BRPI0714130A2 - lanÇa de injeÇço de carvço pulverizado - Google Patents
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Abstract
LANÇA DE INJEÇçO DE CARVçO PULVERIZADO. A presente invenção propõe uma lança de injeção de carvão pulverizado (10) para abastecer carvão pulverizado a partir de uma extremidade posterior da lança (10) até uma extremidade frontal (11) da lança (10). A lança (10) compreende um tubo externo (12) para conduzir gás combustível, e um tubo interno (14), arranjado coaxialmente dentro do tubo externo (12), para conduzir carvão pulverizado. O tubo interno (14) forma uma parede de separação para separar o carvão pulverizado do gás combustível. A parede de separação é ao menos parcialmente descontinuada em uma região próxima à extremidade frontal (11) da lança (10), desse modo formando uma região de mistura (16) dentro da lança de injeção de carvão pulverizado (10). Segundo um importante aspecto da invenção, o tubo externo (12) e o tubo interno (14) possuem substancialmente o mesmo comprimento e sendo que o tubo interno (14) compreende ao menos uma abertura lateral (18, 20) para permitir que carvão pulverizado e gás combustível entrem em contato dentro da lança de injeção de carvão pulverizado (10) perto da extremidade frontal (11).
Description
RELATÓRIO DESCRITIVO Pedido de Patente de Invenção para "LANÇA DE INJEÇÃO DE CARVÃO PULVERIZADO"
Introdução
A presente invenção se refere a uma lança de injeção de carvão
pulverizado, em particular para abastecer carvão pulverizado para dentro de uma ventaneira de um alto-forno.
Descrição do estado da técnica
Lanças de injeção de carvão pulverizado são geralmente utilizadas para injetar carvão pulverizado como um substituto para o coque para dentro de um alto-forno. O carvão pulverizado é conduzido pneumaticamente através da lança e queima na ponta da lança. A queima do carvão pulverizado é auxiliada pelo suprimento de oxigênio até a ponta da lança.
A chamada tecnologia Oxycoal compreende uma lança de
injeção que contém um tubo interno para conduzir o carvão pulverizado e um tubo externo, que envolve o tubo interno, para conduzir o oxigênio. Na ponta da lança, o oxigênio encontra o carvão pulverizado para melhorar a queima do carvão pulverizado.
EP 1 060 272 descreve que a queima do carvão pulverizado
pode ser melhorada e a chama mantida providenciando-se um misturador de fluxo entre os tubos coaxiais de maneira a conferir um movimento giratório ao oxigênio abastecido até a ponta da lança. O efeito do misturador de fluxo no entanto depende muito da estrutura da lança. Se o ângulo da espiral for muito profundo, o oxigênio será direcionado para mais longe do carvão pulverizado e a eficiência da queima diminuirá. Se o ângulo da espiral for muito raso, a melhora na eficiência da queima será desprezível. Foi também sugerido em EP 1 060 272 que se forneça a parede da superfície exterior do tubo interno com uma pluralidade de cavidades perto da ponta da lança para reduzir a resistência ao fluxo de fluido e para melhorar a mistura do carvão pulverizado com o oxigênio na ponta da lança.
Embora os sistemas acima possam, em certas condições, ser adequados para melhorar a eficiência da queima, este efeito não é garantido e permanece um risco de que a chama não seja mantida. Conseqüentemente, a chama poderá ter que ser acesa novamente. Além disso, a modificação da lança, tanto providenciando-se um misturador de fluxo como providenciando-se uma pluralidade de cavidades, pode se mostrar um tanto caro.
EP 0 447 908 revela uma lança de injeção de carvão pulverizado que compreende um tubo externo para conduzir gás combustível, e um tubo interno para conduzir carvão pulverizado. O tubo interno forma uma parede de separação para separar o carvão pulverizado do gás combustível. De acordo com EP 0 447 908, o tubo interno é mais curto do que o tubo interno, desse modo formando uma região de mistura dentro da lança de injeção de carvão pulverizado perto da extremidade frontal. A região de mistura dentro da lança oferece uma ignição melhorada da chama. Contudo, o carvão pulverizado e o gás combustível ficam completamente livres para se misturarem na região de mistura.
Objetivo da invenção
Conseqüentemente, o objetivo da presente invenção é oferecer uma lança de injeção de carvão pulverizado melhorada. Esse objetivo é alcançado com uma lança de injeção de carvão pulverizado conforme reivindicada na reivindicação 1. Descrição geral da invenção
Para se alcançar esse objetivo, a presente invenção propõe uma lança de injeção de carvão pulverizado para abastecer carvão pulverizado a partir de uma extremidade posterior da lança até uma extremidade frontal da lança, sendo que a lança compreende um tubo externo para conduzir gás combustível, e um tubo interno, arranjado coaxialmente dentro do tubo externo, para conduzir carvão pulverizado, sendo que o tubo interno forma uma parede de separação para separar o carvão pulverizado do gás combustível. A parede de separação é ao menos parcialmente descontinuada em uma região próxima a extremidade frontal da lança, desse modo formando uma região de mistura dentro da lança de injeção de carvão pulverizado. De acordo com um importante aspecto da invenção, o tubo externo e o tubo interno possuem substancialmente o mesmo comprimento e o tubo interno compreende ao menos uma abertura lateral perto da extremidade frontal da lança para permitir que o carvão pulverizado e o gás combustível possam entrar em contato dentro da lança de injeção de carvão pulverizado perto da extremidade frontal.
Ao contrário das lanças do estado da técnica em que o carvão pulverizado se mistura com o gás combustível após passar pela ponta da lança, a descontinuidade da parede de separação dentro da lança permitem que a mistura do carvão pulverizado e do gás combustível comece dentro da lança. Foi descoberto que isto facilita a ignição da chama e melhora a estabilidade da chama e também a eficiência da queima. Com efeito, com a mistura ocorrendo dentro da lança, perto de sua extremidade frontal, a queima da chama é mantida e fica menos propensa a apagar devido a influências externas, tal como movimentação de fluido fora da lança. A mistura do carvão pulverizado e do gás combustível dentro da lança também facilita a ignição da chama; a auto-ignição da chama é também melhorada. O presente arranjo, com o tubo externo e o tubo interno possuindo substancialmente o mesmo comprimento e o tubo interno compreendendo ao menos uma abertura lateral perto da extremidade frontal da lança, permite um melhor controle da mistura do carvão pulverizado e do gás combustível dentro da lança. A mistura parcial do carvão pulverizado e do gás combustível permite um melhor controle sobre a temperatura, desse modo prevenindo a queima do "nariz" da lança.
A abertura lateral pode compreender uma pluralidade de fendas. Uma série de quatro fendas longitudinais pode, por ex., ser espaçada de forma eqüidistante em torno do perímetro da extremidade frontal do tubo interno. As fendas podem possuir uma largura dentre 0,5 mm e 10 mm. O número e o tamanho das fendas podem ser adaptados, dependendo do grau de mistura desejado dentro da lança.
Alternativamente, a abertura lateral pode compreender uma pluralidade de furos. Tais furos podem, por ex., possuir um diâmetro dentre IelO mm e são preferivelmente arranjados em um padrão de ziguezague. O número, tamanho e padrão dos furos podem ser adaptados, dependendo do grau de mistura desejado dentro da lança.
Preferivelmente, os tubos externo e/ou interno são cilíndricos.
A região de mistura pode possuir um comprimento dentre 5 e 100 mm. A região de mistura pode possuir um comprimento substancialmente correspondente ao diâmetro do tubo interno.
O gás combustível utilizado em conexão com tais lanças de injeção de carvão pulverizado é preferivelmente o oxigênio.
Breve descrição dos desenhos
A presente invenção ficará mais aparente a partir da descrição seguinte de algumas modalidades não limitativas com referência aos desenhos anexos. Nesses desenhos, onde números de referência idênticos são utilizados para indicar elementos idênticos ou similares,
A Fig. 1 mostra um corte através de uma porção frontal de uma lança de injeção de carvão pulverizado do estado da ténica;
A Fig. 2 mostra um corte através de uma porção frontal de
uma lança de injeção de carvão pulverizado de acordo com uma primeira modalidade da invenção.
A Fig. 3 mostra um corte através de uma porção frontal de uma lança de injeção de carvão pulverizado de acordo com uma segunda modalidade da invenção.
Descrição detalhada com referência aos desenhos
Cada uma das Figs. 1, 2 e 3 mostra uma porção frontal de uma lança de injeção de carvão pulverizado 10 para abastecer carvão a partir de uma extremidade posterior (não representada) até uma extremidade frontal 11 da lança 10. Tal lança compreende um tubo externo 12 para conduzir gás combustível e um tubo interno 14 para conduzir carvão pulverizado. O tubo interno 14 está arranjado coaxialmente dentro do tubo externo 12 e forma uma parede de separação para separar o carvão pulverizado do gás combustível. De acordo com a invenção, a parede de separação é ao menos parcialmente descontinuada em uma região próxima à referida extremidade frontal 11 da lança 10, desse modo formando uma região de mistura 16 dentro da lança 10.
Devido à região de mistura 16, que é formada pela descontinuidade da parede de separação, o carvão pulverizado e o gás combustível podem se misturar já dentro da lança 10, o que se descobriu aumenta a estabilidade da chama e facilita a ignição da chama. Tal chama não é tão influenciada pelas condições de fora da lança, na medida em que a chama tende a continuar queimando, ao menos na região de mistura 16 da lança 10.
Em uma lança de injeção de carvão pulverizado do estado da técnica, como ilustrada na Fig. 1, cuja proteção não é buscada pelo presente pedido de patente, o tubo interno 14 é mais curto do que o tubo externo 12, desse modo descontinuando completamente a parede de separação na região de mistura 16. O carvão pulverizado e o gás combustível ficam completamente livres para se misturarem na região de mistura 16.
De acordo com a primeira modalidade da invenção, como ilustrada na Fig. 2, o tubo interno 14 e o tubo externo 12 possuem substancialmente o mesmo comprimento e a descontinuidade na parede de separação é formada por uma série de quatro fendas 18 arranjadas no tubo interno 14. Devido às fendas 18, o carvão pulverizado e o gás combustível podem se misturar na região de mistura 16. As fendas 18 na modalidade ilustrada são paralelas entre si e ao eixo do tubo interno 14 e se estendem por todo o comprimento da região de mistura 16. Deve-se notar, contudo, que as fendas 18 também podem ser arranjadas inclinadas por um ângulo em relação ao eixo do tubo interno 14 ou se estender por apenas parte do comprimento da região de mistura 16. Com efeito, o grau de mistura na região de mistura 16 pode ser variado escolhendo-se um número, orientação ou tamanho das fendas 18 apropriados.
De acordo com a segunda modalidade da invenção, como ilustrada na Fig. 3, o tubo interno 14 e o tubo externo 12 possuem substancialmente o mesmo comprimento e a descontinuidade na parede de separação é formada por uma pluralidade de furos 20 arranjados dentro do tubo interno 14. Devido aos furos 20, o carvão pulverizado e o gás combustível podem se misturar na região de mistura 16. Os furos 20 na modalidade ilustrada estão arranjados em um padrão de ziguezague e se estendem por todo o comprimento da região de mistura 16. Deve-se notar, no entanto, que os furos 20 podem também ser arranjados de acordo com um outro padrão ou se estender por apenas parte do comprimento da região de mistura 16. Com efeito, o grau de mistura na região de mistura 16 pode ser variado escolhendo-se um número, orientação ou tamanho dos furos 20 apropriados.
Claims (11)
1. Lança de injeção de carvão pulverizado (10) para abastecer carvão pulverizado a partir de uma extremidade posterior da referida lança (10) até uma extremidade frontal (11) da referida lança (10), a referida lança (10) compreendendo: um tubo externo (12) para conduzir gás combustível, e um tubo interno (14), arranjado coaxialmente dentro do referido tubo externo (12), para conduzir carvão pulverizado, o referido tubo interno (14) formando uma parede de separação para separar o referido carvão pulverizado do referido gás combustível, sendo a referida parede de separação ao menos parcialmente descontinuada em uma região próxima à extremidade frontal (11) da referida lança (10), caracterizada pelo referido tubo externo (12) e pelo referido tubo interno (14) possuírem substancialmente o mesmo comprimento e pelo referido tubo interno (14) compreender ao menos uma abertura lateral (18, 20) perto da extremidade frontal da lança para permitir que carvão pulverizado e gás combustível entrem em contato dentro da referida lança de injeção de carvão pulverizado (10) perto da referida extremidade frontal (11).
2. Lança (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ao menos uma referida abertura lateral (18, 20) compreender uma pluralidade de fendas (18).
3. Lança (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo tubo interno (14) possuir uma extremidade frontal (22) e pelas referidas fendas (18) se estenderem até a referida extremidade frontal (22) do referido tubo interno (14).
4. Lança (10) de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelas referidas fendas (18) possuírem uma largura dentre 0,5 e 10 mm.
5. Lança (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ao menos uma referida abertura lateral (18, 20) compreender uma pluralidade de furos (20).
6. Lança (10) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelos referidos furos (20) possuírem um diâmetro dentre 1 e 10 mm.
7. Lança (10) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada pelos referidos furos (20) serem arranjados em um padrão de ziguezague.
8. Lança (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo referido tubo externo (12) ser cilíndrico e/ou pelo referido tubo interno (14) ser cilíndrico.
9. Lança (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pela referida região de mistura (16) possuir um comprimento dentre 5 e 10 mm.
10. Lança (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pela referida região de mistura (16) possuir um comprimento substancialmente correspondente ao diâmetro do referido tubo interno (14).
11. Lança (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo referido gás combustível ser oxigênio.
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