto entre los gases de escape, el aire de combustión y el combustible principal, lo que produce un mezclado más intenso y uniforme de la mezcla de combustible-aire-gases de escape. Esto permite una distribución más uniforme de zonas de combustión enriquecidas con gases de escape y, por tanto, más favorables desde el punto de vista de la estequiometría en la llama principal 26. Los inventores han descubierto que esto reduce aún más la formación de NO térmico en general. [0072]The annular delta disk 66 may have a plurality of protrusions 72 on its inner circumference between the steering means 68. The protrusions 72 form a toothed geometry. Fig. 6 shows semicircular protrusions, but the toothing may be designed in other geometries. The toothing 72 is designed to create a larger surface area. The larger surface area results in a larger contact area between the exhaust gases, the combustion air and the main fuel, which results in a more intense and uniform mixing of the fuel-air-exhaust gas mixture. This allows a more uniform distribution of exhaust gas-enriched and therefore more stoichiometrically favorable combustion zones in the main flame 26. The inventors have discovered that this further reduces the formation of thermal NO in general.
[0073]Como ya se ha mencionado, las segundas toberas de combustible 18 tienen una forma que permite alcanzar las velocidades de salida más altas posibles. Para ello, puede estar previsto un deflector delante de la abertura axial de la tobera de combustible. El elevado impulso del gas de salida puede aumentar aún más la intensidad del mezclado de los gases de escape recirculados internamente y el combustible. Una optimización adicional se consigue mediante la colocación de las segundas toberas de combustible 18 en coordinación con la geometría de los medios de dirección 68. Las segundas toberas de combustible 18 se sitúan distribuidas uniformemente entre los medios de dirección 68. [0073]As already mentioned, the second fuel nozzles 18 have a shape that allows the highest possible exit velocities to be achieved. For this purpose, a deflector may be provided in front of the axial opening of the fuel nozzle. The high momentum of the exit gas can further increase the mixing intensity of the internally recirculated exhaust gases and the fuel. A further optimization is achieved by positioning the second fuel nozzles 18 in coordination with the geometry of the steering means 68. The second fuel nozzles 18 are arranged evenly distributed between the steering means 68.
[0074]Durante el funcionamiento, la combustión ventajosa, baja en nitrógeno, se consigue alimentando primero aire de combustión 28 al tubo de quemador 12 con un extremo abierto situado aguas abajo. Una parte del aire de combustión 28 se arremolina en el dispositivo de arremolinado 14 dispuesto en el tubo de quemador 12. Una primera cantidad de combustible se alimenta directamente al cuerpo de arremolinado 30, donde se mezcla con el aire de combustión 28 arremolinado. Se forma una llama primaria en la mezcla de combustible/aire de combustión arremolinada en el interior del cuerpo de arremolinado. Una segunda cantidad de combustible se alimenta aguas abajo del dispositivo de arremolinado 14. Se forma un frente de llama principal que se estabiliza aguas abajo del tubo de quemador y a cierta distancia de este. A este respecto, la primera cantidad de combustible se regula independientemente de la segunda. [0074]In operation, advantageous, low-nitrogen combustion is achieved by first feeding combustion air 28 into the burner tube 12 with an open end located downstream. A part of the combustion air 28 is swirled in the swirling device 14 arranged in the burner tube 12. A first quantity of fuel is fed directly into the swirling body 30, where it mixes with the swirled combustion air 28. A primary flame is formed in the swirling fuel/combustion air mixture within the swirling body. A second quantity of fuel is fed downstream of the swirling device 14. A main flame front is formed which stabilizes downstream of the burner tube and at a certain distance from it. In this respect, the first quantity of fuel is regulated independently of the second.
[0075]La regulación por separado del combustible permite lograr emisiones de NO muy bajas en un amplio rango de cargas. Con cargas más bajas, puede ser óptima una relación diferente entre la primera y la segunda cantidad de combustible que con cargas altas. Si la relación entre las dos cantidades de combustible fuera fija, no podría garantizarse un bajo nivel de emisiones de NO en todo el rango de cargas del quemador. Con el cabezal de combustión de acuerdo con la invención, por ejemplo, se puede alimentar menos gas primario/gas de apoyo como porcentaje del gas principal a baja carga que a alta carga. Si la capacidad de regulación no fuera independiente, la primera cantidad de combustible disminuiría a una carga más baja proporcionalmente menos que la cantidad de aire que fluye a través del cuerpo de arremolinado, debido a razones de dinámica de flujo, de modo que las emisiones de NO podrían aumentar a una carga más baja incluso con una llama primaria sobreestequiométrica. [0075] Separate fuel regulation makes it possible to achieve very low NO emissions over a wide load range. At lower loads, a different ratio between the first and second fuel quantities may be optimal than at high loads. If the ratio between the two fuel quantities were fixed, a low level of NO emissions could not be guaranteed over the entire burner load range. With the combustion head according to the invention, for example, less primary gas/support gas as a percentage of the main gas can be fed at low load than at high load. If the regulation capacity were not independent, the first fuel quantity would decrease proportionally less at a lower load than the amount of air flowing through the swirl body, due to flow dynamics reasons, so that NO emissions could increase at a lower load even with an overstoichiometric primary flame.
[0076]Aunque se han representado y descrito formas de realización específicas, el experto promedio en la materia comprenderá que pueden sustituirse diversas implementaciones alternativas y/o equivalentes por la forma de realización específica mostrada y descrita sin apartarse del alcance de protección de la presente invención tal y como se define en las reivindicaciones. La presente solicitud pretende abarcar todas las adaptaciones o variaciones de las formas de realización específicas explicadas en el presente documento dentro de los límites del alcance de protección definido en las reivindicaciones. [0076]Although specific embodiments have been shown and described, one of ordinary skill in the art will understand that various alternative and/or equivalent implementations may be substituted for the specific embodiment shown and described without departing from the scope of protection of the present invention as defined in the claims. This application is intended to cover all adaptations or variations of the specific embodiments explained herein within the limits of the scope of protection defined in the claims.
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