BRPI0615084A2 - pré-aquecimento do combustìvel e o comburente de oxiqueimadores a partir de instalações de pré-aquecimento de ar de combustão - Google Patents
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Abstract
PRé-AQUECIMENTO DO COMBUSTìVEL E O COMBURENTE DE OXIQUEIMADORES A PARTIR DE INSTALAçõES DE PRé-AQUECIMENTO DE AR DE COMBUSTãO. A invenção refere-se um método de combustão em um forno equipado de meios de recuperação de energia e de queimadores, o calor dos gases de combustão recuperado pelos meios de recuperação de energia e este calor recuperado pelos meios de recuperação de energia é utilizado para aquecer do ar, no qual: pelo menos uma parte dos queimadores faz a combustão de um combustível e de um comburente rico em oxigênio; pelo menos uma parte do ar aquecido pelos meios de recuperação de energia é utilizada para pré-aquecer o combustível e/ou o comburente rico em oxigênio dos queimadores.
Description
PRÉ-AQUECIMENTO DO COMBUSTÍVEL E O COMBURENTE DEOXIQUEIMADORES A PARTIR DE INSTALAÇÕES DE PRÉ-AQUECIMENTO
DE AR DE COMBUSTÃO
A presente invenção refere-se a preparação de ummétodo de oxicombustão com pré-aquecimento do oxigênio e/oudo combustível em um forno equipado de meios para aaplicação de uma aérocombustão com pré-aquecimento de ar.
Os fornos de regeneradores são fornos equipados deempilhamento de refratários sobre os suas partes laterais.Estes refratários são trocadores de calor que permitemrecuperar o calor dos gases de combustão que saem daspartes laterais do forno e transferem este calor ao ar friofornecido ao forno. Os refratários dos regeneradores sãoaquecidos a temperaturas muito elevadas pelos gases decombustão (de aproximadamente 1300 a 1500°C). Na prática,os gases de combustão que saem por uma parte lateral doforno são colocados em contacto com os refratários desde asua parte inferior até à sua parte superior durante umciclo geralmente de cerca de 20 minutos. Durante o cicloseguinte, o ar frio de combustão destinado a alimentar osqueimadores do forno é colocado em contacto com osrefratários desde sua parte inferior até à sua partesuperior de maneira a extrair o seu calor. 0 ar decombustão então é aquecido a uma temperatura geralmente deaproximadamente 1100 a 1300°C antes de ser introduzido nacâmara de combustão do forno. As correntes de gás decombustão e ar de combustão são invertidas a cada ciclo demodo que cada face do regenerador possa ser aquecidaalternativamente e utilizada para pré-aquecer o ar decombustão. 0 pré-aquecimento do ar de combustão permite umacombustão à ar com um rendimento energético elevado. Paraos fornos recuperadores, o ar de combustão é aquecidocontinuamente por trocadores metálicos alimentados em gasesde combustão.
Numerosos fornos funcionam no momento em oxicombustão,o que significa que a combustão não mais é realizada entreo combustível e o ar (aérocombustão) , mas entre ocombustível e um comburente apresentando uma concentraçãoem oxigênio mais elevada que o ar; trata-se em geral de arenriquecido de oxigênio ou oxigênio puro. 0 pré-aquecimentodo oxigênio e do combustível, a partir dos gases dosprodutos de combustão, permite recuperar uma parte daenergia que está contida, e de melhorar a eficáciaenergética deste tipo de combustão. A energia contida nosgases dos produtos de combustão na saída de um forno defusão de vidro, equipado de chamas oxicombustíveis é deaproximadamente 3 0% da potência consumida.
A oxicombustão é facilmente colocada quando há aconstrução de novos fornos. Em contrapartida, é maisdifícil utilizar somente a oxicombustão em fornos deregeneradores inicialmente previstos para a combustão à arpor razões econômicas. Uma das razões é que é necessárioretirar os regeneradores, alterar o dimensionamento doforno e refazer as evacuações dos gases de combustão. Narealidade, na oxicombustão, o volume dos gases de combustãoé 4 a 5 vezes inferior ao de uma combustão à ar.
O objetivo da presente invenção é propor um método decombustão para fazer pelo menos parcialmente umaoxicombustão em um forno equipado de regeneradores ourecuperadores que recuperam o calor dos gases de combustão.Outro objetivo é fazer este método de oxicombustão apartir da instalação de um forno à aérocombustão jáexistente.
Outro objetivo é propor um método de oxicombustão quepode adaptar-se sobre um forno de regeneradores ourecuperadores concebido para uma combustão à ar.
Neste objetivo, a invenção refere-se a um método decombustão em um forno equipado de meios de recuperação deenergia dos gases de combustão e de queimadores, no qual ocalor dos gases de combustão é recuperado pelos meios derecuperação de energia e este calor recuperado pelos meiosde recuperação de energia é utilizado para aquecer do ar, eno qual:
- pelo menos uma parte dos queimadores faz a combustãode um combustível e um comburente rico em oxigênio, e
- pelo menos uma parte do ar aquecido pelos meios derecuperação de energia é utilizada para pré-aquecer ocombustível e/ou o comburente rico em oxigênio dosqueimadores.
A invenção refere-se, por conseguinte a aplicação deum método de combustão em um forno equipado de meios derecuperação de energia, como regeneradores ou recuperadoresconcebidos de maneira a recuperar a energia contida nosgases de combustão. A combustão feita no forno é, pelomenos parcialmente, uma oxicombustão, ou seja, a combustãode um combustível e um comburente rico em oxigênio.
Preferivelmente, pelo menos 10% da potência de combustão éproduzida por queimadores aplicados na combustão de umcombustível e um comburente rico em oxigênio, ainda maispreferivelmente pelo menos 2 0 %. Por "ricos em oxigênio",entende-se um comburente que apresenta uma concentração deoxigênio superior a 90% em volume. O oxigênio produzido porum método VSA (adsorção com regeneração a vácuo)particularmente é adaptado. De acordo com o método dainvenção, os meios de recuperação de energia são utilizadospara aquecer o ar frio, ou seja, o ar ambiente,comunicando-lhe a energia recuperada na totalidade dosgases de combustão, provendo ao mesmo tempo a oxicombustãoe a aérocombustão, se os aéroqueimadores forem utilizados(por aéroqueimadores, entende-se os queimadores dos quais ocomburente é o ar) . Na técnica anterior, esta energiarecuperada dos gases era destinada somente ao pré-aquecimento do ar de combustão, ou seja, o ar misturadodiretamente ao combustível no queimador. Ao contrário, napresente invenção, pelo menos uma parte da energia contidaneste ar aquecido pelos meios de recuperação de energia dosgases de combustão é dirigida para os meios de alimentaçãode combustível e comburente rico em oxigênio dosoxiqueimadores de maneira à pré-aquecer este combustível ecomburente (por oxiqueimadores, entende-se queimadores dosquais o comburente é rico em oxigênio) . 0 pré-aquecimentopode ser realizado por qualquer meio de troca de calorentre o ar quente e o combustível ou o comburente.
Foi notado que a energia dos gases procedentes daoxicombustão não podia ser recuperada somente para aquecero ar destinado a combustão dos queimadores aérocombustíveisse tais queimadores estão presentes com os queimadoresoxicombustíveis. Na realidade, o débito de ar é controladoe limitado pela potência e o relatório de combustãoar/combustível da aérocombustão instaladoa. Do mesmo modo,a temperatura de pré-aquecimento do ar de combustão élimitada pelo comportamento dos refratários ou outrosmateriais do sistema de recuperação de energia nos gases.Assim, a oxicombustão produz um acréscimo de energia nosgases e esta energia suplementar contida nos gases dooxicombustão e evacuada pelos meios de recuperação deenergia do forno, pode ser recuperada com o pré-aquecimentode ar do qual uma parte (ou mesmo a totalidade no caso deum forno aquecido somente por oxiqueimadores) será dirigidapara os meios de pré-aquecimento do combustível e docomburente rico em oxigênio dos oxiqueimadores.
Durante o aquecimento do ar frio, o ar é levado a umatemperatura pré-aquecimento máxima para um volume adaptadoà necessidade da aérocombustão e o pré-aquecimento dooxigênio e/ou do combustível da oxicombustão. Pelo menosuma parte do ar aquecido pelos meios de recuperação deenergia é dirigida para as instalações de pré-aquecimentodo combustível e/ou do comburente rico em oxigênio dosqueimadores através de um trocador de calor direto ouindireto. Por "trocador de calor indireto", entende-se umtrocador de calor que utiliza um gás inerte para transferiro calor do ar quente ao combustível e/ou do comburente ricoem oxigênio: o calor do ar quente primeiro é transferido aogás inerte, que transfere em seguida seu calor aocombustível e/ou ao comburente rico em oxigênio. Como gásinerte, pode-se, por exemplo, utilizar nitrogênio, argônio.
A invenção pode ser aplicada já que todos osqueimadores fazem a combustão de um combustível e de umcomburente ricos em oxigênio. Neste caso, todo o ar pré-aquecido pelos meios de recuperação de energia é destinadoà troca de calor com o combustível e/ou o comburente ricoem oxigênio. A invenção convém particularmente à combustãofeita em um forno de fusão de vidro.
A invenção refere-se igualmente a um método detransformação de um forno equipado:
de queimadores aplicados na combustão de umcombustível e ar, e
de meios de recuperação de energia nos quais o calordos gases de combustão é recuperado para aquecer o ar.
de meios de alimentação dos queimadores em araquecido, um forno que utiliza uma oxicombustão, na qual:
- a alimentação de ar em pelo menos uma parte dosqueimadores é substituída por uma alimentação de comburenterico em oxigênio,
- pelo menos uma parte do ar aquecido pelos meios derecuperação de energia é utilizada para pré-aquecer ocombustível e/ou o comburente dos queimadores.
Este método de transformação apresenta a vantagem depermitir a passagem de um forno que funciona emaérocombustão a um funcionamento parcial ou total emoxicombustão conservando ao mesmo tempo as estruturas doforno existente e utilizando os sistemas de recuperação deenergia nos gases para pré-aquecer o oxigênio e/ou ocombustível do oxicombustão de maneira a aumentar aeficácia energética da instalação. É, por conseguintepossível aplicar o método de oxicombustão e aproveitar assuas vantagens (temperatura de combustão mais elevada emenor perda de energia nos gases, redução do NOx e daspoeiras) sem dever redimensionar profundamente o forno,principalmente no que diz respeito a evacuação dos gases, epor conseguinte fazer um investimento importante.
Na conversão somente parcial do forno à oxicombustão eutilizando os regeneradores existentes para o pré-aquecimento do oxigênio e/ou do combustível, conserva-seuma parte das estruturas do forno e limita-se as alteraçõesa introdução do sistema de evacuação dos gases.
A figura 1 ilustra o método da invenção. O forno 9 éequipado:
a montante, de oxiqueimadores alimentados emcombustível 4 e comburente rico em oxigênio 3,
- a jusante, de queimadores alimentados de combustível6 e de ar aquecido 51,
- de regeneradores 1 que, são alimentados pelos gasesquentes 2 do forno (regeneradores 1), que restituem o arquente 5, .51 (regeneradores 11) . O ar quente 5 emitidopelos regeneradores 11 é utilizado como o ar de combustão51 nos queimadores a ar, utilizado para pré-aquecer ocombustível 4 e o comburente rico em oxigênio 3 dosoxiqueimadores através dos trocadores de calor 6, 7. Nestaconfiguração, o ar quente 5 procedente dos recuperadores 11colocados em um mesmo lado do forno 9 permitemrespectivamente a alimentação e o pré-aquecimento apenasdos queimadores aérocombustíveiss e oxicombustíveiscolocados do seu mesmo lado do forno, os queimadorescolocados de outro lado do forno não funcionam.
A figura 2 ilustra o pré-aquecimento dos reagentes: oar quente 5 procedente dos regeneradores 11 é introduzidosucessivamente em um trocador de calor 7 de maneira aaquecer o comburente rico em oxigênio 3, em seguida notrocador de calor 6 para aquecer o combustível 4. Ocomburente pré-aquecido 31 e o combustível pré-aquecido 41são em seguida colocados em contato para a oxicombustão.
A figura 3 ilustra uma alternativa do método da figura1 no qual os regeneradores 11 que estão aquecendo o arpermitem emitir o ar quente como ar de combustão para osqueimadores aérocombustíveis e de emitir o ar quente parapré-aquecer os reagentes dos queimadores oxicombustíveiscolocados de cada lado do forno. Para esta aplicação, é,por conseguinte possível fazer funcionar continuamente osqueimadores oxicombustíveis de cada lado do fornoindependentemente dos ciclos dos regeneradores.
Claims (8)
1. Método de combustão em um forno equipado de meiosde recuperação de energia (1, 11) e de queimadores, no qualo calor dos gases de combustão (2) é recuperado pelos meiosde recuperação de energia (1, 11) e este calor recuperadopelos meios de recuperação de energia (1, 11) é utilizadopara aquecer o ar, caracterizado pelo fato de que:pelo menos uma parte dos queimadores fazem acombustão de um combustível (4) e um comburente rico emoxigênio (3),- pelo menos uma parte do ar aquecido (5) pelos meiosde recuperação de energia (1, 11) é utilizada para pré-aquecer o combustível (4) e/ou o comburente rico emoxigênio (3) dos queimadores.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o comburente rico emoxigênio apresenta uma concentração de oxigênio superior a-90% em volume.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que pelo menos 10% dosqueimadores fazem a combustão de um combustível e umcomburente rico em oxigênio.
4. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que oar aquecido (5) pelos meios de recuperação de energia (1)pré-aquecem o combustível (4) e/ou o comburente (3) dosqueimadores através de um trocador de calor (6, 7).
5. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de quetodos os queimadores fazem a combustão de um combustível eum comburente rico em oxigênio.
6. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato deque o forno é um forno de fusão de vidro.
7. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fatode que os queimadores que fazem a combustão de umcombustível e um comburente rico em oxigênio são colocadosem uma parte e outra do forno em que o ar aquecido pelosmeios de recuperação de energia é utilizado para pré-aquecer o combustível e/ou o comburente de todos osqueimadores que fazem a combustão de um combustível e umcomburente rico em oxigênio.
8. Método de transformação de um forno equipado: . de queimadores que fazem a combustão de umcombustível e ar, e. de meios de recuperação de energia nos quais o calordos gases de combustão é recuperado para aquecer o ar,. de meios de alimentação dos queimadores em araquecido, em um forno que faz uma oxicombustão,caracterizado pelo fato de que:- a alimentação em ar de pelo menos uma parte dosqueimadores é substituída por uma alimentação comburenterico em oxigênio, - pelo menos uma parte do ar aquecido pelos meios derecuperação de energia é utilizada para pré-aquecer ocombustível e/ou o comburente dos queimadores.
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