BRPI1012977B1 - Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão, e, luva guia de ar - Google Patents
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Abstract
método para suprir ar de combustão a um pré-aquecedor de ar de gás de exaustão, aparelho de pré- aquecimento de ar de gás de exaustão, e, luva guia de ar. um aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão (3) para combustão de ar em uma caldeira de uma instalação de energia, compreendendo uma tubulação de ar (7) colocada em um duto de gás exaustão (2). uma luva guia de ar (8) é provida na extremidade inicial da tubulação de ar (7), pelo menos parcialmente no interior da tubulação de ar. a luva guia de ar (8) sendo feia de um material francamente condutor térmico e projetado para diminuir turbulências no fluxo de ar. a invenção se refere também a um método e a proteção contra corrosão.
Description
[01] A invenção refere-se a um aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão para ar de combustão em uma caldeira de uma instalação de energia, bem como, uma luva guia de ar em uma tubulação de ar de um pré- aquecedor de ar de gás combustão.
[02] Para pré-aquecer ar de combustão para uma caldeira de combustível sólido, pré-aquecedores de ar de gás de combustão (LUVOs) são, tipicamente, usados, nos quais o meio de aquecimento, ou seja, gás de combustão, flui externamente às tubulações de trocador de calor, e o meio a ser aquecido, ou seja, ar, flui no interior das tubulações de trocador de calor. As tubulações de trocador de calor (abaixo: tubulações de ar) são colocadas horizontalmente no duto de gás de combustão, e as unidades de trocador de calor sobre níveis diferentes são conectadas uma à outra por canais de ar fora do duto de gás de combustão. Há também configurações nas quais o gás de combustão flui no interior das tubulações e as tubulações são verticais.
[03] Em configurações conhecidas, a temperatura da tubulação de ar é significativamente baixa sobre o lado de entrada de ar. O efeito considerável de resfriamento de ar na extremidade de entrada da tubulação é devido ao fato de, no ponto de influxo, o coeficiente de transferência de calor do fluxo ser múltiplo, em comparação com o fluxo desenvolvido mais profundamente na tubulação. Além disso, o ar a ser suprido não foi substancialmente amornado ainda. Resfriamento intenso induz uma temperatura de material relativamente baixa na extremidade de entrada de ar da estrutura de trocador de calor do pré-aquecedor, apesar da temperatura média relativamente alta. Desse modo, o ponto de orvalho ácido dos gases de combustão pode ser atingido à superfície da estrutura de pré-aquecedor. O ponto de orvalho ácido, por sua vez, causará forte corrosão na estrutura do trocador de calor fria e erosão em curto praz,o particularmente com combustíveis difíceis. Em particular, ajunta entre a tubulação de ar do feixe de LU VO mais frio e a chapa terminal (ou a parede do duto de gás de combustão) pode ser corroída, caso a temperatura do material seja muito baixa.
[04] Na extremidade fria (entrada de ar) da tubulação de LUVO dos feixes de LUVO mais frios, várias luvas de isolamento ajustadas ao redor da superfície externa da tubulação de ar tem sido usadas para impedir corrosão da tubulação de ar.
[05] Atualmente, uma solução foi encontrada, a qual torna possível diminuir o problema de corrosão na junta entre a tubulação de ar do aparelho de pré-aquecimento e a chapa terminal.
[06] O aparelho de pré-aquecimento de ar de exaustão de acordo com invenção, por sua vez, é primariamente caracterizado pelo fato de ser apresentado na reivindicação independente 1. A luva guia de ar de acordo com a invenção, por sua vez, é primariamente caracterizada pelo fato de ser apresentada na reivindicação independente 9. As outras reivindicações dependentes apresentarão alguns modos de realização preferidos da invenção.
[07] A idéia básica da invenção é formar um aparelho de pré- aquecimento para ar de combustão em uma caldeira por prover uma luva guia de ar na extremidade inicial da tubulação de ar, pelo menos parcialmente, no interior da tubulação de ar, a luva guia de ar sendo feita de um material fracamente condutor de calor (ou seja, isolante termal) e destinado a diminuir turbulência no fluxo de ar.
[08] Por meio da luva guia de ar, o fluxo de ar a ser suprido à tubulação de ar é mantido fora da superfície interna da tubulação de ar até que o fluxo de ar tenha se desenvolvido suficientemente, ou seja, a turbulência no fluxo de ar tenha sido suficientemente nivelada. O coeficiente de transferência de calor do fluxo de ar desenvolvido é significativamente menor do que o do fluxo de ar turbulento, de modo que o fluxo de ar a ser suprido a partir da luva guia de ar não cause resfriamento excessivo da tubulação de ar.
[09] No método de acordo com a idéia básica, turbulência no fluxo de ar de combustão a ser suprido ao pré-aquecedor de ar de gás de exaustão é nivelada por meio de uma estrutura que mantém o fluxo de ar fora da superfície interna da tubulação de ar, após o que o fluxo de ar de combustão substancialmente livre de turbulência é levado para contato com a superfície interna da tubulação de ar, para aquecer o ar.
[10] A proteção contra corrosão ou luva guia de ar de acordo com a idéia básica é feita de um material muito pouco condutor térmico, e pode ser ajustada no interior da tubulação de ar para diminuir a turbulência no fluxo de ar e guiar o ar de combustão para se aquecido na tubulação de ar a uma distância da parede do duto de gás de combustão.
[11] Em um modo de realização, a luva guia de ar é ajustada para guiar o ar de combustão para ser aquecido em contato com a superfície interna da tubulação de ar a uma distância da extremidade inicial da tubulação de ar, a distância sendo pelo menos três vezes o diâmetro da tubulação de ar. Desse modo, o resfriamento da superfície externa da extremidade inicial da tubulação de ar, e o aquecimento do ar no ponto de entrada são minimizados.
[12] Em um modo de realização, a luva guia de ar é feita, pelo menos parcialmente, de um material de polímero, de preferência, plástico resistente ao calor. Em um modo de realização vantajoso, a luva guia de ar é feita de sulfeto de polifenil (PPS).
[13] Em um modo de realização, o aparelho compreende uma luva de proteção envolvendo a tubulação de ar na extremidade inicial da tubulação de ar.
[14] Em um modo de realização, o aparelho compreende uma camada isolante térmica circundando o duto de gás de exaustão, e a luva guia de ar se estende através da camada isolante e a tubulação de ar não se estende através da camada isolante.
[15] Os diferentes modos de realização da configuração acima descrita, considerada separadamente e em várias combinações, provêem várias vantagens. Um único modo de realização pode compreender uma ou mais das seguintes vantagens, dependendo de sua implementação: - a temperatura do material da tubulação de ar do aparelho de pré-aquecimento pode se elevada no ponto de influxo de ar; - a temperatura na junta entre a tubulação de ar do aparelho de pré-aquecimento e a chapa terminal se torna maior e o problema de corrosão é eliminado;
[16] A distorção da temperatura dos gases de exaustão pode ser nivelada; - a estrutura se torna mais simples e a fabricação mais rápida.
[17] A seguir, a invenção será descrita com mais detalhe com referência aos desenhos principais anexos, nos quais: a figura 1 mostra uma instalação de energia em uma vista principal; a figura 2 mostra um modo de realização do pré-aquecedor de ar de gás de exaustão em uma vista principal; a figura 3 mostra uma entrada do pré-aquecedor de ar de gás de exaustão em uma vista de seção transversal; a figura 4 mostra outra entrada do pré-aquecedor de ar de gás de exaustão; a figura 5 mostra um modo de realização da luva guia de ar.
[18] Por questão de clareza, os desenhos mostram apenas os detalhes necessários à compreensão da invenção. As estruturas e detalhes não necessários para tal compreensão, mas óbvios para alguém experiente na técnica foram omitidos das figuras para enfatizar as características da invenção.
[19] A figura 1 mostra uma instalação de energia em uma vista principal. A instalação de energia compreende um forno 1, um duto de gás de exaustão 2, um pré-aquecedor de ar de gás de exaustão 3, e uma chaminé 4. O pré-aquecedor de ar de gás de exaustão 3 é colocado no duto de gás de exaustão 2. Como pode ser visto na figura, o pré-aquecedor de ar de gás de exaustão 3 é colocado na extremidade terminal do duto de gás de exaustão 2 na direção de fluxo F dos gases de combustão.
[20] A figura 2 mostra um modo de realização do pré-aquecedor de ar de gás de exaustão 3 em mais detalhe. Neste exemplo, os fluxos de ar S, P a serem aquecidos são guiados para o pré-aquecedor 3 a partir das áreas de suprimento 5, 6 na parte inferior. O ar aquecido é descarregado pela parte superior do pré-aquecedor. No exemplo, o pré-aquecedor 3 compreende duas circulações de ar, ou seja, uma circulação de ar primária P e uma circulação de ar secundária S.Ambas as circulações P, S compreendem tubulações de ar 7 colocadas horizontalmente no duto de gás de exaustão 2, e as unidades de trocador de calor em diferentes níveis são conectadas uma à outra por canais fora do duto de gás de exaustão.
[21] A figura 3 mostra uma entrada do pré-aquecedor de ar de gás de exaustão 3 em uma vista de seção transversal. Uma unidade em um típico duto de gás de exaustão vertical 2 compreende 20 a 30 tubulações uma no topo da outra e cerca de uma centena de tubulações adjacentes uma à outra. A figura mostra uma tubulação de ar 7 a uma luva guia de ar 8 instalada na mesma. No exemplo, a luva guia de ar 8 se estende através da camada isolante 9, e a superfície externa da luva guia de ar é conectada firmemente à extremidade da tubulação de ar 7. Por exemplo, silicone pode ser usado para a vedação. A extremidade de influxo 8a da luva guia de ar 8, ou seja, a entrada do fluxo de ar, é, de preferência, modelada como um funil.
[22] A extensão da luva guia de ar 8 é, vantajosamente,, mais do que três vezes o diâmetro da tubulação de ar 7, de preferência, cerca de 4 a 8 vezes o diâmetro da tubulação de ar ou a luva guia de ar. Por exemplo, caso o diâmetro da tubulação de ar 7 seja de cerca de 50mm, a extensão da luva guia de ar 8 será, de preferência, de cerca de 20 a 40cm.
[23] A extremidade 8b da luva guia de ar 8 que é colocada no interior da tubulação de ar 7 é modelada de modo a não induzir turbulência significativa no fluxo de ar descarregado pela luva guia de ar. No exemplo, a extremidade da luva guia de ar 8b é modelada de modo que a porção de parede da área superficial limitada pela circunferência externa da tubulação diminua em direção à extremidade. Na configuração mostrada na figura, isto foi obtido por meio de entalhes 8c e afinamento. A luva guia de ar 8 é provida de entalhes 8c que se tornam mais amplos em direção à extremidade 8b. A espessura da parede da luva guia de ar 8, por sua vez, foi reduzida em direção à extremidade 8b. No exemplo, a modelagem que diminui a turbulência no fluxo de ar é provida particularmente na extremidade 8b da luva guia de ar dentro de um comprimento que constitui cerca de 1/6 a 1/3 do comprimento da luva guia de ar.
[24] No modo de realização mostrado na figura 3, um espaçamento 11 é provido entre a luva guia de ar 8 e a tubulação de ar 7. Por meio do espaçamento 11 e da luva guia de ar 8, a condução de calor da superfície externa da tubulação de ar 7 para o interior da luva guia de ar é eficazmente impedida, impedindo, desse modo, o resfriamento da extremidade inicial da tubulação de ar.
[25] A figura 4, por sua vez, mostra uma entrada de um pré-aquecedor de ar de gás de exaustão de acordo com outro modo de realização, em uma vista de seção transversal. Neste modo de realização, uma luva de proteção 12 é provida fora da tubulação de ar 7. A configuração de acordo com a figura 4 é particularmente vantajosa em estruturas a serem reajustadas, já compreendendo a tubulação de ar 7 e a luva de proteção 12. Em tal caso, a luva guia de ar 8 é ajustada na tubulação de entrada de ar 7. A tubulação de ar 7 e a luva de proteção 12 são recortadas de tal modo que terminam no interior da camada de material isolante 9. Desse modo, nenhum calor será conduzido ao longo da tubulação de ar 7 e a luva de proteção 12 para o exterior do duto de gás de exaustão 2. É vantajoso também conectar as extremidades da luva de proteção 12 à tubulação de ar 7, por exemplo, por soldagem. A luva guia de ar 8, por sua vez, é conectada à extremidade da tubulação de ar 7 de uma maneira impermeável a gás, por exemplo, com silicone ou por outra solução.
[26] A figura 5 mostra um modo de realização vantajoso da luva guia de ar 8, ou seja, a proteção contra corrosão. A luva guia de ar 8 e particularmente sua extremidade de saída de fluxo 8b são projetadas para diminuir turbulência no fluxo de ar. Vantajosamente, a extremidade 8b da luva guia de ar é formada de modo que a porção de parede da área superficial limitada pela circunferência externa da tubulação se reduz em direção à extremidade de saída de fluxo 8b da luva guia de ar 8. Em outras palavras, a área de seção transversal disponível para o fluxo de ar aumenta em direção à extremidade de saída de fluxo 8b. Isto pode se obtido, por exemplo, por meio de vários entalhes 8c e/ou por afinamento da parede. No exemplo, a luva guia de ar 8 é provida de fendas 8c que se tornam mais largas em direção à extremidade 8b, e a espessura da parede é reduzida em direção à extremidade. No exemplo, a modelagem que reduz turbulência no fluxo de ar é provida particularmente na extremidade de fluxo de saída 8b da luva guia de ar 8 dentro de uma extensão de cerca de 1 a 3 vezes o diâmetro da luva guia de ar.
[27] A luva guia de ar 8 pode ser feita de um material tendo suficiente resistência terma e propriedades de isolamento termal. A resistência termal deve ser, vantajosamente, maior do que 200°C, de preferência, maior do que 250°C. A condutividade termal deve ser, vantajosamente, inferior a 0,3W/K*m) (23°C). Os materiais usados pode ser, por exemplo, polímeros adequados reforçados com fibra de vidro, como PPS (sulfeto de polivinil), uma marca comercial sendo Fortran 1140 16) ou PPA (poliftalamida).
[28] Pela combinação variada de modos e estruturas descritas em conexão aos diferentes modos de realização da invenção apresentados acima, é possível produzir vários modos de realização da invenção de acordo com o espírito da invenção. Por conseguinte, os exemplos apresentados acima não devem ser interpretados como restritivos à invenção, mas os modos de realização da invenção podem ser livremente variados dentro do escopo das características inventivas apresentado nas reivindicações a seguir.
Claims (11)
1. Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão (3), para combustão de ar em uma caldeira de uma instalação de energia, compreendendo uma tubulação de ar (7) colocada em um duto de gás de exaustão (2) e uma luva guia de ar (8) provida na extremidade inicial da tubulação de ar (7), pelo menos parcialmente no interior da tubulação de ar, a luva guia de ar (8) tendo uma extremidade de influxo (8a) e uma segunda extremidade (8b) colocadas dentro da tubulação de ar, em que a conformação da segunda extremidade (8b) é projetada para diminuir turbulência no fluxo de ar de modo que a porção da parede da luva guia de ar (8) na área de superfície limitada pela circunferência externa da tubulação de ar (7) diminua em direção à segunda extremidade (8b), em que a luva guia de ar (8) é feita de um material cuja resistência a calor é maior que 200°C, caracterizadopelo fato de que a segunda extremidade (8b) da luva guia de ar (8) é provida de fendas e entalhes (8c) que se tornam mais largas(os) em direção à sua segunda extremidade (8b) e que a luva guia de ar (8) é feita de um material cuja condutividade térmica é menor que 0,3 W/(K*m) a uma temperatura de 23°C.
2. Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a conformação da segunda extremidade (8b) que diminui turbulência no fluxo de ar é provida dentro de um comprimento que constitui 1/6 a 1/3 do comprimento da luva guia de ar.
3. Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que, na segunda extremidade (8b) da luva guia de ar (8), a parede da luva guia de ar se torna mais fina em direção à segunda extremidade (8b).
4. Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de que a luva guia de ar (8) é ajustada para guiar o ar de combustão para ser aquecido em contato com a superfície interna da tubulação de ar (7) a uma distância da extremidade inicial da tubulação de ar, a distância sendo pelo menos três vezes o diâmetro da tubulação de ar.
5. Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a luva guia de ar (8) é feita, pelo menos parcialmente, de um material polimérico.
6. Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a luva guia de ar (8) é feita de sulfeto de polifenil.
7. Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender uma luva de proteção (12) circundando a tubulação de ar na extremidade inicial da tubulação de ar (7).
8. Aparelho de pré-aquecimento de ar de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de compreender uma camada isolante térmica (9) circundando o duto de gás de exaustão (2), e a luva guia de ar (8) se estendendo através da camada isolante e a tubulação de ar (7) não se estendendo através da camada isolante.
9. Luva guia de ar (8) para uma tubulação de ar em um pré- aquecedor de ar de gás de exaustão, para combustão de ar em uma caldeira de uma instalação de energia, a luva guia de ar (8) sendo disposta para ser ajustada no interior de uma tubulação de ar (7), tendo uma extremidade de influxo (8a) e uma segunda extremidade (8b) dispostas para serem colocadas dentro da tubulação de ar, e disposta para guiar o ar de combustão para ser aquecido na tubulação de ar, a uma distância da parede (10) do duto de gás de exaustão, em que a conformação da segunda extremidade (8b) é projetada para diminuir a turbulência no fluxo de ar de modo que a porção da parede da luva guia de ar na área de superfície limitada pela circunferência externa da tubulação de ar (7) diminua em direção à segunda extremidade (8b), em que a segunda extremidade (8b) da luva guia de ar (8) é provida de fendas e entalhes (8c) que se tornam mais largas(os) em direção à sua segunda extremidade (8b), caracterizada pelo fato de que a luva guia de ar (8) é feita de um material cuja condutividade térmica é menor que 0,3 W/(K*m) a uma temperatura de 23°C.
10. Luva guia de ar de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a conformação da segunda extremidade (8b) que diminui a turbulência no fluxo de ar é provida dentro de um comprimento que constitui 1/6 a 1/3 do comprimento da luva guia de ar.
11. Luva guia de ar de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que, na segunda extremidade (8b) da luva guia de ar (8), a parede da luva guia de ar se torna mais fina em direção à segunda extremidade (8b)
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