BRPI0616554A2 - método para monitorar um queimador, e queimador para combustão de um combustìvel com oxidante - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA MONITORAR UM QUEIMADOR, E QUEIMADOR PARA COMBUSTãO DE UM COMBUSTìVEL COM OXIDANTE. Um método durante a combustão de um combustível com oxidante em um forno industrial, no qual um combustível e um oxidante são supridos para uma cabeça de queimador, onde a chama é monitorada por um detector de luz ultravioleta. A invenção é caracterizada pelo fato de pelo menos um canal (3) para suprir combustível e pelo menos dois canais (4, 5) para suprir oxidante estarem presentes e se desenvolverem em direção à superfície (6) da cabeça de queimador (1) no lado de dentro do forno, de o canal (3) para combustível e um primeiro canal (5) para oxidante serem localizados mais próximos um do outro, e de o citado detector (2) ser arranjado no canal (3) para combustível ou no segundo canal (4) para oxidante, e de uma fração da quantidade total do oxidante suprido ser suprida para o citado segundo canal (4) para oxidante, e de o oxidante ser suprido para o citado segundo canal (4) para oxidante durante o processo de combustão completo.
Description
"MÉTODO PARA. MONITORAR UM QUEIMADOR, E QUEIMADOR PARACOMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL COM OXIDANTE".
A presente invenção se relaciona a um método e arranjopara monitorar um queimador, principalmente um queimadorusado em fornos industriais.
Um meio de resolver o problema de formação de NOx durantea combustão de combustíveis fósseis é injetar gases enjnaj^taxas elevadas na zona de combustão. Combustíveis eoxidantes gasosos são injetados a uma certa distânciaum do outro na câmara de combustão. Os gases sãoinjetados através de lanças providas com bicos na cabeçade queimador. Os gases injetados são diluídos com osgases de combustão, uma vez que os gases são injetadosa uma certa distância um do outro. Esta diluição, juntocom o fato de os gases diluídos serem primeiro misturadosa uma certa distância da cabeça do queimador, faz osgases reagirem a uma taxa menor que de uma combustãoconvencional, devido à baixa concentração de gases. Estacombustão garante a supressão da formação de NOx.
Por razões de segurança, um queimador deve ser monitoradoquanto à presença de chama em operação. Tal monitoramentousualmente é feito por um sensor UV sensível à radiaçãoultra-violeta (radiação UV) , qual sensor normalmente émontado no queimador, de modo que este sensor possa verparte da chama presente.
A chama se tornará mais longa e mais aberta com o métodode combustão descrito acima e, portanto, menos visível.Isto torna a detecção de chama por um sensorconsideravelmente mais difícil. Ademais, o método decombustão descrito acima requer que o forno seja primeiroaquecido à temperatura de ignição espontânea dos gasesantes de a combustão pelo método descrito acima podercomeçar. O forno, neste caso, é operado em umatemperatura abaixo de aproximadamente 80 0°C. Um queimadordo tipo acima não pode, por razões de segurança, serusado durante a fase de aquecimento, uma vez que a chamado tipo descrito é difícil de detectar em temperaturasabaixo de 800°C, embora ao mesmo tempo, normas desegurança especifiquem que o monitoramento UV deve serfeito em temperaturas abaixo de 800°C.
A presente invenção resolve este problema.A presente invenção, assim, se relaciona a um métododurante a combustão de combustível com oxidante em fornosindustriais, no qual o combustível e o oxidante sãosupridos a uma cabeça de queimador, e onde a chamaé monitorada por um detector de luz ultravioleta e quese caracteriza pelo fato de pelo menos um canal parasuprir combustível e pelo menos dois canais para supriroxidante estarem presentes e se desenvolveremna superfície da cabeça de queimador no lado de dentro doforno, e de o canal para combustível e um primeiro canalpara oxidante serem localizados a uma distância um dooutro, e de o canal para combustível e um segundo canalpara oxidante serem localizados mais próximos um dooutro, e de o citado detector ser arranjado no canal paracombustível ou no segundo canal para oxidante, e de umafração da quantidade total do oxidante suprido sersuprida para o citado segundo canal para oxidante duranteo processo completo de combustão.
A invenção ademais se relaciona a um arranjo do tipo etendo as características principais especificadas nareivindicação 6.
A invenção será descrita com mais detalhes a seguirparcialmente em conexão com uma configuração da invençãomostrada nos desenhos anexos, nos quais:
a figura 1 mostra esquematicamente um corte longitudinalde uma cabeça de queimador, de acordo com a invenção; e
as figuras 2a, 2b, 2c mostram configurações alternativasde uma parte central da cabeça de queimador, vistoà direita na figura 1.
A figura 1 mostra um queimador para combustão de umcombustível com oxidante em fornos industriais.
O queimador sendo arranjado de modo que o combustível eoxidante sejam supridos para a cabeça de queimador 1.Um detector 2 para detectar luz ultravioleta fora dacabeça de queimador 1 está presente para monitorara chama.
De acordo com a invenção, pelo menos um canal 3 estápresente para suprir combustível, e pelo menos doiscanais 4, 5 para suprir oxidante, que se desenvolvem emdireção à superfície 6 da cabeça de queimador no lado dedentro do forno. 0 canal 3 para combustível e um primeirocanal para oxidante estão localizados em uma distância umdo outro, e o canal 3 para combustível e o segundo canalpara oxidante sendo localizados mais próximos entre si.
A figura 1 também mostra um terceiro canal 7 para supriroxidante.
0 citado detector 2 é arranjado no canal 3 paracombustível e no segundo canal 4 para oxidante.
É apropriado que o detector seja arranjado na extremidadedo canal mais afastada do forno e de modo que a luzultravioleta da chama no canal incida sobre o detector.
O detector é conectado a um circuito detector(não mostrado nos desenhos) através de qual circuito apresença da chama pode ser verificada. No caso de a chamanão ser detectada, o suprimento de combustível e oxidanteé interrompido.
Quando for usado um combustível de baixo valor, tal comogás de alto-forno, pode ser vantajoso, no caso de ocitado detector 2 ser disposto no canal 3 paracombustível, arranjar o detector em um tubo especial quecorre dentro do canal 3 para combustível.
Ademais, o queimador é arranjado para suprir uma fraçãoda quantidade total do oxidante suprido para o citadosegundo canal 4 para oxidante.
0 canal 3 para combustível e o segundo canal paraoxidante, que são localizados mais próximos um do outro,são distanciados de modo que uma chama estável que começaperto da cabeça de queimador possa ser mantida.
0 canal 3 para combustível e o primeiro canal 5 paraoxidante são localizados a uma tal distância um do outro,que os gases injetados são diluídos com os gases decombustão. Esta diluição, junto com o fato de os gasesdiluídos serem primeiro misturados a uma certa distânciada cabeça de queimador, faz que os gases reajam entre siem um processo de combustão na qual se suprime a formaçãode Nox, como descrito anteriormente.
Na invenção é mais vantajoso usar oxidantes que tenham umconteúdo de O2 maior que 85%. O combustível pode sergás natural, propano, gasol, óleo de aquecimento etc..O oxidante é injetado na câmara de combustão através deum bico ou diversos bicos projetados como tubos retos ouatravés de bicos Lavai ou Venturi. Uma pressão deoxidante preferida é uma pressão em excesso de pelo menos2 báries. Quanto maior esta pressão, maior seráa supressão de formação de NOx. Uma pressão preferidapara aplicação normal deve estar entre 4 a 5 báries.
O combustível é injetado através de bicos normaisna pressão disponível.
A distância entre o canal 3 para combustível e o citadoprimeiro canal deve exceder cerca de 4 0 mm para conseguiro efeito desejado.
Quando o oxidante é suprido para o primeiro canal 5,mantém-se o suprimento de oxidante para o segundo canal 4para oxidante. Assim, obtém-se um processo de combustãoestável também para o combustível e oxidante que ésuprido através do primeiro canal para oxidante.Como descrito acima, o detector 2 é arranjado no canal 3para combustível ou no segundo canal 4 para oxidante.
Ambos canais se desenvolvem próximos um do outro emdireção à superfície da cabeça de queimador no lado dedentro do forno, e, portanto, a detecção da chama decombustão com oxidante suprido a partir do segundo canal4 para oxidante será extremamente segura. 0 combustível eo oxidante, suprido a partir do primeiro canal 5 paraoxidante, serão queimados, desde que haja chama.
Assim, obtém-se uma indicação extremamente segura decombustão. Isto significa que o método e arranjo dapresente invenção permitem uma detecção de chama por umdetector de luz ultravioleta em todas condições deoperação concebíveis.
Em um projeto preferido, entre 4% e 40% de oxidanteé suprido pelo citado segundo canal 4 para oxidante. Qualquantidade provê uma chama estável, enquanto, ao mesmotempo, a fração de oxidante suprida deve ser pequena paranão afetar a formação de NOx.
De acordo com outro projeto alternativo preferido, entre5% e 15% de oxidante é suprido através do segundo canal 4para oxidante.
As figuras 2a a 2c mostram diferentes projetos do canalpara combustível e do citado segundo canal, vistosà direita na figura 1.
Em um projeto preferido, mostrado nas figuras 2a e 2b,o citado segundo canal 4; 4B e o canal 3; 3B paracombustível são coaxiais.
Em um projeto alternativo, mostrado na figura 2c,o citado segundo canal 4C e o canal 3C para combustívelsão separados e paralelos.
Deve ser aparente que os canais podem ser projetados deoutros modos, em outras quantidades, sem sair do conceitoinovador da invenção.
Por conseguinte, a presente invenção não deve ser tomadacomo limitada pelas configurações especificadas, ea mesma somente pode variar dentro do escopo especificadopelas reivindicações anexas.
Claims (8)
1. - Método para monitorar um queimador, durante acombustão de um combustível com oxidante em fornosindustriais, no qual o combustível e o oxidante sãosupridos para uma cabeça de queimador, e onde a chamaé monitorada por um detector de luz ultravioleta, ondepelo menos pelo menos um canal (3) para suprircombustível e pelo menos dois canais (4, 5) para supriroxidante estão presentes e se desenvolvem em direção àsuperfície (6) da cabeça de queimador (1) no lado dedentro do forno, onde o canal (3) para combustível e umprimeiro canal (5) para oxidante são localizados a umadistância um do outro, de modo que os gases injetadossejam diluídos com os gases de combustão, e onde o canal(3) para combustível e o segundo canal (4) para oxidantesão localizados mais próximos um do outro, caracterizadopelo fato de, em combinação, o citado detector (2)ser arranjado no canal (3) para combustível ou no segundocanal (4) para oxidante, e de uma fração da quantidadetotal do oxidante suprido ser suprida para o citadosegundo canal (4) para oxidante, e de o oxidante sersuprido para o citado segundo canal durante o processo decombustão completo, e de entre 4% e 40% de oxidante sersuprido para o citado segundo canal (4).
2. - Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de entre 5% e 15% do oxidanteser suprido para o citado segundo canal'. (4).
3. - Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato deo citado segundo canal (4) e o canal (3) para combustívelserem formados coaxiais.
4. - Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato deo citado segundo canal (4) e o canal (3) para combustívelserem formados separados e paralelos.
5. - Queimador para combustão de um combustível comoxidante, em um forno industrial, no qual o queimadoré arranjado para suprir um combustível e oxidante para acabeça de queimador, e onde um detector de luzultravioleta está presente para monitorar a chamana cabeça de queimador, onde pelo menos um canal (3) parasuprir combustível e pelo menos dois canais (4, 5) parasuprir oxidante estão presentes e se desenvolvem emdireção à superfície (6) da cabeça de queimador (1) nolado de dentro do forno, onde o canal (3) paracombustível e um primeiro canal (5) para oxidante sãolocalizados a uma distância um do outro, de modo que osgases injetados sejam diluídos com os gases de combustão,e onde o canal (3) para combustível e o segundo canal (4)para oxidante são localizados mais próximos um do outro,caracterizado pelo fato de, em combinação, o citadodetector (2) ser arranjado no canal (3) para combustívelou no segundo canal (4) para oxidante, e de o queimadorser arranjado para suprir uma fração da quantidade totaldo oxidante suprido para o citado segundo canal (4) paraoxidante, e de o queimador ser arranjado para suprirentre 4% e 40% do oxidante para o citado segundo canal(4) para oxidante.
6.- Queimador, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de o queimador ser arranjado parasuprir entre 5% e 15% de oxidante para o citado segundocanal (4).
7.- Queimador, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato deo citado segundo canal (4) e o canal (3) para combustívelserem formados coaxiais.
8.- Queimador, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato deo citado segundo canal (4) e o canal (3) para combustívelserem formados separados e paralelos.
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