BRPI1003613A2

BRPI1003613A2 - alimentaÇço de oxidante primÁrio para leito fluidificado d circulaÇço (cfb) queimado com oxigÊnio

Info

Publication number: BRPI1003613A2
Application number: BRPI1003613-0A
Authority: BR
Inventors: Mikhail Maryamchik; Kiplin C Alexander; Mark C Godden; David L Kraft
Original assignee: Babcock & Wilcox Power Generat
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2013-01-08
Also published as: BG110760A; KR101768717B1; MX2010010634A; RU2010139128A; CA2715780A1; KR20110035951A; AR080548A1; RU2536159C2; US8561557B2; AU2010221809B2; UA109626C2; EP2312211A2; AU2010221809A1; JP5628616B2; US20110073022A1; ZA201006618B; CN102032561A; JP2011075273A; EP2312211A3; CL2010001042A1

Abstract

ALIMENTAÇçO DE OXIDANTE PRIMÁRIO PARA LEITO FLUIDIFICADO DE CIRCULAÇçO (CFB) QUEIMADO COM OXIGÉNIO. Um sistema para alimentar um oxidante primário a uma caldeira de leito fluidificado em circulação queimado por oxigênio (CFB). O sistema inclui uma pluralidade de montagens de tampa de bolha cada compreendendo uma haste e uma tampa de bolha com pelo menos um furo de saída, cada tampa de bolha conectada através de uma haste a pelo menos uma caixa de admissão de ar, a caixa de admissão de ar contendo pelo menos uma tubulação. Uma pluralidade de tubos é fornecida, cada tubo localizado em uma montagem de tampa de bolha com uma extremidade aberta localizada em, acima ou abaixo dos furos de saída das tampas de bolha e uma extremidade oposta conectada à tubulação localizada dentro de cada caixa de admissão de ar. Gás de reciclagem é canalizado para dentro da caixa de admissão de ar, para a haste, e saindo dos furos de saída localizados na tampa de bolha para dentro do CFB. Oxigênio é canalizado para dentro da tubulação, através dos tubos e saindo através dos furos de saída localizados na tampa de bolha. O tubo pode conter ainda meio colocado em sua extremidade aberta, para evitar entrada acidental de partículas quentes para dentro do tubo, como um protetor contra resíduos colocado acima e próximo à extremidade de entrada do tubo ou por ter uma extremidade aberta orientada em uma direção descendente. Uma folga de isolamento também pode ser colocada dentro da tampa de bolha para reduzir condutância térmica entre a superficie externa de tampa de bolha que é exposta a material de leito quente e a superfície interna da tampa de bolha, estando em contato com oxigênio.

Description

"ALIMENTAÇÃO DE OXIDANTE PRIMÁRIO PARA LEITO FLUIDIFICADO DE CIRCULAÇÃO (CFB) QUEIMADO COM OXIGÊNIO"

Campo e antecedentes da invenção

1. Campo da invenção

A presente invenção refere-se genericamente ao campo de reatores de leito fluidifi-

cado de circulação (CFB) ou caldeiras como aquelas utilizadas em instalações para geração de energia elétrica ou industrial e, em particular, a uma alimentação de oxidante primário projetado para fornecer fluidificação de material de leito através do piso do CFB.

2. Descrição da técnica relacionada

Um processo de combustão onde uma mistura de gás de reciclagem e oxigênio é

utilizada em vez de ar para queimar combustíveis fósseis (também conhecido como com- bustão de oxigênio ou queima de oxigênio) está tendo atenção como meio para aliviar o a- quecimento global por redução da liberação de gases estufa, particularmente dióxido de carbono (CO2). A substituição do nitrogênio contido no ar com o gás de reciclagem resulta em uma concentração mais elevada de CO2 no gás de combustão que, por sua vez, reduz o custo de seqüestrar CO2 para sua armazenagem subterrânea ou submarina.

No campo de combustão com oxigênio, uma caldeira de leito fluidificado de circula- ção (CFB) apresenta certas vantagens em relação a uma caldeira de carvão pulverizado (PC). Uma vez que o volume de matéria a ser aquecida em um CFB é representado pelo material de leito em circulação, sua temperatura de forno "normal" no caso de combustão com oxigênio pode ser realizada com recirculação reduzida de gás (isto é, concentração mais elevada de oxigênio nos fluxos de oxidante) em comparação com unidades de PC. Isso resulta em um fluxo de volume reduzido do gás de combustão, que por sua vez resulta em economia em tamanho de unidade e consumo de energia. Um forno de CFB queimado a ar típico utiliza dois fluxos de ar: ar primário e ar se-

cundário. Ar primário, fornecido através do piso do forno, provê fluidificação do material de leito e suporta combustão na parte inferior do forno. Ar secundário é tipicamente fornecido através de fileiras de bocais localizados opostos entre si em certa elevação (na maioria dos casos entre 3,04 e 6,09 m) acima do piso do forno. No caso de combustão de oxigênio, que envolve tipicamente o uso em vez de ar de um agente de oxidação com concentração au- mentada de oxigênio, compreendida tipicamente predominantemente de oxigênio e gás de combustão reciclado, os termos "ar primário" e "ar secundário" devem ser correspondente- mente substituídos com os termos "oxidante primário" e "oxidante secundário".

Juntamente com suas vantagens, a combustão de oxigênio em um CBF apresenta certas questões de segurança resultando de uma combinação de sólidos quentes (potenci- almente realizando separação traseira para dentro da caixa de admissão de ar do forno) e o fluxo elevado de oxigênio alimentado através da caixa de admissão de ar. Uma vez que par- tida e parada de um CFB de combustão de oxigênio devem ser feitos no modo convencional (isto é, combustão de ar), a transferência entre modos de queima de combustão de ar e combustão de oxigênio deve ser tratada.

Sumário da invenção

A presente invenção minimiza as questões de segurança resultando de uma com-

binação de sólidos quentes e fluxo com teor elevado de oxigênio e trata da transferência entre modos de queima de combustão de ar e combustão de oxigênio para uma caldeira de CFB queimada com oxigênio.

Por conseguinte, um aspecto da presente invenção é traçado para um sistema para alimentar um oxidante primário para uma caldeira CFB queimada com oxigênio compreen- dendo: uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha incluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma su- perfície interna e externa; pelo menos uma caixa de admissão de ar, em que pelo menos uma caixa de admissão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é co- nectada a cada das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha e em que pelo menos uma caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em ou abaixo de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação con- tida em sua respectiva caixa de admissão de ar; uma primeira alimentação de oxidante con- trolada fornecida independentemente a pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto por Compressed Gas Association, Inc.; e uma segunda alimentação de oxidante controlada for- necida independentemente através de pelo menos uma tubulação, à pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante controlada e sai através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concentração de oxigênio por volume pelo menos do limite especifi- cado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc.

Outro aspecto da presente invenção é traçado para um sistema para alimentar um oxidante primário para uma caldeira CFB queimada com oxigênio compreendendo: uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha incluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma superfície interna e externa; pelo menos uma caixa de admissão de ar, onde pelo menos uma caixa de admis- são de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a cada das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha, e em que pelo menos um caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em ou acima de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conec- tado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua respectiva caixa de admissão de ar; uma primeira alimentação de oxidante controlada distribuída inde- pendentemente para pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto pela Compressed Gas Association, Inc.; e uma segunda alimentação de oxidante controlada distribuída indepen- dentemente através de pelo menos uma tubulação, para a pluralidade de tubos e para den- tro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimenta- ção de oxidante controlada e sai através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concentração de oxigênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como exposto pela Compressed Gas Association, Inc.

Ainda outro aspecto da presente invenção é traçado para um sistema para alimen- tar um oxidante primário para uma caldeira CFB queimada por oxigênio compreendendo: uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha in- cluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma superfície interna e externa; pelo menos uma caixa de admissão de ar, em que pelo menos uma caixa de admissão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a ca- da das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha, e em que pelo menos uma caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em, ou abaixo de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua res- pectiva caixa de admissão de ar; uma folga de isolamento projetada para reduzir condutân- cia térmica entre as superfícies interna e externa de cada da pluralidade de tampas de bo- lha, a folga de isolamento localizada em cada das tampas de bolha adequada; uma primeira alimentação de oxidante controlada distribuída independentemente para pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc.; e uma segunda alimen- tação de oxidante controlada distribuída independentemente através de pelo menos uma tubulação, para a pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante controlada e saí através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concentração de oxigênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc.

Ainda outro aspecto da presente invenção é traçado para um sistema para alimen- tar um oxidante primário para uma caldeira CFB queimada com oxigênio compreendendo: uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha in- cluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma superfície interna e externa; pelo menos uma caixa de admissão de ar, onde pelo menos uma caixa de admissão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a cada das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha, e em que pelo menos uma cai- xa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em, ou acima, de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua res- pectiva caixa de admissão de ar; uma folga de isolamento projetada para reduzir condutân- cia térmica entre as superfícies interna e externa de cada da pluralidade de tampas de bo- lha, a folga de isolamento localizada dentro de cada das próprias tampas de bolha; uma primeira alimentação de oxidante controlada distribuída independentemente para pelo me- nos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume que não excede o limite especifi- cado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, lnc; e uma segunda alimentação de oxidante controlada distribuída independentemente através de pelo menos uma tubulação, para a pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante controlada e sai atra- vés de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concentração de oxi- gênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc.

Ainda um aspecto adicional da presente invenção é traçado para um método de operar um sistema para alimentar um oxidante primário para uma caldeira de leito fluidifica- do em circulação queimado por oxigênio (CFB), o método compreendendo as etapas de: fornecer uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha incluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma su- perfície interna e externa; fornecer pelo menos uma caixa de admissão de ar, em que pelo menos uma caixa de admissão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a cada das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha, e em que pelo menos uma caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação;

fornecer uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em, acima ou abaixo, de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua respectiva caixa de admissão de ar; fornecer uma primeira alimentação de oxidante controlada distribuída independentemente para pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc.; e fornecer uma segun- da alimentação de oxidante controlada distribuída independentemente através de pelo me- nos uma tubulação, para a pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante controlada e sai através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concentração de oxigênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc., em que durante partida, parada e operação de carga baixa da caldeira CFB, somente a primeira alimentação de oxidante controlada é fornecida e a segunda alimentação de oxidante controlada não é fornecida, e em que durante operação em carga elevada as primeira e segunda alimentações de oxidante controlada são forneci- das.

As várias características de novidade que caracterizam a invenção são indicadas

com particularidade nas reivindicações em anexo a e que formam parte da presente revela- ção. Para melhor compreensão da invenção, suas vantagens operacionais e benefícios es- pecíficos obtidos por seus usos, faz-se referência aos desenhos em anexo e matéria descri- tiva na qual modalidades exemplares da invenção são ilustradas. Breve descrição dos desenhos

A figura 1 é uma vista em elevação lateral em seção de uma porção inferior de uma caldeia CFB de acordo com a invenção ilustrando os oxidantes primários;

A figura 2 é uma vista em seção transversal de uma tampa de bolha de acordo com uma primeira modalidade da invenção; A figura 3 é uma vista em seção transversal de uma tampa de bolha de acordo com

uma segunda modalidade da invenção; e

A figura 4 é uma vista em seção transversal de uma tampa de bolha de acordo com uma terceira modalidade da invenção.

Descrição da invenção

A presente invenção refere-se genericamente ao campo de circular reatores de leito fluidificado (CFB) ou caldeiras como aqueles utilizados em instalações de geração de ener- gia elétrica e, em particular, a uma alimentação de oxidante primário para um CFB queima- do com oxigênio.

Como utilizado, o termo caldeira de CFB será utilizado para se referir a reatores de CFB ou combustores onde um processo de combustão ocorre. Embora a presente invenção seja dirigida especificamente a caldeiras ou geradores de vapor que empregam combusto- res de CFB como o meio pelo qual o calor é produzido, entende-se que a presente invenção pode ser prontamente empregada em um tipo diferente de reator CFB. Por exemplo, a in- venção poderia ser aplicada em um reator que é empregado para reações químicas diferen- te de um processo de combustão, ou onde uma mistura de gás/sólidos a partir de um pro- cesso de combustão que ocorre em outra parte é fornecida para o reator para processamen- to adicional.

Com referência agora aos desenhos, onde numerais de referência similares desig- nam elementos funcionalmente similares ou iguais em todos os vários desenhos e à figura 1 em particular, uma vista em seção transversal de uma porção inferior de uma caldeira CFB é mostrada compreendendo um conjunto de tampas de bolha 1 conectadas através de hastes 2 (juntos compreendendo e mencionados aqui como uma montagem de tampa de bolha) a uma caixa de admissão de ar 3. cada tampa de bolha 1 tem pelo menos um furo de saída 4. No modo de operação de combustão de oxigênio, gás de reciclagem 5 é fornecido em um modo controlado à caixa de admissão de ar 3 e adicionalmente através das hastes 2 e tam- pas de bolha 1 e CFB 6. Oxigênio 7 é fornecido em um modo controlado através de uma tubulação 8 e adicionalmente através de tubos 9 localizados dentro de cada haste 2 associ- ada a uma tampa de bolha correspondente 1. Várias tubulações paralelas 8 podem ser loca- lizadas em uma dada caixa de admissão de ar 3, cada tubulação alimentando um número de tubos 9. O oxigênio sai do tubo 9 fornecido dentro da montagem de tampa de bolha, mis- tura nesse lugar com o gás de reciclagem 5 e sai para dentro do CFB 6. Certas concentrações de oxigênio devem ser observadas na prática da presente in-

venção. Em particular, é desejável fornecer oxigênio 7 para a caixa de admissão de ar 3 tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc. Além disso, é desejável fornecer oxigênio 7 à tubulação 8 tendo uma concentração de oxigênio por volume pelo me- nos do limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc. (CGA). O padrão atual é uma concentração de oxigênio por volume de 28 por cento, por CGA G-4.4.-2003 (EIGA Doe. 13/2) Oxygen Pipeline Systems, quarta edição. No modo de operação de combustão de ar, ar 10 é fornecido em um modo contro- lado à caixa de admissão de ar 3 e segue a mesma rota que o gás de reciclagem 5 durante o modo de operação de combustão de oxigênio. O gás de reciclagem 5 em alguns casos pode ainda ser fornecido à caixa de admissão de ar 3 em quantidades limitadas durante o modo de operação de combustão de ar. Entretanto, tipicamente somente ar 10 será alimen- tado durante o modo de operação de combustão de ar; oxigênio 7 não será alimentado atra- vés da tubulação 8 durante o modo de operação de combustão de ar.

A caixa de admissão de ar 3 pode ser feita como uma câmara única estendendo sob o CFB inteiro 6. também pode ocupar somente uma parte da área plana do CFB 6. Nes- se caso, várias caixas de admissão de ar 3, cada com sua própria alimentação controlada de gás de reciclagem e/ou ar, serão empregadas. De modo correspondente, nesse caso cada caixa de admissão de ar 3 é equipada com suas próprias tubulações 8 para fornecer oxigênio 7 aos tubos 9.

O piso do forno de CFB pode ser feito de uma membrana hermética a gás que seria tipicamente um painel de membrana resfriado a água separando o forno que contém o CFB 6 da caixa de admissão de ar 3. Também pode ser uma superfície do material de leito es- tagnado abaixo dos furos de saída das tampas de bolha, o material sendo retido por tremo- nhas (não mostradas) localizadas embaixo do forno. Em tal caso, a caixa de admissão de ar 3 (ou caixas de admissão de ar 3) seria um tubo de diâmetro grande (tipicamente de 45,72 e 91,44 cm) (não mostrado) ou um número de tubos de diâmetro grande paralelos (também não mostrados) fornecendo gás de reciclagem 5 ou ar 10 ou uma mistura dos mesmos às tampas de bolha 1. Os tubos serão localizados no material de leito estagnado dentro das tremonhas. Cada tubo será equipado com pelo menos uma tubulação 8 para fornecer oxi- gênio 7 aos tubos 9. O fluxo de gás de reciclagem/ar para os tubos pode ser controlado se- paradamente para cada tubo ou como um fluxo total para todos os tubos paralelos com a condição de que distribuição uniforme entre os tubos seja obtida. As mesmas opções exis- tem para controlar o fluxo de oxigênio para tubulações 8, isto é, separadamente para cada tubulação ou como um fluxo total.

Cada caixa de admissão de ar 3, quer feita como uma câmara separada do forno por uma membrana hermética a gás ou como um tubo imerso em um material de leito em uma tremonha, é equipado como uma sonda de medição de oxigênio 20.

Modalidades separadas para uma montagem de haste e tampa de bolha são mos- tradas nas figuras 2 até 4, onde os números designam partes específicas que correspondem aos números para as mesmas partes na figura 1. A extremidade do tubo 9 pode ser localizado em qualquer lugar na montagem de

tampa de bolha, isto é, na haste 2 ou tampa de bolha 1 acima, em ou abaixo dos furos de saída 4. A direção descendente da abertura de saída para oxigênio 7 para dentro da monta- δ gem de tampa de bolha reduz a possibilidade de introdução acidental de partículas quentes no tubo 9. como utilizado aqui, o termo descendente é definido para significar ter um ângulo de deflexão de pelo menos aproximadamente 5 graus a partir da horizontal, ou pelo menos aproximadamente 10 graus, ou pelo menos aproximadamente 15 graus, ou mesmo pelo menos aproximadamente 20 graus. Se partículas de material de leito entram na montagem de tampa de bolha através dos furos de saída 4, o que pode acontecer devido a pulsações no CFB 6, tenderão a cair ao longo da haste 2. a direção descendente da abertura de saída para oxigênio 7 pode ser realizada por uma variedade de meios incluindo, porém não limita- dos a, fornecer uma proteção contra resíduos 25 fixada através de qualquer meio apropriado (por exemplo, soldado, aparafusado, encaixado por pressão, etc.) no topo do tubo 9, ao topo da haste 2, ou por flexionar o tubo para baixo (não mostrado). O protetor contra resíduos 25 pode compreender vantajosamente aletas de metal em um arranjo de persianas. Outras opções conhecidas por aqueles versados na técnica podem ser utilizadas para evitar que partículas quentes entrem no tubo 9. Para reduzir o potencial de uma reação química (corrosão ou mesmo queima) entre

o oxigênio e o material da tampa de bolha 1, o último pode apresentar uma folga de isola- mento 30. A folga de isolamento 30 é localizada dentro da própria tampa de bolha 1. A folga de isolamento 30 reduzirá condutância térmica entre a superfície externa 35 da tampa de bolha 1, que é exposta ao material de leito quente e sua superfície interna 40 na qual está em contato com oxigênio 7. A redução resultante da temperatura da superfície interna da tampa de bolha 1 auxiliará a evitar uma reação química entre o material da tampa d bolha 1 e o oxigênio 7. Aço inoxidável de alto grau ou materiais não metálicos para a tampa de bo- lha 1 e/ou haste 2 (quer o corpo inteiro ou revestimento interno) também pode ser utilizado. Materiais com baixa tendência a ter uma reação química com oxigênio (aço inoxidável, ce- râmica, etc.) também podem ser utilizados para construção ou revestimento da caixa de admissão de ar e tubulação de oxigênio δ.

Durante a partida e operação de baixa carga da caldeira, somente ar 10 é alimen- tado ao leito através da caixa de admissão de ar 3 seguido pelas hastes 2 e tampas de bo- lha 1. Aproximadamente 40 por cento de carga total, a alimentação de oxigênio começa a- través da tubulação 8 e tubos 9 juntamente com gás de reciclagem 5 substituindo ar 10. O oxigênio 7 sai dos tubos 9, mistura com gás de reciclagem 5 nas montagens de tampa de bolha de tampas de bolha 1 e hastes 2, e a mistura entra no CFB 6 através dos furos de saída 4. Para a redução de carga de caldeia e parada, a seqüência é invertida.

A mudança da concentração de oxigênio no meio que flui através dos furos 4 a par- tir de aproximadamente 21 por cento durante modo de operação de combustão de ar duran- te operação de carga baixa a aproximadamente 50-60 por cento durante modo de operação de combustão de oxigênio em operação de carga elevada permite manter a taxa de fluxo de meio de fluidificação em uma faixa relativamente estreita. Isso, por sua vez, permite manter uma velocidade nos furos de saída 4 próxima ao valor ótimo em todas as cargas. A veloci- dade ótima é uma que não resulta em queda de pressão elevada através dos furos de saída 4, desse modo reduzindo consumo de energia, e uma que evite uma velocidade excessiva- mente baixa, desse modo reduzindo substancialmente o potencial de separação traseira de material quente para dentro das montagens de tampa de bolha e melhorando a segurança e confiabilidade.

Se furos de saída 4 em uma tampa de bolha 1 se tornar obstruídos com material de leito e oxigênio 7 flui para a caixa de admissão de ar 3, o aumento de concentração de oxi- gênio nesse lugar será sentido pela sonda 20 e uma ação correspondente será tomada (a- larme, redução de fluxo de oxigênio, etc.). Se concentração de oxigênio na caixa de admis- são de ar 3 exceder um nível preestabelecido, seu fluxo para uma tubulação correspondente 8 é parado.

Embora modalidades específicas da presente invenção tenham sido mostradas e descritas em detalhe para ilustrar a aplicação e princípios da invenção, será entendido que não se pretende que a presente invenção seja limitada aos mesmos e que a invenção possa ser incorporada de outro modo sem se afastar de tais princípios. Em algumas modalidades da invenção, certas características da invenção podem às vezes ser utilizadas sem um uso correspondente de outras características. Por conseguinte, todas essas alterações e moda- Iidades estão compreendidas adequadamente no escopo das reivindicações a seguir.

Claims

1. Sistema para alimentar um oxidante primário a uma caldeira de leito fluidificado em circulação queimado com oxigênio (CFB)1 CARACTERIZADO pelo fato de que compre- ende: uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha incluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma su- perfície interna e externa; pelo menos uma caixa de admissão de ar, em que pelo menos uma caixa de ad- missão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a cada das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha e em que pelo menos uma caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em ou abaixo de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua respectiva caixa de admissão de ar; uma primeira alimentação de oxidante controlada fornecida independentemente a pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto por Compressed Gas Association, Inc.; e uma segunda alimentação de oxidante controlada fornecida independentemente a - través de pelo menos uma tubulação, à pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante contro- Iada e sai através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concen- tração de oxigênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como ex- posto pelo Compressed Gas Association, Inc.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a direção da saída da segunda alimentação de oxidante controlada a partir da extremidade aberta de cada da pluralidade de tubos em cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha é orientada em uma direção descendente.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada caixa de admissão de ar é equipada com uma sonda de medição de oxigênio.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma superfície interna da pluralidade de tampas de bolha e hastes é revestida com, ou feita de aço inoxidável de alto grau.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma superfície interna da pluralidade de tampas de bolha e hastes é revestida com, ou feita de um ou mais materiais metálicos.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma caixa de admissão de ar e a pluralidade de tubos é feita de, ou revestida com, aço inoxidável.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma caixa de admissão de ar e a pluralidade de tubos é feita de, ou revestida com um ou mais materiais não metálicos.

8. Sistema para alimentar um oxidante primário a uma caldeira de leito fluidificado em circulação queimado com oxigênio (CFB), CARACTERIZADO pelo fato de que compre- ende: uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha incluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma su- perfície interna e externa; pelo menos uma caixa de admissão de ar, em que pelo menos uma caixa de ad- missão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a cada das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha e em que pelo menos uma caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em ou acima de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua respectiva caixa de admissão de ar; uma primeira alimentação de oxidante controlada fornecida independentemente a pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto por Compressed Gas Association, Inc.; e uma segunda alimentação de oxidante controlada fornecida independentemente a- través de pelo menos uma tubulação, à pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante contro- lada e sai através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concen- tração de oxigênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como ex- posto pelo Compressed Gas Association, Inc.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a direção da saída da segunda alimentação de oxidante controlada a partir da extremidade aberta de cada da pluralidade de tubos em cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha é orientada em uma direção descendente.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que cada caixa de admissão de ar é equipada com uma sonda de medição de oxigênio.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma superfície interna da pluralidade de tampas de bolha e hastes é revestida com, ou feita de aço inoxidável de alto grau.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma superfície interna da pluralidade de tampas de bolha e hastes é revestida com, ou feita de um ou mais materiais metálicos.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma caixa de admissão de ar e a pluralidade de tubos é feita de, ou revestida com, aço inoxidável.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma caixa de admissão de ar e a pluralidade de tubos é feita de, ou revestida com um ou mais materiais não metálicos.

15. Sistema para alimentar um oxidante primário a uma caldeira de leito fluidificado em circulação queimado com oxigênio (CFB), CARACTERIZADO pelo fato de que compre- ende: uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha incluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma su- perfície interna e externa; pelo menos uma caixa de admissão de ar, em que pelo menos uma caixa de ad- missão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a cada das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha e em que pelo menos uma caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em ou abaixo de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua respectiva caixa de admissão de ar; uma folga de isolamento projetada para reduzir condutância térmica entre as super- fícies interna e externa de cada da pluralidade de tampas de bolha, a folga de isolamento localizada em cada das próprias tampas de bolha; uma primeira alimentação de oxidante controlada fornecida independentemente a pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto por Compressed Gas Association, Inc.; e uma segunda alimentação de oxidante controlada fornecida independentemente a- través de pelo menos uma tubulação, à pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante contro- Iada e sai através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concen- tração de oxigênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como ex- posto pelo Compressed Gas Association, Inc.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a direção da saída da segunda alimentação de oxidante controlada a partir da extremi- dade aberta de cada da pluralidade de tubos em cada da pluralidade de montagens de tam- pa de bolha é orientada em uma direção descendente.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que cada caixa de admissão de ar é equipada com uma sonda de medição de oxigênio.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma superfície interna da pluralidade de tampas de bolha e hastes é reves- tida com, ou feita de aço inoxidável de alto grau.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma superfície interna da pluralidade de tampas de bolha e hastes é reves- tida com, ou feita de um ou mais materiais metálicos.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma caixa de admissão de ar e a pluralidade de tubos é feita de, ou reves- tida com, aço inoxidável.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma caixa de admissão de ar e a pluralidade de tubos é feita de, ou reves- tida com um ou mais materiais não metálicos.

22. Sistema para alimentar um oxidante primário a uma caldeira de leito fluidificado em circulação queimado com oxigênio (CFB), CARACTERIZADO pelo fato de que compre- ende: uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha incluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma su- perfície interna e externa; pelo menos uma caixa de admissão de ar, em que pelo menos uma caixa de ad- missão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a cada das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha e em que pelo menos uma caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é localizada em ou acima de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua respectiva caixa de admissão de ar; uma folga de isolamento projetada para reduzir condutância térmica entre as super- fícies interna e externa de cada da pluralidade de tampas de bolha, a folga de isolamento localizada em cada das próprias tampas de bolha; uma primeira alimentação de oxidante controlada fornecida independentemente a pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada montagem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto por Compressed Gas Association, Inc.; e uma segunda alimentação de oxidante controlada fornecida independentemente a - través de pelo menos uma tubulação, à pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante contro- Iada e sai através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e tendo uma concen- tração de oxigênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como ex- posto pelo Compressed Gas Association, Inc.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que a direção da saída da segunda alimentação de oxidante controlada a partir da extremi- dade aberta de cada da pluralidade de tubos em cada da pluralidade de montagens de tam- pa de bolha é orientada em uma direção descendente.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que cada caixa de admissão de ar é equipada com uma sonda de medição de oxigênio.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de 25 que pelo menos uma superfície interna da pluralidade de tampas de bolha e hastes é reves- tida com, ou feita de aço inoxidável de alto grau.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma superfície interna da pluralidade de tampas de bolha e hastes é reves- tida com, ou feita de um ou mais materiais metálicos.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma caixa de admissão de ar e a pluralidade de tubos é feita de, ou reves- tida com, aço inoxidável.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma caixa de admissão de ar e a pluralidade de tubos é feita de, ou reves- tida com um ou mais materiais não metálicos.

29. Método de operar um sistema para alimentar um oxidante primário para uma caldeira de leito fluidificado em circulação queimado por oxigênio (CFB), o método sendo CARACTERIZADO por compreender as etapas de: fornecer uma pluralidade de montagens de tampa de bolha, cada montagem de tampa de bolha incluindo uma tampa de bolha, uma haste, pelo menos um furo de saída, e uma superfície interna e externa; fornecer pelo menos uma caixa de admissão de ar, em que pelo menos uma caixa de admissão de ar tem sua própria alimentação de oxidante controlada e é conectada a ca- da das hastes da pluralidade de montagens de tampa de bolha, e em que pelo menos uma caixa de admissão de ar compreende ainda pelo menos uma tubulação; fornecer uma pluralidade de tubos, cada tubo sendo localizado em uma da plurali- dade de montagens de tampa de bolha, cada tubo tendo uma extremidade aberta que é lo- calizada em, acima ou abaixo, de pelo menos um furo de saída de cada da pluralidade de montagens de tampa de bolha e cada tubo sendo conectado em uma extremidade oposta a pelo menos uma tubulação contida em sua respectiva caixa de admissão de ar; fornecer uma primeira alimentação de oxidante controlada distribuída independen- temente para pelo menos uma caixa de admissão de ar, através da haste de cada monta- gem de tampa de bolha e através de pelo menos um furo de saída de cada montagem de tampa de bolha para dentro do CFB e tendo uma concentração de oxigênio por volume não excedendo o limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Asso- ciation, Inc.; e fornecer uma segunda alimentação de oxidante controlada distribuída independen- temente através de pelo menos uma tubulação, para a pluralidade de tubos e para dentro da pluralidade de montagens de tampa de bolha onde mistura com a primeira alimentação de oxidante controlada e sai através de pelo menos um furo de saída da tampa de bolha e ten- do uma concentração de oxigênio por volume pelo menos do limite especificado no padrão atual como exposto pelo Compressed Gas Association, Inc., em que durante partida, parada e operação de carga baixa da caldeira CFB, so- mente a primeira alimentação de oxidante controlada é fornecida e a segunda alimentação de oxidante controlada não é fornecida, e em que durante operação em carga elevada as primeira e segunda alimentações de oxidante controlada são fornecidas.

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende ainda fornecer uma folga de isolamento projetada para reduzir con- dutância térmica entre as superfícies interna e externa de cada da pluralidade de tampas de bolha, a folga de isolamento localizada em cada das próprias tampas de bolha.