BRPI0415476A - aparelho e método de combustão para a realização de combustão - Google Patents

Abstract

"APARELHO E MéTODO DE COMBUSTãO PARA A REALIZAçãO DE COMBUSTãO". Se refere a combustores (10) com fluxo de recirculação contendo uma câmara de recirculação geralmente curvada e fluxo não obstruído ao longo da periferia da camada fronteiriça do fluxo em vórtice nesta câmara. Tais combustores (10) adicionalmente têm uma área de interface fronteiriça de baixa turbulência entre o fluxo em vórtice e o fluxo principal no combustor, no qual as reações químicas ocorrem, o que é altamente vantajoso para o processo de combustão, e também promove um efeito de bocal térmico dentro do combustor. Um combustor (10) deste tipo pode ser utilizado para queimar misturas pobres e superpobres de ar e combustível para a utilização em motores de turbinas a gás, motores a jato e de foguetes e plantas térmicas como caldeiras, trocadores de calor, reatores químicos e similares. Os aparelhos e os métodos da invenção também podem ser operados em condições tais que favoreçam a reforma de combustível ao invés da combustão, quando tal reação for desejada. Mais particularmente, a invenção fornece um combustor (10) que compreende um reator (16); uma entrada (18) para admissão de um fluxo principal de fluido para tal reator (16); uma saída (20) para a descarga do fluido aquecido de tal reator (16); tal reator (16) posicionado entre tal entrada (18) e tal saída (20) e compreendendo uma zona de fluxo principal, através do qual a maioria de tal fluxo principal passa ao longo do caminho do fluxo principal, e uma zona de recirculação, através da qual uma porção menor de tal fluxo principal passa; no qual tal zona de recirculação é definida em parte por uma parede (22) tendo uma superfície interna (21) curvada em uma direção em uma maneira substancialmente contínua e seguindo de um ponto de retirada próximo a tal saída (20) para um ponto de retirada (22) próximo a tal entrada (18), tal superfície interna (21) sendo configurada e posicionada com relação a tal caminho do fluxo principal de modo a desviar parte do fluido em tal caminho de fluxo principal no tal ponto de retirada (22) para formar um fluxo de recirculação em vórtice em tal zona de recirculação durante a operação de tal reator; e no qual tal superfície interna (21) é adicionalmente caracterizada por uma falta de descontinuidades de forma a causar movimento substancialmente sem distúrbios de uma camada fronteiriça ao longo da periferia de tal fluxo de recirculação em vórtice. Além disso, um efeito de bocal térmico resulta das reações químicas que ocorrem dentro da camada fronteiriça ou de 'interface' entre tal fluxo de recirculação em vórtice e o fluxo principal, linear, no reator (16). A invenção adicionalmente fornece métodos para reagir combustível em um combustor (10) como descrito acima, compreendendo as etapas de: passagem da maioria de tal fluxo principal em um caminho ao longo de tal zona de fluxo principal; passagem de uma porção menor de tal fluxo principal em um caminho através de tal zona de recirculação, de modo a formar um fluxo recirculação em vórtice, que retorna uma porção do fluido em tal zona de recirculação para uma área próxima a tal entrada; fazendo uma camada fronteiriça de fluido de recirculação fluir ao redor de tal superfície da parede interna de tal zona de recirculação sem turbulência substancial; fazendo uma porção periférica de tal fluxo de recirculação em vórtice intersectar tal fluxo principal em uma área próxima a tal entrada, no qual tal fluxo periférico tem uma velocidade superior a tal fluxo principal; tal fluxo periférico, seguindo o ponto de tal intersecção, movendo-se aproximadamente na mesma direção de tal fluxo principal; misturando tal fluxo periférico e tal fluxo principal por difusão térmica e não por mistura substancialmente mecânica; por meio disso, formando uma camada de interface entre tal fluxo principal e tal fluxo periférico e ocasionando uma transferência substancial de energia térmica do fluido em tal fluxo periférico através de tal camada de interface e dentro do fluido em tal zona de fluxo principal.