BRPI0712772A2

BRPI0712772A2 - métodos de modificar a operação de um queimador, e de operar um queimador

Info

Publication number: BRPI0712772A2
Application number: BRPI0712772-3A
Authority: BR
Inventors: Stefan E F Laux
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2012-09-25
Also published as: US20110123938A1; US9091441B2; ES2587697T3; CA2654922C; CN101479532A; BRPI0712772B1; NO342259B1; EP2038581A2; CN101479532B; MX2008015165A; US9091442B2; US20130252182A1; NO20090374L; CA2654922A1; US20070298357A1; US9091440B2; WO2008002447A2; US20130244188A1; US20130244189A1; US8459986B2

Abstract

MéTODOS DE MODIFICAR A OPERAçãO DE UM QUEIMADOR, E DE OPERAR UM QUEIMADOR. Um queimador em que o combustível não possa ser queimado com ar como a única fonte de oxigênio para a combustão em uma chama estável no queimador, quando o índice de alimentação do combustível seja muito baixo, quando o combustível seja alimentado em uma relação em massa de ar-para-combustível muito elevada, quando o combustível contenha uma quantidade de matéria inerte muito elevada, ou quando o conteúdo de energia específica do combustível seja muito baixo, é modificado pelo suprimento de oxidante contendo mais do que 21% em volume de oxigênio na base de uma chama no queimador, em conseqüencia do que tais combustíveis podem ser queimados no queimador.

Description

"MÉTODOS DE MODIFICAR A OPERAÇÃO DE UM QUEIMADOR, E DE OPERAR UM QUEIMADOR" CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito à combustão de combustível carbonáceo em um dispositivo de combustão, tal como uma caldeira de utilidade alimentada a carvão. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Os sistemas de combustão são usualmente projetados para queimar combustível que seja caracterizado no fato de que uma ou mais propriedades do combustível pertinentes à combustão do combustível situam- se dentro de uma faixa de valores. O sistema de combustão geralmente se desempenha em sua eficiência mais elevada quando as características do combustível situam-se dentro das faixas para as quais o sistema é projetado. Tentativas para queimar combustível tendo uma ou mais características fora da faixa para a qual a característica pode encontrar limitações do equipamento que impeçam que sistema alcance a capacidade do projeto ou possa levar a efeitos colaterais negativos que resultem em problemas operacionais, emissões mais elevadas e manutenção aumentada. Aspectos que podem ser afetados pelas tentativas de queimar combustíveis tendo uma ou mais características fora das faixas para as quais o sistema é projetado incluem a estabilidade do processo de combustão, o padrão de liberação de calor da chama, a eficiência da combustão, as emissões de NOx e a capacidade do ventilador de ar e de gás de combustão.

Um exemplo de uma característica para a qual um sistema de combustão é freqüentemente projetado é a vazão de massa do combustível na câmara de combustão do sistema. A maioria dos sistemas de combustão de queima de combustível sólido (por exemplo, sistema que queimam carvão em uma caldeira) usa pulverizadores impulsionados a ar para secar e pulverizar o combustível, o qual é então carregado para a câmara de combustão e inflamado. Uma vez o meio de transporte do combustível pulverizado seja o ar, os pulverizadores e a tubulação do combustível são projetados para se obter pelo menos uma velocidade mínima de ar para evitar a sedimentação das partículas de combustível na corrente circulante do ar de transporte. Esta condição do projeto então requer operar o pulverizador com pelo menos um índice mínimo de fluxo de ar, mesmo sob condições de baixos índices de fluxo de massa combustível. Mantendo-se este índice mínimo de fluxo de ar assim dilui-se a mistura de ar/combustível, sob condições de baixos índices de fluxo de massa combustível, a um grau em que a combustão estável possa não ser alcançada e a chama do queimador gradualmente se extingue. Este é tipicamente o caso nas cargas abaixo dos 30 % da capacidade de carga completa do pulverizador. Os técnicos têm observado ser necessário usar combustível auxiliar (tal como o gás natural ou óleo) para se manter a chama e a estabilidade de combustão quando o combustível esteja sendo alimentado em tais baixos índices.

Um método de combustão que permita que a combustão seja mantida com uma chama estável, mesmo em índices de fluxo de massa de combustível abaixo daqueles para os quais o sistema foi projetado, deve assim ser útil.

Outros exemplos de características para as quais o sistema de

combustão é freqüentemente projetado, são o conteúdo de matéria inerte (isto é, não combustível) (quer sólida, tal como cinza e minerais, quer líquida, tipicamente água), e o valor da energia específica do combustível, isto é, a quantidade de energia obtenível após a combustão da matéria combustível presente por massa unitária da matéria combustível. Os combustíveis que contêm mais matéria inerte do que a faixa de matéria inerte para a qual o sistema de combustão foi projetado, e os combustíveis que têm um valor de energia específica abaixo da faixa de valores de energia específica para a qual o sistema foi projetado, quando alimentados no sistema de combustão, causam muitos dos problemas tais como a incapacidade de manter a combustão com uma chama estável.

Os combustíveis que podem levar a tais problemas operacionais podem, não obstante, ter uma vantagem econômica sobre os combustíveis que se acomodam às especificações do projeto do sistema. Assim, um método de combustão que permita que a combustão seja mantida com uma chama estável, mesmo com combustível que contenha uma proporção muito elevada de matéria inerte ou um valor muito baixo de energia específica para o sistema, deve assim ser útil. BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um aspecto da presente invenção é um método de modificar a operação de um queimador, compreendendo:

(A) fornecer um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais

correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, possam ser alimentadas e queimadas em uma chama estável do referido queimador, mas em que, mantendo-se a referida chama estável no referido queimador quando o ar fornecido nas referidas correntes seja a única fonte de oxigênio para a referida combustão, requer-se que o combustível satisfaça a uma ou mais condições nesse um ou mais dentre (1) a vazão de massa do combustível através do referido queimador, (2) a relação de combustível-para- ar da corrente de ar misturado com o combustível que seja alimentado através do queimador, (3) o conteúdo da matéria combustível (isto é, não inerte) no combustível, (4) o valor da energia específica do combustível deva ser pelo menos suficiente para que a referida chama estável seja mantida no referido queimador,

(B) inserir através do referido queimador uma lança, cuja extremidade de saída seja posicionada para ejetar gás na base de uma chama no referido queimador, (C) alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com combustível sólido particulado que não satisfaça pelo menos uma das referidas condições e que, portanto, não possa ser queimado em uma chama estável no referido queimador no ar como a única fonte de oxigênio para combustão, e alimentar através do referido queimador referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível,

(D) alimentar oxidante gasoso compreendendo mais do que 21% em volume de oxigênio através da extremidade de saída da referida lança, e

(E) queimar referido combustível e ar alimentado na etapa (C) com o referido oxidante alimentado na etapa (D) em uma chama estável no referido queimador, em que o referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantenha referida chama estável.

Outro aspecto da presente invenção é um método de operar um queimador, compreendendo

(A) prover um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com o combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar que não o ar misturado com o referido combustível, pode ser alimentada e queimada em uma chama estável no referido queimador, porém em que, mantendo-se a referida chama estável no referido queimador quando o ar fornecido nas referidas correntes seja a única fonte de oxigênio para a referida combustão, requer-se que o combustível satisfaça a uma ou mais das condições em que uma ou mais dentre (1) a vazão de massa do combustível através do referido queimador, (2) a relação de combustível-para-ar da corrente de ar misturada com o combustível que é alimentado através do queimador, (3) o conteúdo de matéria combustível no combustível, e (4) o valor da energia específica do combustível, devem ser pelo menos suficiente para que a referida chama estável seja mantida no referido queimador,

(B) alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com combustível sólido particulado que não satisfaça a pelo menos uma das referidas condições e, portanto, não possa ser queimado em uma chama estável no referido queimador no ar como a única fonte de oxigênio para combustão, e alimentar através do referido queimador as ditas uma ou mais correntes de ar que não o ar misturado com o referido combustível, e

(C) queimar o referido combustível e o ar alimentado na etapa (B) em uma chama estável no referido queimador, ao mesmo tempo em que também se alimenta uma corrente de oxidante gasoso compreendendo mais do que 21% em volume de oxigênio na base da referida chama no dito queimador, em que referido oxidante queima com o citado combustível e ar, em que referido oxidante é alimentado na base da citada chama em uma vazão de massa que mantenha referida chama estável.

Em ambos os aspectos acima mencionados da presente invenção, a corrente de oxidante gasoso compreendendo mais do que 21% em volume de oxigênio é, além da corrente de combustível-ar e da uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o combustível na dita corrente de combustível-ar.

Em ambos os aspectos acima mencionados da presente invenção, a combustão que é tornada possível pela alimentação do oxidante gasoso é vantajosamente realizada sem alimentar combustível suplementar na forma gasosa, líquida ou sólida, tal como o gás natural ou metano, o óleo combustível ou os hidrocarbonetos líquidos, ou os sólidos que contenham um conteúdo mais elevado de matéria volatilizável do que se acha contida no combustível sólido particulado que é alimentado e queimado na prática desta invenção.

Como aqui usado, uma chama é "estável" significa que, uma vez ela seja estabelecida sob um dado conjunto de condições de combustão, ela continua a queimar indefinidamente sob aqueles condições de combustão. BREVE DESCRIÇAO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista em seção transversal de uma modalidade do aparelho com o qual a presente invenção pode ser praticada.

A Figura 2 é uma vista em seção transversal de um queimador útil na modalidade da Figura 1.

A Figura 3 é uma vista em seção transversal do queimador da Figura 2, mostrando a modificação daquela modalidade de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A Figura 1 apresenta um sistema de combustão representativo com o qual a presente invenção pode ser praticada. O sistema inclui o dispositivo de combustão 1, tal como uma caldeira acionada a carvão. O combustível nesta ilustração é o carvão, mas os combustíveis com os quais a presente invenção é útil incluem qualquer matéria que tenha valor para aquecer, isto é, que libere calor após a combustão. Os termos "combustível" e "sólidos combustíveis" aqui usados referem-se à matéria que seja alimentada para ser queimada, incluindo os seus constituintes combustíveis, bem como quaisquer constituintes não combustíveis que estejam presentes.

O dispositivo 1 de combustão aloja a câmara de combustão 3, o qual é tipicamente um espaço que pode resistir a altas temperaturas que sejam alcançadas pela combustão que é realizada na câmara de combustão 3. A câmara de combustão pode ser feita de, ou ser delineada com, material refratário, ou pode estar contida por paredes de tubos que carreguem material, tal como a água, que absorva calor da câmara de combustão através do tubo 5. O calor que é gerado pela combustão pode ser usado em qualquer das várias maneiras (não mostradas na Figura 1), tais como o vapor formado nos tubos que circundam a câmara de combustão 3 ou que são dispostos através do tubo 5.

O queimador 11 é provido através de uma superfície do dispositivo de combustão 1. Na prática real, em qualquer lugar, de 1 a 20 ou mais queimadores podem ser providos, dependendo do tamanho da instalação. Além disso, os queimadores podem ser montados em paredes, montados no teto, ou montados nos cantos. A corrente 12 de combustível-ar contendo uma mistura de combustível e ar, e a corrente de ar 13, são alimentadas através do queimador lie queimadas na câmara de combustão 3. A combustão forma a chama 15, cuja base se acha no queimador. A corrente de ar 14 opcional de fogo em excesso é alimentada à câmara de combustão 3 a jusante da chama 14, entre a chama 15 e o tubo 5. Quando mais do que um queimador seja empregado, as correntes de ar 13 (e as correntes de ar de fogo em excesso 14, quando usadas) podem ser alimentadas de uma caixa de ventilação ou sistema de ventilação comuns (não mostrados) que são convencionais na prática industrial corrente.

A corrente de combustível-ar 12 pode ser formada na unidade 17, a qual, em muitas formas de realização, é um pulverizador em que o combustível 18 é pulverizado na forma de particulado que possa ser carregada em uma corrente de ar de transporte, e em que o combustível seja misturado com o ar 19 que serve como o ar de transporte e que também forneça algum oxigênio para combustão. O pulverizador tipicamente tem um índice máximo de fluxo de massa de combustível (denominado a "carga plena") no qual ele pode produzir corrente de combustível-ar 12. A unidade 17 pode, ao invés, ser um aparelho que forme a corrente de combustível-ar pela combinação de uma corrente de combustível particulado já pulverizado com uma corrente de ar de transporte.

As Figuras 2 e 3 apresentam, em seção transversal, uma

modalidade de um queimador 11, o qual é representativo dos queimadores com os quais a presente invenção pode ser praticada. A passagem 22 leva a corrente de combustível-ar 12 para dentro da câmara de combustão 3, onde ela queima na chama 15 como mostrado nas Figuras 1 e 3. A passagem ou passagens 23 levam a corrente de ar 13 para dentro da câmara de combustão 3, onde o ar fornece oxigênio para a combustão na chama 15. A passagem ou passagens opcionais 24 levam o ar secundário para dentro da câmara de combustão 3, onde o ar secundário pode participar na combustão.

Os queimadores apresentados nas Figuras 2 e 3 de preferência são circulares, com a passagem 22 disposta ao longo do eixo central do queimador. Em uma forma de realização, existe uma passagem 23 que é anular e concêntrica e completamente localizada ao redor da passagem 22. Em outras formas de realização, pode haver duas ou mais passagens 23, cada uma terminando em sua própria abertura na câmara de combustão 3. Da mesma forma, o ar secundário opcional pode ser fornecido através de uma passagem 24 que seja concêntrica e completamente localizada ao redor da passagem 22, ou através de duas ou mais passagens separadas, cada uma das quais tendo sua própria abertura dentro da câmara de combustão 3.

A Figura 3 apresenta o queimador da Figura 2 que foi modificado de acordo com a presente invenção. As referências numéricas que aparecem em ambas as Figuras 2 e 3 têm os mesmos significados para a forma de realização da Figura 3 no que diz respeito à forma de realização da Figura 2.

A forma de realização da Figura 3 inclui a lança 31 que se acha situada dentro da passagem 22. A lança 31 termina na abertura 33 que se acha situada para alimentar gás fora da abertura 33 dentro da base 35 da chama 15. A outra extremidade da lança 31 é conectada a um suprimento de oxidante que é equipado com válvulas e controles adequados de modo a que ele forneça uma corrente de oxidante para a lança 31 quando desejável, e na velocidade de fluxo desejada. O oxidante deve conter mais do que 21% em volume de oxigênio e, preferivelmente, contém mais do que 30% em volume de oxigênio, e mais preferível pelo menos 90% em volume de oxigênio. O oxidante pode ser fornecido de um tanque de armazenagem adequado, ou pode ser fornecido pela combinação de uma corrente de ar com uma corrente de oxigênio comercialmente puro (por exemplo, 99% em volume ou oxigênio de pureza mais elevada) nas quantidades relativas entre si, que estabeleça o conteúdo desejado de oxigênio.

A presente invenção pode ser praticada da seguinte maneira para modificar um queimador de modo que o combustível sólido particulado possa ser queimado no queimador não obstante o combustível seja alimentado em uma vazão de massa de sólidos combustíveis de modo que reduza a combustão do combustível no queimador com o ar já que a única fonte de oxigênio para combustão não pode ser mantida em uma chama estável no queimador.

A vazão de massa de sólidos de combustível mínimo, cuja combustão do combustível com ar como a única fonte de oxigênio para combustão pode ser mantida em uma chama estável no queimador. Um meio de se determinar este índice é determinando-se o índice mínimo de fluxo de ar que é necessário para a operação do queimador, o conteúdo mínimo de sólidos do combustível em que a circulação de ar na qual a combustão do combustível alimentado nessa circulação de ar possa ser mantida em uma chama estável no queimador, com o ar sendo a única fonte de oxigênio para a combustão. A combinação do índice mínimo de fluxo de ar com o conteúdo mínimo de sólidos do combustível estabelece uma vazão de massa de sólidos do combustível mínimo em que a combustão no ar pode ser mantida no queimador em uma chama estável.

A lança 31, ou conduto equivalente, é colocada através do queimador 22, como mostrado na Figura 3, com sua extremidade de saída posicionada na abertura do queimador em sua outra extremidade conectada (através de válvulas e controles convencionais que possibilitam o controle da vazão e possibilitam que se torne um fluxo intermitente) a uma fonte de oxidante contendo mais do que 21% em volume de oxigênio, 10

convenientemente pelo menos 30 % em volume de oxigênio e preferivelmente pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

Em seguida, uma corrente de combustível-ar é alimentada através do queimador em uma vazão de massa de sólidos que é menor do que aquele mínimo estabelecido como descrito acima, o ar de combustão é alimentado através do queimador (por exemplo através da passagem ou das passagens 23 do queimador na Figura 3), e oxidante contendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, convenientemente pelo menos 30 % em volume de oxigênio, e preferivelmente pelo menos 90 % em volume de oxigênio, é alimentado através da lança 31. Se a combustão no queimador já tiver sido estabelecida, o oxidante emergente na saída 33 é alimentado na base 35 da chama no queimador. Se a combustão no queimador ainda não tiver sido estabelecida, a mistura da corrente de combustível-ar, com a corrente de ar da combustão e com o oxidante é inflamada, e o oxidante emergente na saída 33 é alimentado na base 35 da chama no queimador.

A vazão de massa em que o oxigênio é alimentado na base da chama é ajustado para se determinar o valor em que a combustão do combustível é mantida em uma chama estável no queimador. Então, a vazão do oxigênio é mantido nesse nível, ou é aumentado para garantir a combustão estável mesmo na eventualidade de flutuações da vazão de massa do combustível. Tipicamente, a quantidade de oxigênio que se acha presente no oxidante emergente da saída 33 para a base 35 da chama é de 1 % a 25 % da quantidade estequiométrica total necessária para queimar completamente a porção combustível do combustível que é alimentado. Se desejável, o conteúdo de oxigênio do oxidante pode ser ajustado para acomodar as necessidades da situação; à medida em que o índice de alimentação decresce, o aumento do conteúdo de oxigênio do oxidante geralmente será necessário para manter a combustão estável do combustível.

Espera-se que esta forma de realização da invenção permita 11

que uma combustão em uma chama estável no queimador seja mantida, mesmo quando a vazão em massa dos sólidos do combustível corresponda aos 30 % ou menos do índice mínimo de fluxo de massa dos sólidos do combustível necessários para que a combustão estável seja mantida quando o ar for usado como a única fonte de oxigênio para a combustão. O índice mínimo de fluxo de massa dos sólidos do combustível no qual esta invenção se torna aplicável, se expresso como um número absoluto ou como um percentual da vazão máximo, varia de uma unidade a outra, mas pode facilmente ser determinado experimentalmente para qualquer unidade.

A presente invenção pode ser praticada da seguinte maneira para modificar um queimador de modo que o combustível carbonáceo sólido particulado possa ser queimado no queimador, não obstante a corrente de ar misturada com o combustível que é alimentado ao queimador (tal como de um pulverizador) tenha uma relação em massa de ar-para-combustível tão elevada, tal como 2,5 ou mais, ou mesmo 3,0 ou mais (isto é, que possa ser encontrada após a "redução" do índice de combustão), que a combustão do combustível no queimador com o ar como a única fonte de oxigênio para combustão não possa ser mantida em uma chama estável no queimador. (Reconhecer-se-á que as referências neste relatório a uma relação de ar-para- combustível muito elevada possibilita uma chama estável, e a uma relação de combustível-para-ar necessitando ser acima de um valor para permitir uma chama estável, são simplesmente meios diferentes de se expressar o mesmo ponto).

A relação máxima de massa de ar-para-combustível na corrente do ar misturada com o combustível que é alimentado através do queimador, é determinada, para esse queimador, no qual a combustão do combustível pode ser mantida em uma chama estável no queimador, com o ar sendo a única fonte de oxigênio para a combustão.

A lança 31, ou conduto equivalente, é colocada através do 12

queimador 22 como mostrado na Figura 3, com sua extremidade de saída posicionada na abertura do queimador em sua outra extremidade conectada (através de válvulas e controles convencionais que permitam o controle da vazão e possibilitem que se torne o fluxo intermitente) a uma fonte de oxidante contendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, convenientemente pelo menos 30 % em volume de oxigênio e preferivelmente pelo menos 90 % em volume de oxigênio. Depois, uma corrente de combustível-ar é alimentada através do queimador, em que a relação de ar- para-combustível daquela corrente é mais elevada do que aquele máximo estabelecido como descrito acima, o ar de combustão é alimentado através do queimador (por exemplo, através da passagem ou passagens 23 do queimador na Figura 3), e o oxidante contendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, convenientemente pelo menos 30 % em volume de oxigênio e preferivelmente pelo menos 90 % em volume de oxigênio, é alimentado através da lança 31. Se a combustão no queimador já tiver sido estabelecida, o oxidante emergente na saída 33 é alimentado na base 35 da chama no queimador. Se a combustão no queimador ainda não tiver sido estabelecida, a mistura da corrente de combustível-ar, com a corrente de ar da combustão e com o oxidante é inflamada, e o oxidante emergente na saída 33 é alimentado na base 35 da chama no queimador.

A vazão de massa em que o oxigênio é alimentado na base da chama é ajustado para se determinar o valor em que a combustão estável do combustível é mantida em uma chama no queimador. Então, a vazão do oxigênio é mantido nesse nível, ou é aumentado para garantir a combustão estável mesmo na eventualidade de flutuações do conteúdo de matéria não combustível. Tipicamente, a quantidade de oxigênio que se acha presente no oxidante emergente da saída 33 para a base 35 da chama é de 1 % a 25 % da quantidade estequiométrica total necessária para queimar completamente a porção combustível do combustível alimentado. Se desejável, o conteúdo de 13

oxigênio do oxidante pode ser ajustado para acomodar as necessidades da situação; à medida em que o índice de ar-para-combustível da corrente de alimentação de combustível decresce, o aumento do conteúdo de oxigênio do oxidante geralmente será necessário para manter a combustão estável do combustível.

A relação máxima de ar-para-combustível na corrente de alimentação de combustível, acima da qual a presente invenção se torna aplicável, varia de uma unidade para outra, mas pode facilmente ser determinada experimentalmente para qualquer dada unidade. Em geral, a combustão do combustível alimentado nas correntes de ar misturado com o combustível, em que a relação de ar-para-combustível se situe abaixo de cerca de 2,0, é menos provável necessitar do auxílio fornecido pela presente invenção, enquanto a capacidade da presente invenção de obter a combustão do combustível alimentado nas correntes de alimentação tendo relações de ar- para-combustível mais elevadas, é provável seja realizada com as correntes de alimentação de combustível alimentadas nas relações de ar-para-combustível de 2,5 ou mais, e mesmo mais provável quando alimentadas nas relações de ar-para-combustível de 3,0 ou mais.

A presente invenção pode ser praticada da seguinte maneira, para modificar um queimador de modo que o combustível carbonáceo sólido particulado possa ser queimado no queimador, não obstante o combustível contenha uma quantidade de material não combustível (inerte) tão elevada, até 70 ou 75 % em peso, ou ainda 80 a 90 % em peso, de modo que a combustão do combustível no queimador com ar como a única fonte de oxigênio para combustão não possa ser mantida em uma chama estável no queimador. O combustível contendo esse muito material inerte pode ser encontrado ou formado naturalmente, ou pode ser formado pela mistura do combustível, com menos (ou nenhum) material inerte, com material inerte ou com combustível contendo ainda quantidades mais elevadas de material 14

inerte.

O conteúdo máximo de matéria não combustível no combustível é determinado, para aquele queimador, em que a combustão do combustível possa ser mantida em uma chama estável no queimador, com ar como a única fonte de oxigênio para a combustão.

A lança 31, ou conduto equivalente, é colocada através do queimador 22 como mostrado na Figura 3, com sua extremidade de saída posicionada na abertura do queimador em sua outra extremidade conectada (através de válvulas e controles convencionais que possibilitam o controle da vazão e possibilitam que se torne um fluxo intermitente) a uma fonte de oxidante contendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, convenientemente pelo menos 30 % em volume de oxigênio e preferivelmente pelo menos 90 % em volume de oxigênio. Em seguida, uma corrente de combustível-ar é alimentada através do queimador em que o conteúdo de matéria não combustível no combustível é mais elevado do que aquele máximo estabelecido como descrito acima, o ar de combustão é alimentado através do queimador (por exemplo através da passagem ou das passagens 23 do queimador na Figura 3), e oxidante contendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, convenientemente pelo menos 30 % em volume de oxigênio, e preferivelmente pelo menos 90 % em volume de oxigênio, é alimentado através da lança 31. Se a combustão no queimador já tiver sido estabelecida, o oxidante emergente na saída 33 é alimentado na base 35 da chama no queimador. Se a combustão no queimador ainda não tiver sido estabelecida, a mistura da corrente de combustível-ar, com a corrente de ar de combustão e com o oxidante é inflamada, e o oxidante emergente na saída 33 é alimentado na base 35 da chama no queimador.

A vazão de massa em que o oxigênio é alimentado na base da chama é ajustado para se determinar um valor em que a combustão do combustível é mantida em uma chama no queimador. Então, a vazão do 15

oxigênio é mantido nesse nível, ou é aumentado para garantir a combustão estável mesmo na eventualidade de flutuações do conteúdo da matéria não combustível no. Tipicamente, a quantidade de oxigênio que se acha presente no oxidante emergente da saída 33 para a base 35 da chama é de 1 % a 25 % da quantidade estequiométrica total necessária para queimar completamente a porção combustível do combustível alimentado. Se desejável, o conteúdo de oxigênio do oxidante pode ser ajustado para acomodar as necessidades da situação; à medida em que o percentual de matéria combustível no combustível decresce, o aumento do conteúdo de oxigênio do oxidante geralmente será necessário para manter a combustão estável do combustível.

O conteúdo máximo de matéria não combustível, acima do qual a presente invenção se torna aplicável, varia de uma unidade para outra, mas pode facilmente ser determinada experimentalmente para qualquer dada unidade. Em geral, a combustão dos combustíveis tendo conteúdo de matéria não combustível abaixo de cerca de 30 % em peso, é menos provável necessitar do auxílio fornecido pela presente invenção, enquanto a capacidade da presente invenção para obter a combustão do combustível tendo alto conteúdo de matéria não combustível, é provável seja realizada com combustível contendo 35 % em peso ou mais de matéria não combustível, e ainda mais provável com combustível contendo 40 % em peso ou mais de matéria não combustível.

A presente invenção pode ser praticada da seguinte maneira, para modificar um queimador de modo que o combustível carbonáceo sólido particulado possa ser queimado no queimador, não obstante o conteúdo específico de energia do combustível (por exemplo, BTU por libra (0,25 kcal por 453,59 g) de combustível) seja tão baixo que a combustão do combustível no queimador com o ar como a única fonte de oxigênio para combustão não possa ser mantida em uma chama estável no queimador.

O conteúdo mínimo de energia específica do combustível é 16

determinado de modo que a combustão do combustível possa ser mantida em uma chama estável no queimador, com o ar como a única fonte de oxigênio para a combustão.

A lança 31, ou conduto equivalente, é colocada através do queimador 22 como mostrado na Figura 3, com sua extremidade de saída posicionada na abertura do queimador em sua outra extremidade conectada (através de válvulas e controles convencionais que possibilitam o controle da vazão e possibilitam que se torne um fluxo intermitente) a uma fonte de oxidante contendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, convenientemente pelo menos 30 % em volume de oxigênio e preferivelmente pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

Em seguida, uma corrente de combustível-ar é alimentada através do queimador em que o conteúdo específico de energia do combustível é mais baixo do que aquele mínimo estabelecido como descrito acima, o ar de combustão é alimentado através do queimador (por exemplo através da passagem ou das passagens 23 do queimador na Figura 3), e oxidante contendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, convenientemente pelo menos 30 % em volume de oxigênio, e preferivelmente pelo menos 90 % em volume de oxigênio, é alimentado através da lança 31. Se a combustão no queimador já tiver sido estabelecida, o oxidante emergente na saída 33 é alimentado na base 35 da chama no queimador. Se a combustão no queimador ainda não tiver sido estabelecida, a mistura da corrente de combustível-ar, com a corrente de ar de combustão e com o oxidante é inflamada, e o oxidante emergente na saída 33 é alimentado na base 35 da chama no queimador.

A vazão de massa em que o oxigênio é alimentado na base da chama é ajustado para se determinar um valor em que a combustão estável do combustível é mantida em uma chama no queimador. Então, a vazão do oxigênio é mantido nesse nível, ou é aumentado para garantir a combustão 17

estável mesmo na eventualidade de flutuações do conteúdo de energia específica do combustível. Tipicamente, a quantidade de oxigênio que se acha presente no oxidante emergente da saída 33 para a base 35 da chama é de 1 % a 25 % da quantidade estequiométrica total necessária para queimar completamente a porção combustível do combustível alimentado. Se desejável, o conteúdo de oxigênio do oxidante pode ser ajustado para acomodar as necessidades da situação; à medida em que o conteúdo de energia específica do combustível decresce, o aumento do conteúdo de oxigênio do oxidante geralmente será necessário para manter a combustão estável do combustível.

O conteúdo mínimo de energia específica abaixo do qual a presente invenção se torna aplicável, varia de uma unidade para outra, porém pode facilmente ser determinada experimentalmente para qualquer unidade dada. Em geral, a combustão dos combustíveis tendo conteúdo de energia específica acima de cerca de 10.000 BTU/libra (5,51 kcal/g) é menos provável de necessitar o auxílio fornecido pela presente invenção, enquanto a capacidade da presente invenção para se obter a combustão do combustível tendo conteúdo baixo de energia específica é provável seja realizada com combustível tendo um conteúdo de energia específica de 8.000 BTU/libra (4,41 kcal/g) ou menos, como determinado de uma amostra de combustível seco, e ainda mais provável com combustível tendo um conteúdo de energia específica de 6.000 BTU/libra (3,31 kcal/g) ou menos, como determinado de uma amostra de combustível seco.

Claims

1. Método de modificar a operação de um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende: (A) fornecer um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, possam ser alimentadas e queimadas em uma chama estável no referido queimador, mas em que, mantendo-se a referida chama estável no referido queimador quando o ar fornecido nas referidas correntes seja a única fonte de oxigênio para a referida combustão, requer-se que o combustível satisfaça a uma ou mais condições nesse um ou mais dentre (1) a vazão de massa do combustível através do referido queimador, (2) a relação de combustível-para- ar da corrente de ar misturada com o combustível que seja alimentado através do queimador, (3) o conteúdo da matéria combustível no combustível, e (4) o valor da energia específica do combustível deva ser pelo menos suficiente para que a referida chama estável seja mantida no referido queimador, (B) introduzir através do referido queimador uma lança, cuja extremidade de saída seja posicionada para ejetar gás na base de uma chama no referido queimador, (C) alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com combustível sólido particulado que não satisfaça a pelo menos uma das referidas condições e que, portanto, não possa ser queimado em uma chama estável no referido queimador no ar como a única fonte de oxigênio para combustão, e alimentar através do referido queimador referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, (D) alimentar oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio através da extremidade de saída da referida lança, e (E) queimar o referido combustível e ar alimentado na etapa 2 (C) com o referido oxidante alimentado na etapa (D) em uma chama estável no referido queimador, em que o referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantenha referida chama estável.

1 REIVINDICAÇÕES

2.Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (D) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

3.Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vazão de massa do combustível alimentado através do referido queimador na etapa (C) não é suficiente para que o referido combustível seja queimado em uma chama estável no referido queimador com o ar sendo a única fonte de oxigênio para a referida combustão do dito combustível.

4.Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (D) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação em massa de ar-para-combustível da corrente de ar misturada com o combustível que é alimentado através do referido queimador, é muito elevada para que o referido combustível seja queimado em uma chama estável no referido queimador, no ar como a única fonte de 20 oxigênio para a referida combustão do referido combustível.

6.Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (D) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

7.Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor da energia específica do combustível alimentado na etapa (C) não é suficiente para que o referido combustível seja queimado em uma chama estável no referido queimador no ar como a única fonte de oxigênio para a referida combustão no dito combustível.

8.Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo 3 fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (D) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

9. Método de modificar a operação de um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A) prover um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, possam ser alimentadas e queimadas em uma chama estável no referido queimador, (B)determinar a vazão mínima de massa do combustível carbonáceo sólido particulado através do referido queimador, abaixo do qual a combustão do referido combustível com ar como a única fonte de oxigênio para a referida combustão, não possa ser mantida em uma chama estável no referido queimador, (C)inserir através do referido queimador uma lança, cuja extremidade de saída seja posicionada para ejetar gás na base de uma chama no referido queimador, e a extremidade de entrada da qual seja conectada a uma fonte de oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, (D)alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com o referido combustível sólido particulado em uma vazão de massa do referido combustível abaixo do referido mínimo, e alimentar através do dito queimador as referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, (E)alimentar oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, através da extremidade de saída da referida lança, e (F)queimar referido combustível e ar alimentado na etapa (D) com o referido oxidante alimentado na etapa (E) em uma chama estável no 4 referido queimador, em que referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantenha referida chama estável.

10.Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (D) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

11.Método de modificar a operação de um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A)prover um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, possa ser alimentada e queimada em uma chama estável no referido queimador, (B)determinar a relação máxima de massa de ar-para- combustível da corrente de ar misturada com o combustível que é alimentado através do referido queimador acima do qual a combustão do referido combustível com ar como sendo a única fonte de oxigênio para a referida combustão, não possa ser mantida em uma chama estável no referido queimador. (C)inserir através do referido queimador uma lança, cuja extremidade de saída seja posicionada para ejetar gás na base de uma chama no referido queimador, e a extremidade de entrada da qual seja conectada a uma fonte de oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, (D)alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com o referido combustível sólido particulado em uma relação de ar-para-combustível acima do referido máximo, e alimentar através do dito queimador as referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, (E)alimentar oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 5 % em volume de oxigênio, através da extremidade de saída da referida lança, e (F) queimar referido combustível e ar alimentado na etapa (D) com o referido oxidante alimentado na etapa (E) em uma chama estável no referido queimador, em que referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantenha referida chama estável.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (D) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

13. Método de modificar a operação de um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A)prover um queimador através da qual uma corrente de ar misturada com combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar diferentes de ar misturado com dito combustível, pode ser alimentado e queimado em uma chama estável no dito queimador, (B)determinar o conteúdo máximo de matéria não combustível do combustível carbonáceo sólido particulado acima, cuja combustão do dito combustível com ar como fonte única de oxigênio para dita combustão não possa ser mantida em uma chama estável no referido queimador, (C)inserir através do referido queimador uma lança cuja extremidade de saída seja posicionada para ejetar gás na base de uma chama no dito queimador e cuja extremidade de entrada seja conectada a uma fonte de oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, (D)alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com o referido combustível sólido particulado tendo um conteúdo de matéria não combustível acima do referido máximo, e alimentar através do dito queimador as referidas uma ou mais correntes de ar outras que 6 não o ar misturado com o referido combustível, (E) alimentar oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, através da extremidade de saída da referida lança, e (F) queimar o referido combustível e ar alimentado na etapa (D), com o referido oxidante alimentado na etapa (E) em uma chama estável no referido queimador, em que referido oxidante é alimentado na base da dita chama em uma vazão de massa que mantenha a referida chama estável.

14.Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (D) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

15.Método de modificar a operação de um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A)prover um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, possa ser alimentada e queimada em uma chama estável no dito queimador, (B)determinar o conteúdo mínimo de energia específica do combustível carbonáceo sólido particulado, abaixo do qual a combustão do referido combustível com ar como a única fonte de oxigênio para a referida combustão, não possa ser mantida em uma chama estável no referido queimador, (C)inserir através do referido queimador uma lança, cuja extremidade de saída é posicionada para ejetar gás na base de uma chama no referido queimador, e a extremidade de entrada da qual seja conectada a uma fonte de oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, (D)alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com o referido combustível sólido particulado tendo um 7 conteúdo de energia específico abaixo do referido mínimo, e alimentar através do referido queimador referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, (E)alimentar oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio, através da extremidade de saída da referida lança, e (F)queimar referido combustível e ar alimentado na etapa (D) com o referido oxidante alimentado na etapa (E) em uma chama estável no referido queimador, em que referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantenha referida chama estável.

16.Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (D) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

17.Método de operar um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A)fornecer um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, possam ser alimentadas e queimadas em uma chama estável no referido queimador, mas em que, mantendo-se a referida chama estável no referido queimador quando o ar fornecido nas referidas correntes seja a única fonte de oxigênio para a referida combustão, requer-se que o combustível satisfaça a uma ou mais condições nesse um ou mais dentre (1) a vazão de massa do combustível através do referido queimador, (2) a relação de combustível-para- ar da corrente de ar misturado com o combustível que seja alimentado através do queimador, (3) o conteúdo da matéria combustível no combustível, e (4) o valor da energia específica do combustível deva ser pelo menos suficiente para que a referida chama estável seja mantida no referido queimador, (B)alimentar através do referido queimador uma corrente de 8 ar misturada com combustível sólido particulado que não satisfaça a pelo menos uma das referidas condições e que, portanto, não possa ser queimado em uma chama estável no dito queimador no ar como a única fonte de oxigênio para combustão, e alimentar através do referido queimador as referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, e (C) queimar o referido combustível e o ar alimentado na etapa (B) em uma chama estável no dito queimador, enquanto também se alimenta oxidante gasoso contendo mais do que 21 % em volume de oxigênio na base da referida chama no referido queimador, em que referido oxidante se queima com o referido combustível e ar, em que o referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantém a referida chama estável.

18.Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (C) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

19.Método de operar um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A)prover um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com o combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, podem ser alimentadas e queimadas em uma chama estável no referido queimador, (B) alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com o referido combustível sólido particulado, em uma vazão de massa do referido combustível abaixo da vazão de massa mínima do combustível carbonáceo sólido particulado através do referido queimador, abaixo do qual a combustão do referido combustível com ar como a única fonte de oxigênio para a referida combustão, não possa ser mantida em uma 9 chama estável no dito queimador, e alimentar através do referido queimador as referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, (C) queimar referido combustível e ar alimentado na etapa (B) em uma chama estável no dito queimador, enquanto se alimenta oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio na base da referida chama no referido queimador, em que o referido oxidante é queimado com os referidos combustível e ar, em que o referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantém a referida chama estável.

20.Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (C) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

21.Método de operar um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A) prover um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com o combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, podem ser alimentadas e queimadas em uma chama estável no referido queimador, (B)alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com o referido combustível sólido particulado, em uma relação de ar-para-combustível acima da relação máxima de massa de ar-para- combustível da corrente de ar misturada com combustível que é alimentada através do referido queimador acima, cuja combustão do referido combustível com ar como a única fonte de oxigênio para a referida combustão não pode ser mantida em uma chama estável no referido queimador, e alimentar através do referido queimador as referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, e 10 (C) queimar o referido combustível e o ar alimentado na etapa (B) em uma chama estável no referido queimador, enquanto se alimenta oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio na base da referida chama no referido queimador, em que o referido oxidante queime com os referidos combustível e ar, em que o referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantém a referida chama estável.

22.Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (C) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

23.Método de operar um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A)prover um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com o combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, podem ser alimentadas e queimadas em uma chama estável no referido queimador, (B)alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com o referido combustível sólido particulado tendo um conteúdo de matéria não combustível acima do conteúdo máximo da matéria não combustível do combustível carbonáceo sólido particulado, acima do qual a combustão do referido combustível com ar como a única fonte de oxigênio para a referida combustão, não pode ser mantida em uma chama estável no referido queimador, e alimentar através do referido queimador as referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, (C)queimar o referido combustível e o ar alimentado na etapa (B) em uma chama estável no referido queimador, enquanto se alimenta oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio na 11 base da referida chama no referido queimador, em que o referido oxidante queime com os referidos combustível e ar, em que o referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantém a referida chama estável.

24.Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (C) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.

25.Método de operar um queimador, o método caracterizado pelo fato de que compreende (A)prover um queimador através do qual uma corrente de ar misturada com o combustível carbonáceo sólido particulado, e uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, podem ser alimentadas e queimadas em uma chama estável no referido queimador, (B)alimentar através do referido queimador uma corrente de ar misturada com o referido combustível sólido particulado tendo um conteúdo de energia específica abaixo do conteúdo mínimo de energia específica do combustível carbonáceo sólido particulado abaixo do qual a combustão do referido combustível com ar como a única fonte de oxigênio para a referida combustão não pode ser mantida em uma chama estável no referido queimador, e alimentar através do referido queimador as referidas uma ou mais correntes de ar outras que não o ar misturado com o referido combustível, (C)queimar o referido combustível e o ar alimentado na etapa (B) em uma chama estável no referido queimador, enquanto se alimenta o oxidante gasoso compreendendo mais do que 21 % em volume de oxigênio na base da referida chama no referido queimador, em que o referido oxidante queime com os referidos combustível e ar, em que o referido oxidante é alimentado na base da referida chama em uma vazão de massa que mantém a 12 referida chama estável.

26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o oxidante gasoso alimentado na etapa (C) compreende pelo menos 90 % em volume de oxigênio.