BR102016011316A2 - IMPROVEMENTS INTRODUCED IN FURNACE FOR DRYING AIR INDIRECT HEATING - Google Patents
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Abstract
objeto da presente patente foi desenvolvido para superar as desvantagens, inconvenientes e limitações das fornalhas atuais através de aquecimento indireto de ar para secagem com gases de combustão de combustíveis sólidos, tais como biomassa, na forma de lenha e briquetes, com dimensionamento otimizado de câmara de combustão (1), de câmara de troca térmica (2) e de coletor de gases de combustão (3), sensor de temperatura de ar na saída do trocador de calor (4), controlador de temperatura de ar para secagem (5), sinalizador luminoso amarelo (6), sinalizador de temperatura vermelho (7), pid (8), sensor de temperatura de ar para secagem (9), inversor de frequência (10), sinalizador sonoro (11) e sinalizador luminoso verde (12), que obtém maior eficiência na troca de calor e apresentando vantagens de uniformidade na operação de secagem, manutenção das qualidades organolépticas dos grãos e sementes devido a contaminação com os gases de combustão, mais segurança na operação, melhor controle das variáveis temperatura e vazão de ar de secagem, baixo custo de manutenção e limpeza dos secadores e facilidade de controle ambiental.The object of the present patent has been developed to overcome the disadvantages, drawbacks and limitations of current furnaces through indirect heating of air for drying with solid fuel combustion gases such as biomass in the form of wood and briquettes, with optimized chamber size. combustion (1), heat exchange chamber (2) and flue gas manifold (3), air temperature sensor at the heat exchanger outlet (4), drying air temperature controller (5), yellow indicator light (6), red temperature indicator (7), pid (8), drying air temperature sensor (9), frequency inverter (10), buzzer (11) and green indicator light (12) , which achieves greater efficiency in heat exchange and has advantages of uniformity in the drying operation, maintenance of organoleptic qualities of grains and seeds due to flue gas contamination, more safety in the operation. better control of the variables temperature and drying air flow, low cost of maintenance and cleaning of the dryers and ease of environmental control.
Description
“APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM FORNALHA PARA AQUECIMENTO INDIRETO DE AR DE SECAGEM” [01] Refere-se a presente patente a aperfeiçoamentos introduzidos em fornalha aplicada no aquecimento indireto de ar para a secagem de sólidos em geral e de grãos e sementes em particular, que obtém troca eficiente de calor como excelente alternativa ao uso de gases de combustão, misturados ou não com ar, que obtém maior eficiência na troca de calor e apresentando vantagens de uniformidade na operação de secagem, manutenção das qualidades organolépticas dos grãos e sementes devido a não contaminação com os gases de combustão, mais segurança na operação, melhor controle das variáveis temperatura e vazão de ar de secagem, baixo custo de manutenção e limpeza dos secadores e facilidade de controle ambiental.“FURNITURE IMPROVEMENTS FOR INDIRECT DRYING AIR HEATING” [01] This patent refers to improvements made to furnace applied in indirect heating of air for drying solids in general and grains and seeds in particular which it obtains. Efficient heat exchange as an excellent alternative to the use of combustion gases, whether or not mixed with air, which provides greater heat exchange efficiency and has advantages of uniformity in drying operation, maintenance of organoleptic qualities of grains and seeds due to non-contamination. With flue gases, safer operation, better control of temperature variables and drying air flow, low cost of maintenance and cleaning of dryers and ease of environmental control.
[02] Como é de conhecimento dos meios técnicos ligados a fabricação de secadores de grãos atualmente a secagem se dá com a utilização de fornalhas de fogo direto que fazem o aquecimento direto do ar com gases de combustão, misturando-os e direcionando-os para a etapa de secagem por contato direto com os grãos.[02] As is well known by the technical means associated with the manufacture of grain dryers, drying is currently done by the use of direct fire furnaces that directly heat the air with combustion gases, mixing them and directing them to the drying step by direct contact with the beans.
[03] “ Segundo o autor Luís César da Silva em seu artigo sobre fornalhas publicado em 31/07/2008, as fornalhas atuais apresentam as seguintes características: [04] As fornalhas são dimensionadas para: 1) possibilitar o aquecimento do combustível para que seja atingida a temperatura de ignição de forma auto-sustentável, 2) promover a mistura do ar com o combustível a uma dosagem ideal, e 3) propiciar a retenção dos gases oriundos da queima do combustível por um intervalo tempo, de tal forma, a ocorrer à combustão completa. Isto porque estes gases ao sofrer combustão também liberam energia calorífica.[03] “According to author Luís César da Silva in his article on furnaces published on 07/31/2008, current furnaces have the following characteristics: [04] Furnaces are sized to: 1) enable fuel heating so that the ignition temperature is reached in a self-sustaining manner, 2) promote the mixing of air and fuel to an optimal dosage, and 3) provide for the retention of the gases from the fuel combustion for a period of time, such that occur at full combustion. This is because these gases on combustion also release heat energy.
Estes fatores constituem os 3Ts da combustão, que são: Temperatura do combustível, Tempo de execução e Turbulência do ar.These factors constitute the 3Ts of combustion, which are: Fuel Temperature, Run Time, and Air Turbulence.
[05] a) Temperatura do combustível: para que ocorra a combustão o combustível deve atingir a temperatura de ignição. Para lenha é a temperatura de 300 ° C, se a temperatura for inferior, ocorrerá combustão incompleta, o que gera fumaça e carvão em excesso. Por outro lado, se a temperatura for muito superior a de ignição, ocorrerá à fusão do combustível.[05] (a) Fuel temperature: For combustion to occur the fuel must reach the ignition temperature. For firewood is the temperature of 300 ° C, if the temperature is lower, incomplete combustion will occur, which generates excess smoke and coal. On the other hand, if the temperature is much higher than the ignition temperature, the fuel will fuse.
[06] b) Tempo de execução: o combustível e os gases voláteis gerados devem permanecer na fornalha por um intervalo de tempo necessário para que ocorra a combustão completa.[06] (b) Execution time: The fuel and volatile gases generated shall remain in the furnace for a period of time necessary for complete combustion to occur.
[07] c) Turbulência: o desenho da fornalha deve favorecer o movimento turbulento do ar. Assim, todo o combustível poderá ser envolvido pelo oxigênio presente no ar. Deste modo, a reação de combustão ocorrerá de forma ideal.[07] c) Turbulence: The furnace design should favor the turbulent air movement. Thus, all fuel may be surrounded by oxygen in the air. In this way the combustion reaction will occur optimally.
[08] Câmara de combustão: É o espaço projetado para que ocorra a combustão da lenha e gases voláteis gerados. Normalmente, a câmara de combustão é dividida em três estágios. O primeiro estágio, que corresponde a 50% do volume da câmara, é utilizado para combustão da lenha. O segundo e terceiro estágios são utilizados para queima dos gases voláteis gerados no primeiro estágio. Cada um destes deve corresponder a 25% do volume da câmara. Estes dois estágios devem propiciar a circulação dos gases da combustão por três motivos: (1) permitir a retenção dos gases voláteis por um intervalo de tempo que possibilite a combustão completa; (2) eliminar fagulhas, e (3) quebrar as chamas.[08] Combustion Chamber: It is the space designed for combustion of firewood and generated volatile gases. Usually, the combustion chamber is divided into three stages. The first stage, which corresponds to 50% of the chamber volume, is used for firewood combustion. The second and third stages are used to burn volatile gases generated in the first stage. Each of these must correspond to 25% of the camera volume. These two stages should provide for the circulation of combustion gases for three reasons: (1) to allow the retention of volatile gases for a period of time allowing full combustion; (2) eliminate sparks, and (3) break the flames.
[09] Portas de carregamento: São aberturas na câmara de combustão empregadas para o abastecimento de lenha. É recomendado que estas sejam instaladas a cada um metro.[09] Loading doors: These are openings in the combustion chamber used to supply firewood. It is recommended that they be installed every 1 meter.
[010] Grelha: É a grade metálica localizada na câmara de combustão com a função de manter a lenha suspensa. Isto facilita o envolvimento da lenha pelo ar.[010] Grate: It is the metal grid located in the combustion chamber with the function of keeping the wood suspended. This facilitates the wrapping of firewood by air.
[011] Entradas de ar primário: São aberturas abaixo da linha das grelhas, situadas geralmente na parte frontal das fornalhas. Estas aberturas têm por função propiciar a entrada da vazão de ar (metros cúbicos/hora) necessária para combustão. Em modelos antigos de secadores, cerca de 10% do volume de ar sugado pelo sistema ventilação deve passar pelas entradas de ar primário, enquanto que para os novos modelos, cerca de 15%.[011] Primary air inlets: These are openings below the louver line, usually located at the front of the furnace. These openings are intended to provide the air flow (cubic meters / hour) required for combustion. In older dryer models, about 10% of the volume of air drawn in by the ventilation system must pass through the primary air inlets, while for new models, about 15%.
[012] Cinzeiros: São aberturas localizadas na parte inferior do corpo da fornalha que tem por objetivo proporcionar a limpeza dos resíduos da combustão. Estas aberturas devem ser mantidas fechadas durante o uso da fornalha. Geralmente, os usuários confundem a finalidade dos cinzeiros com as das aberturas de ar primário. Estas últimas devem ser mantidas abertas durante o uso da fornalha.[012] Ashtrays: These are openings located in the lower part of the furnace body that aim to provide cleaning of combustion residues. These openings should be kept closed while using the furnace. Users often confuse the purpose of ashtrays with those of primary air vents. The latter must be kept open while using the furnace.
[013] Misturador tangencial ou Ciclone: Esta estrutura tem por principal função misturar o ar proveniente da fornalha com o ar ambiente. Cerca de 35 a 45 % do ar sugado pelo sistema de ventilação do secador deverá passar pelas entradas de ar localizado no corpo do misturador tangencial. Pela operação da mistura dos fluxos devem ser alcançados os seguintes objetivos: (i) obter cerca de 40% do volume de ar aspirado pelo sistema de ventilação do secador, (ii) eliminar fagulhas que podem causar incêndios no secador, e (iii) remover partículas sólidas (cinzas) presentes no ar.Tangential or Cyclone Mixer: This structure has as its main function to mix the air from the furnace with the ambient air. About 35 to 45% of the air drawn in by the dryer ventilation system should pass through the air inlets located in the tangential mixer body. By operating the flow mixture the following objectives must be achieved: (i) obtain about 40% of the volume of air drawn in by the dryer ventilation system, (ii) eliminate sparks that may cause fire in the dryer, and (iii) remove solid particles (ashes) in the air.
[014] Fazendo-se buscas nos bancos de patentes do Brasil e do exterior encontramos as seguintes revelações: [015] Patente brasileira MU 8802266-8 Fornalha para secagem de grãos, compreendendo uma parte estrutural sobre a qual está montada a fornalha propriamente dita, cuja parte anterior inclui um acesso à parte interna definido por portinhola, enquanto na sua parte posterior estão incorporados dois detalhes, uma chaminé e uma boca de aspiração de ar aquecido, o primeiro comunicando-se apenas com a parte interna da fornalha , enquanto no interior do segundo está em comunicação com dois trocadores de calor, em que o primeiro é formado na parede da fornalha, enquanto o segundo está configurado na parte externa da chaminé, consequentemente, são formados dois fluxos de ar a serem aquecidos, um fluxo que entra no perímetro posterior da fornalha e outro fluxo que entra na parte superior da chaminé, de modo que o primeiro fluxo possa percorrer toda superfície da fornalha e promover a troca térmica com a mesma, para em seguida atingir a boca de saída, onde encontra o segundo fluxo de ar aquecido que, por sua vez, entra pela parte superior do segundo trocador de calor configurado na parte externa do chaminé. Logicamente os dois fluxos são formados por uma unidade de aspiração acoplada à boca. Esta unidade de aspiração não está ilustrada, uma vez que a mesma é parte integrante dos secadores convencionais que podem utilizar a presente fornalha como fonte de aquecimento para o fluxo de ar estabelecido e utilizado para secagem dos grãos.[014] Searching the patent banks in Brazil and abroad we find the following disclosures: [015] Brazilian patent MU 8802266-8 Grain drying furnace, comprising a structural part on which the furnace itself is mounted, whose front part includes access to the inside defined by the hatch, while in its rear part are incorporated two details, a chimney and a heated air intake mouth, the first communicating only with the inside of the furnace, while inside the second one is in communication with two heat exchangers, the first one being formed in the furnace wall, while the second one is configured in the outside of the chimney, consequently, two air flows are formed to be heated, one that enters the back circumference of the furnace and another flow that enters the top of the chimney so that the first flow can run through the entire surface of the furnace and promote the heat exchange with it, and then reach the outlet, where it finds the second heated air flow, which in turn enters the upper part of the second heat exchanger configured on the outside of the chimney. Of course the two streams are formed by a suction unit coupled to the mouth. This suction unit is not illustrated as it is an integral part of conventional dryers which may use the present furnace as a heating source for the established air flow and used for grain drying.
[016] Patente brasileira MU 8802981-6 trocador de calor com fogo indireto para transição ininterrupta. A presente patente de modelo de utilidade consiste num equipamento empregado para secagem de grãos com corrente constante de ar quente isento de contato com os gases provenientes da queima do combustível definindo uma configuração distinta corrigindo as falhas existentes nos projetos conhecidos e características construtivas que resultam em maior eficiência e qualidade para o processo. O trocador de calor é composto por um compartimento metálico para passagem do curso de ar succionado pelo ventilador, percorrendo as paredes externas dos túneis pertencentes aos dutos pré-aquecedores, os dutos consecutivos e os dutos superiores respectivamente, realizando a troca térmica, seguindo o ar aquecido para o silo através da saída ou plênun. O processo de aquecimento inicia-se na fornalha e canal para entrada de ar, gerando os gases que se elevam para o interior dos dutos, dutos superiores e dutos pré-aquecedores que absorvem o calor aquecendo as chapas metálicas, liberando as cinzas do combustível no cinzeiro. Os gases da combustão são eliminados pelo exaustor. Portanto, com essa disposição, a circulação de ar a ser aquecido é facilitada, seu rendimento é superior utilizando menor quantidade de combustível em comparação aos conhecidos e disponibiliza o emprego em armazenadores secadores de grãos diferenciados atendendo as necessidades do mercado em geral.[016] Brazilian patent MU 8802981-6 Indirect fire heat exchanger for uninterrupted transition. The present utility model patent consists of equipment used for constant-air hot-grain drying without contact with the fuel-burning gases defining a distinct configuration correcting existing design flaws and constructive characteristics which result in greater efficiency and quality for the process. The heat exchanger consists of a metal compartment for passage of the suctioned air flow through the fan, running through the outer walls of the tunnels belonging to the preheater ducts, the consecutive ducts and the upper ducts respectively, performing the thermal exchange, following the air. heated to the silo through the outlet or plenum. The heating process begins in the furnace and air inlet, generating gases that rise into the ducts, upper ducts and preheater ducts that absorb heat by heating the metal sheets, releasing the fuel ashes in the ashtray. Combustion gases are eliminated by the hood. Therefore, with this arrangement, the circulation of air to be heated is facilitated, its efficiency is higher using less fuel than the known ones and it offers the use in differentiated grain dryer storage meeting the needs of the general market.
[017] Patente brasileira MU 8900068-4 Fornalha cilíndrica de calor indireto, constitui-se de uma fornalha para secagem de grãos em geral, como, por exemplo, café cuja câmara de combustão apresenta formato cilíndrico encabeçada por anteparo curvilíneo ao longo de toda a seção longitudinal recoberta por acabamento trapezoidal comunicante com a saída do exaustor (não representado) e ar quente da chaminé, em que a câmara propriamente dita é revestida por chapa desmontável compatível formando um entremeio percorrido pelo fluxo otimizado de ar quente, que adentra por entradas inferiores onde arrefece a parte frontal, mais quente, percorrendo a parte superior da fornalha em velocidade e a parte de baixo, onde a temperatura é inferior, com velocidade menor, dessa maneira gerando uma troca térmica ótima no equipamento.[017] Brazilian patent MU 8900068-4 Indirect heat cylindrical furnace is a general grain drying furnace, such as coffee whose combustion chamber has a cylindrical shape headed by a curvilinear bulkhead. longitudinal section covered by trapezoidal finish communicating with the exhaust outlet (not shown) and hot air from the chimney, where the chamber itself is lined with compatible demountable plate forming a groove traversed by the optimized flow of hot air, which enters the lower inlets where it cools the warmer front, running through the top of the furnace at speed and the bottom, where the temperature is lower at a slower speed, thereby generating optimum heat exchange in the equipment.
[018] Patente brasileira MU 8900130-3 Disposição construtiva aplicada em gerador de ar quente para secagem de produtos agrícolas, compreendendo uma estrutura metálica suporte dos sistemas; onde se dispõe uma fornalha para queima dos combustíveis empregados, um coletor de cinzas ou cinzeiro, chaminé para escape da fumaça produzida pela combustão e uma tubulação traseira para captação dos gases aquecidos que serão conduzidos à estufa para secagem dos produtos agrícolas.[018] Brazilian patent MU 8900130-3 Constructive arrangement applied to a hot air generator for drying agricultural products, comprising a metal frame supporting the systems; where there is a furnace to burn the used fuels, an ash collector or ashtray, a chimney to escape the smoke produced by combustion and a rear pipe to capture the heated gases that will be taken to the greenhouse to dry the agricultural products.
[019] Patente brasileira MU 9001760-9 Disposição construtiva aplicada em aquecedor para secador de grãos e outros produtos agrícolas. Compreendendo um trocador de calor do tipo fogo tubular indireto e direto, com fumaça e sem fumaça, onde o ar em regime forçado é aquecido quando entra em contato com os tubos e superfícies externas das chapas que ficam dispostos sobre a fornalha e é demandado para dentro do secador, silo ou galpão aquecido e seco, promovendo a secagem do produto que está armazenado para secagem.[019] Brazilian patent MU 9001760-9 Constructive arrangement applied to heater for grain dryer and other agricultural products. Comprising a smoke-free, smokeless, direct-fire tubular heat exchanger, where forced-air is heated when it comes in contact with the tubes and outer surfaces of the plates that are arranged over the furnace and is demanded inwards. from the dryer, silo or shed heated, promoting the drying of the product that is stored for drying.
[020] Patente brasileira BR 20 2013 017062 9 Aperfeiçoamento introduzido em fornalha metálica, apresenta um modelo de utilidade referente a um aperfeiçoamento introduzido numa fornalha que é preferencialmente construída com chapas metálicas, e cuja principal aplicação é queimar combustível para aquecer ar para ser insuflado no interior de secadores diversos, mais preferencialmente de grãos ou folhas. Sendo que, o presente aperfeiçoamento consiste no fato da referida fornalha metálica ter anexada sobre a sua câmara de combustão uma segunda câmara, a qual comunica-se com a primeira câmara por meio de dutos, e que funciona como uma câmara de acúmulo e passagem do ai- quente antes do mesmo seguir paia a chaminé . E assim, o ar frio troca calor também com a superfície externa desta segunda câmara e seus dutos de interligação com a câmara de combustão, proporcionando maior aproveitamento do ar quente produzido pela fornalha, já que é aumentada a área de contato e o tempo de permanência do ar com as partes aquecidas da fornalha metálica.[020] Brazilian patent BR 20 2013 017062 9 Improvement introduced in a metal furnace, presents a utility model relating to an improvement introduced in a furnace which is preferably constructed of sheet metal, and whose main application is to burn fuel to heat air to be blown into the furnace. inside various dryers, more preferably grain or leaves. Since the present improvement consists in the fact that said metal furnace has attached to its combustion chamber a second chamber, which communicates with the first chamber by means of ducts, and which functions as a chamber for the accumulation and passage of warm before it goes to the chimney. Thus, the cold air also exchanges heat with the external surface of this second chamber and its ducts interconnecting with the combustion chamber, providing greater use of the hot air produced by the furnace, as the contact area and the residence time is increased. with heated parts of the metal furnace.
[021] Patente brasileira BR 10 2013 004646 9 Fornalha de fogo indireto para secadores de café e cereais, especialmente de uma fornalha do tipo fogo indireto, sendo que a aplicação desta fornalha na secagem de café e cereais se mostra extremamente eficiente e tecnicamente evoluída em relação ás fornalhas de fogo indireto do estado da técnica, incluindo melhor aproveitamento do ar no processo de geração de calor, maior facilidade de manutenção e melhor controle da temperatura, melhorando o desempenho do equipamento e gerando economia de combustível na queima. A fornalha compreende, dentre outros componentes, dutos de autolimpeza, portas laterais articuláveis, de grandes dimensões e porta frontal, de acesso direto à câmara de queima.[021] Brazilian patent BR 10 2013 004646 9 Indirect fire furnace for coffee and cereal dryers, especially of an indirect fire type furnace, and the application of this furnace to coffee and cereal drying proves to be extremely efficient and technically evolved in state-of-the-art indirect firebox ratio, including better use of air in the heat generation process, easier serviceability and better temperature control, improving equipment performance and generating burning fuel economy. The furnace comprises, among other components, self-cleaning ducts, large hinged side doors and front door, with direct access to the firing chamber.
[022] Patente brasileira BR 20 2014 008984 0 denominada Disposição construtiva em fornalha é descrita uma disposição construtiva em fornalha que apresenta uma câmara de combustão dotada de uma área de combustão primária (CP) e uma área de combustão secundária (CS) onde os gases gerados na combustão da biomassa ou lenha e os particulados são incinerados, otimizando o fornecimento de calor para o ambiente externo e eliminando o descarte de resíduos para o meio ambiente, permitindo o aproveitamento do poder calorífico para outras atividades, tal como secagem de grãos ou de folhas, por exemplo.[022] Brazilian patent BR 20 2014 008984 0 called Furnace constructive arrangement a furnace constructive arrangement is described having a combustion chamber having a primary combustion area (CP) and a secondary combustion area (CS) where gases generated in the combustion of biomass or firewood and the particulates are incinerated, optimizing the supply of heat to the external environment and eliminating the disposal of waste to the environment, allowing the use of calorific power for other activities such as drying grain or leaves, for example.
[023] As fornalhas de fogo direto atuais apresentam desvantagens, limitações e inconvenientes de não controlar a temperatura e vazão dos gases de aquecimento para a operação de secagem, alterar as qualidades organolépticas dos grãos e sementes devido às contaminações com os gases de combustão, apresentar falta de segurança na operação, apresentar alto custo de manutenção e limpeza dos secadores, apresentar dificuldade no controle ambiental e não proporcionar suficiente volume ar pela unidade de tempo, por limitações construtivas das fornalhas de fogo indireto, para secagem de commodities, por exemplo, onde se requer grandes fluxos de ar (m3/h), o que inviabiliza tecnicamente sua aplicação.[023] Current direct fire furnaces have disadvantages, limitations and drawbacks of not controlling the temperature and flow of heating gases for the drying operation, altering the organoleptic qualities of grains and seeds due to flue gas contamination, lack of safety in operation, high cost of maintenance and cleaning of dryers, difficulty in environmental control and not providing sufficient air volume per unit of time, due to constructive constraints of indirect fire furnaces, for drying commodities, for example, where large air flows are required (m3 / h), which makes its application technically unfeasible.
[024] “APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM FORNALHA PARA AQUECIMENTO INDIRETO DE AR DE SECAGEM “, objeto da presente patente foi desenvolvido para superar as desvantagens, inconvenientes e limitações das fornalhas atuais através de aquecimento indireto de ar para secagem com gases de combustão de combustíveis sólidos, tais como biomassa, na forma de lenha e briquetes, com dimensionamento otimizado que obtém maior eficiência na troca de calor e apresentando vantagens de uniformidade na operação de secagem, manutenção das qualidades organolépticas dos grãos e sementes devido a contaminação com os gases de combustão, mais segurança na operação, melhor controle das variáveis temperatura e vazão de ar de secagem, baixo custo de manutenção e ümpeza dos secadores e facilidade de controle ambiental.[024] “FURNITURE INTRODUCED FOR INDIRECT DRYING AIR HEATING”, object of the present patent was developed to overcome the disadvantages, drawbacks and limitations of current furnaces through indirect heating of air for drying with solid fuel combustion gases, such as biomass in the form of firewood and briquettes, with optimized sizing that achieves greater heat exchange efficiency and has advantages of uniformity in drying operation, maintenance of organoleptic qualities of grains and seeds due to contamination with flue gases, more safe operation, better control of the variables temperature and drying air flow, low maintenance cost and dryness of the dryers and ease of environmental control.
[025] As fornalhas atualmente existentes apresentam os seguintes problemas técnicos que foram resolvidos pelo presente invento da seguinte forma: [026] 1. Falta de uniformidade no aquecimento de ar pela precariedade de mistura do mesmo com os gases de combustão e consequente falta uniformidade de secagem do produto, resolvido pela fornalha do presente invento através do uso aquecimento indireto do ar de secagem utilizando a queima de combustíveis sólidos e otimização da troca térmica entre os gases de combustão e o ar de secagem;Currently existing furnaces present the following technical problems which have been solved by the present invention as follows: 1. Lack of uniformity in air heating by the precariousness of mixing with the flue gases and consequent lack of uniformity of air. product drying solved by the furnace of the present invention through the use of indirect heating of the drying air using solid fuel combustion and optimization of the thermal exchange between the combustion gases and the drying air;
[027] 2. Contaminação do produto a secar com gases de combustão que incorporam odores indesejáveis, resolvido pela fornalha do presente invento através do uso aquecimento indireto do ar de secagem utilizando a queima de combustíveis sólidos;[027] 2. Contamination of the product to be dried with flue gases incorporating undesirable odors resolved by the furnace of the present invention through the use of indirect heating of the drying air using the burning of solid fuels;
[028] 3. Facilidade de ocorrência de incêndios em secadores na operação de secagem de grãos devido a passagem de fagulhas do combustível em queima para ao fluxo de ar e gases de combustão, resolvido pela fornalha do presente invento através do uso aquecimento indireto do ar de secagem utilizando a queima de combustíveis sólidos;[028] 3. Ease of occurrence of fires in dryers in the grain drying operation due to the passage of sparks from the burning fuel to the air flow and flue gas solved by the furnace of the present invention through the use of indirect air heating. drying using the burning of solid fuels;
[029] 4. Controle difícil das variáveis temperatura e vazão do agente de secagem (ar) que coloca em risco a qualidade dos grãos ou sementes, resolvido pela fornalha do presente invento através do uso aquecimento indireto do ar de secagem utilizando a queima de combustíveis sólidos;[029] 4. Difficult control of temperature and flow rate variables of the drying agent (air) that endangers the quality of the grains or seeds, solved by the furnace of the present invention through the use of indirect heating of the drying air using the burning of fuels. solid;
[030] 5. Dificuldade de limpeza do secador devido a incrustação ou sujeira com fuligens da queima direta, resolvido pela fornalha do presente invento através do uso aquecimento indireto do ar de secagem utilizando a queima de combustíveis sólidos;[030] 5. Difficulty in cleaning the dryer due to direct burning soot fouling or soiling solved by the furnace of the present invention through the use of indirect heating of the drying air using the burning of solid fuels;
[031] 6. Geração de grande quantidade de poluentes provenientes da combustão de sólidos devido a incorporação de altas vazões de ar necessárias para secagem dos produtos, resolvido pela fornalha do presente invento através do uso aquecimento indireto do ar de secagem utilizando a queima de combustíveis sólidos;[031] 6. Generation of large amount of pollutants from the combustion of solids due to the incorporation of high air flows required for product drying, solved by the furnace of the present invention through the use of indirect heating of the drying air using the burning of fuels. solid;
[032] 7. Vazão de ar insuficiente para secagem de grandes volumes de grãos, como o caso das commodities, resolvido pela fornalha do presente invento através de projeto aperfeiçoado; e [033] 8. Problemas de segurança associados a falhas de projetos que facilitam o contato do operador com superfícies muito quentes que podem ocasionar sérios acidentes, resolvido pela fornalha do presente invento através de projeto aperfeiçoado.[032] 7. Insufficient air flow for drying large volumes of grain, such as commodities, solved by the furnace of the present invention through improved design; and [033] 8. Safety issues associated with design failures that facilitate operator contact with very hot surfaces that can cause serious accidents, solved by the furnace of the present invention through improved design.
[034] Para melhor compreensão da presente patente são anexadas as seguintes figuras: [035] FIGURA 1., que mostra a perspectiva frontal da fornalha aperfeiçoada da presente patente.[034] For a better understanding of the present patent the following figures are attached: [035] FIGURE 1, showing the front perspective view of the improved furnace of the present patent.
[036] FIGURA 2., que mostra a vista em corte transversal da fornalha aperfeiçoada da presente patente completa com complementos convencionais.FIGURE 2 showing the cross-sectional view of the improved furnace of the present invention complete with conventional complements.
[037] FIGURA 3., que mostra a perspectiva explodida da grelha e da câmara de combustão antes da colocação do isolamento térmico da fornalha aperfeiçoada da presente patente.FIGURE 3 showing the exploded perspective of the grate and combustion chamber prior to placement of the improved furnace thermal insulation of the present invention.
[038] FIGURA 4., que mostra a perspectiva do trocador de calor entre os gases de combustão e o ar de secagem da fornalha aperfeiçoada da presente patente.FIGURE 4 showing the perspective of the heat exchanger between the combustion gases and the improved furnace drying air of the present invention.
[039] FIGURA 5., que mostra perspectiva com detalhes dos tubos aletados do trocador de calor da fornalha aperfeiçoada da presente patente.FIGURE 5, showing detailed perspective view of the finned furnace heat exchanger finned tubes of the present invention.
[040] FIGURA 6., que mostra a vista superior em corte transversal do trocador de calor da fornalha aperfeiçoada da presente patente na alternativa de uso de tubos desalinhados.FIGURE 6, showing the cross-sectional top view of the improved furnace heat exchanger of the present invention in the alternative of using misaligned pipes.
[041] FIGURA 7., que mostra as coifa coletora de gases de combustão da fornalha aperfeiçoada da presente patente.FIGURE 7 showing the improved furnace flue gas collection hood of the present invention.
[042] FIGURA 8., que mostra a perspectiva frontal da alternativa de fornalha aperfeiçoada da presente patente, com entrada de combustível frontal.FIGURE 8 showing the front perspective view of the improved furnace alternative of the present invention with front fuel inlet.
[043] FIGURA 9., que mostra a perspectiva frontal da alternativa de fornalha aperfeiçoada completa com complementos convencionais da presente patente, com entrada de combustível frontal.FIGURE 9 showing the front perspective view of the improved furnace alternative complete with conventional complements of the present patent with front fuel inlet.
[044] FIGURA 10., que mostra a perspectiva explodida da grelha, antes da colocação do isolamento térmico, da alternativa de fornalha aperfeiçoada da presente patente.FIGURE 10 showing the exploded perspective of the grate prior to placement of the heat insulation of the improved furnace alternative of the present invention.
[045] FIGURA 11., que mostra a perspectiva explodida da câmara de troca térmica.[045] FIGURE 11, showing the exploded perspective of the heat exchange chamber.
[046] FIGURA 12., que mostra o diagrama do sistema de controle e automação da fornalha aperfeiçoada da presente patente.[046] FIGURE 12, which shows the improved furnace control and automation system diagram of the present patent.
[047] De acordo com as referidas figuras a fornalha aperfeiçoada da presente patente é constituída por câmara de combustão (1) de formato prismático poligonal dotada de fechamento frontal anterior isolada termicamente com tijolos refratários e lã de vidro (1-A) (não mostrado na figura) de formato poligonal com abertura e porta de alimentação de combustível (1-A-l) de formato circular com dobradiças (1-A-l-A) e fecho (1-A-l-B), com abertura e porta de ar primário (l-A-2) com dobradiças (1-A-2-A) e fecho (1-A-2-B) e com entradas de ar de arrefecimento externo do cinzeiro (l-A-3) tipo venezianas e corpo da câmara de combustão (1-B) de formato poligonal com abertura, sendo espelhada a mesma solução de alimentação de combustível e tomada de ar primário do outro lado da câmara de combustão, parede lateral traseira (1-C) de formato poligonal e envolvente dos refratários (1-F), parede lateral dianteira (1-D) de formato poligonal e envolvente dos refratários (1-F), fechamento inferior (1-E) de formato retangular e seção em formato de “V” e envolvente dos refratários (1-F), refratários (1-F) de formato poligonal posicionado entre a estrutura interna (1-G) e os fechamentos frontais (1-A) e (1-B) e as paredes laterais (1-C) e (1-D), e estrutura interna (1-G) de formato prismático retangular na parte superior tronco-piramidal e na parte inferior formando o cinzeiro (1-G-l) e aberto na parte superior, com pés de sustentação (l-G-2) com sapatas em sua parte inferior, com duas aberturas (l-G-3) de formato retangular em cada um de suas faces laterais em sua parte inferior à grelha (1-H) e com duas aberturas (l-G-4) de formato circular em cada um de suas faces laterais em sua parte superior e grelha (1-H) de formato retangular e posicionada sobre a parte superior da estrutura interna (1-G); câmara de troca térmica (2) dotada de fechamento frontal anterior (2-A) de formato retangular e envolvente de isolamento térmico, de fechamento frontal posterior (2-B) de formato poligonal e envolvente de isolamento térmico, de fechamento frontal (2-C) de formato tronco piramidal escalonado envolvente de isolante térmico, de duto de entrada e saída de ar (2-D) formato prismático retangular com divisão interna e com válvula de regulagem de fluxo (2-D-l) entre o duto de entrada e o de saída envolvido por isolamento térmico e conectado a um ventilador (V) e de trocador de calor (2-E) do tipo casco e tubos aletados com dois passos, com base (2-E-l) de formato retangular com perfurações alinhadas aos tubos e posicionada ao lado da borda superior da câmara de combustão (1), com divisor central de fluxo (2-E-2) de formato retangular com perfurações alinhadas aos tubos e posicionada a meia altura do trocador de calor (2-E) e com base (2-E-3) de formato retangular com perfurações alinhadas aos tubos e posicionada na borda superior do trocador de calor (2-E); e coletor de gases de combustão (3) dotado de coifa (3-A) de formato tronco piramidal, conectada a câmara de troca térmica (2) e com aberturas de inspeção (3-A-l) de formato retangular e de chaminé (3-B) de formato prismático retangular e com terminal de tiragem (3-B-1) em parte superior.According to said figures, the improved furnace of the present invention consists of a polygonal prismatic combustion chamber (1) provided with thermally insulated front front closure with refractory bricks and glass wool (1-A) (not shown). Figure) Polygonal-shaped with opening and hinged (1-Al) circular-shaped fuel-supply port (1-AlA) and closure (1-AlB) with opening and primary air port (lA-2) with hinges (1-A-2-A) and closure (1-A-2-B) and with slatted ashtray (1A-3) external cooling air intakes and combustion chamber body (1-B) polygonal shape with aperture, the same fuel feed solution and primary air intake being mirrored on the other side of the combustion chamber, polygonal-shaped rear side wall (1-C) and refractory enclosure (1-F), side wall (1-D) polygonal shape and surround the refractors (1-F), fe Bottom (1-E) rectangular in shape and V-shaped section and surround of refractory (1-F), polygonal-shaped refractory (1-F) positioned between inner frame (1-G) and closures (1-A) and (1-B) and sidewalls (1-C) and (1-D), and rectangular prismatic inner structure (1-G) at the top of the pyramidal trunk and bottom forming the ashtray (1-Gl) and open at the top, with support feet (lG-2) with shoes at its bottom, with two rectangular openings (lG-3) on each of its side faces on its bottom of the grate (1-H) and with two openings (lG-4) of circular shape on each of its side faces on its top and rectangular grate (1-H) positioned over the top of the structure internal (1-G); heat exchange chamber (2) equipped with rectangular front front closure (2-A) and heat insulation enclosure, polygonal rear front closure (2-B) and thermal insulation enclosure, front closure (2- C) Staggered pyramidal trunk shape, thermal insulating envelope, air inlet and outlet duct (2-D), prismatic rectangular split with internal split and flow control valve (2-Dl) between the inlet duct and the enclosed by thermal insulation and connected to a blower (V) and shell-type heat exchanger (2-E) and two-step finned tubes with rectangular (2-El) base with perforations aligned with the tubes and positioned beside the upper edge of the combustion chamber (1), with rectangular central flow divider (2-E-2) with perforations aligned to the pipes and positioned at half height of the heat exchanger (2-E) and with rectangular shaped base (2-E-3) with perforations ions aligned with the pipes and positioned on the upper edge of the heat exchanger (2-E); and flue gas collector (3) with pyramidal trunk hood (3-A), connected to the heat exchange chamber (2) and with rectangular and chimney (3-Al) inspection openings (3- B) of prismatic rectangular shape with draft terminal (3-B-1) on top.
[048] Altemativamente, o feixe de tubos aletados do trocador de calor (2-E) poderá ter as fileiras de tubos desalinhadas, conforme mostrado na figura 6.Alternatively, the heat exchanger finned tube bundle (2-E) may have misaligned tube rows as shown in Figure 6.
[049] Altemativamente, a fornalha da presente patente poderá ser constituída, ao invés da câmara de combustão (1), por câmara de combustão (100) de formato prismático poligonal dotada de fechamento frontal anterior (100-A) de formato prismático poligonal com seção transversal em formato de “C”, com abertura e porta entrada de ar primário (100-A-l) com dobradiças (100-A-l-A) e registro de ar e tampa de cinzeiro (100-A-l-B), com dois pés (100-A-2) com sapatas e envolvente da estrutura do isolamento refratário (100-F), de fechamento frontal posterior ( 100-B) de formato prismático poligonal com seção transversal em formato de “C” , com abertura e porta de entrada de ar primário (100-B-l) com dobradiças (100-B-l-A) (não mostrada nas figuras) e registro de ar e tampa de cinzeiro (100-B-l-B) (não mostrada nas figuras), com dois pés (100-B-2) com sapatas e envolvente da estrutura de isolamento refratário (100-F), parede lateral traseira (100-C) de formato poligonal com seção transversal em formato de “C” e envolvente da estrutura do isolamento refratário (100-F), parede lateral dianteira (100-D) de formato poligonal com seção transversal em formato de “C”, portas de alimentação de combustível (100-D-l) de formato circular com dobradiças (100-D-l-A) e fechos (100-D-l-B) e envolvente da estrutura do isolamento refratário (100-F), cinzeiro (100-E) de formato retangular e seção transversal em formato de “V”, de estrutura do isolamento refratário (100-F) de formato de quadro retangular e hastes verticais formando espaços para encaixe de tijolos refratários e grelha (100-G) de formato retangular com seção transversal em “V” invertido e posicionada sobre a parte superior do cinzeiro (100-E).Alternatively, the furnace of the present invention may be, instead of the combustion chamber (1), a polygonal prismatic combustion chamber (100) having a polygonal prismatic anterior front closure (100-A) with C-shaped cross-section with opening and hinged primary air port (100-Al) with hinges (100-AlA) and two-legged ashtray (100-AlB) air intake and lid (100-A) -2) with shoes and casing of refractory insulation structure (100-F), prismatic polygonal prismatic rear-end closure (100-B), cross-section, with opening and primary air inlet port (100-Bl) hinged (100-BlA) (not shown in the figures) and air vent and ashtray cover (100-BlB) (not shown in the figures), with two feet (100-B-2) with shoes and enclosure of refractory insulation structure (100-F), polygon-shaped rear side wall (100-C) “C” -shaped cross-sectional design and surround of the refractory insulation structure (100-F), “C” -shaped polygonal cross-sectional front sidewall (100-D), fuel feed ports ( 100-Dl) Hinged (100-DlA) and latches (100-DlB) circular-shaped and enclosed refractory insulation structure (100-F), rectangular-shaped ashtray (100-E) and “cross-shaped” section V ”, of rectangular frame-shaped refractory insulation structure (100-F) and vertical rods forming spaces for fitting refractory bricks and rectangular (100-G) grid with inverted“ V ”cross section and positioned over the top of the ashtray (100-E).
[050] Complementarmente, a fornalha aperfeiçoada da presente patente será complementada por acessórios convencionais, tais como escadas de acesso ao operador, estrutura de suporte para dutos (2-D), ventilador (V) e com motor (M) e instrumentação com sensor de temperatura de ar na saída do trocador de calor (4), controlador de temperatura de ar para secagem (5), sinalizador luminoso amarelo (6), sinalizador de temperatura vermelho (7), PID (8), sensor de temperatura de ar para secagem (9), inversor de frequência (10), sinalizador sonoro (11) e sinalizador luminoso verde (12).In addition, the improved furnace of the present patent will be complemented by conventional accessories such as operator access ladders, duct support structure (2-D), fan (V) and motor (M), and sensor instrumentation. temperature indicator at the heat exchanger outlet (4), drying air temperature controller (5), yellow indicator light (6), red temperature indicator (7), PID (8), air temperature sensor for drying (9), frequency inverter (10), buzzer (11) and green indicator light (12).
[051] O funcionamento da fornalha do presente invento se dá na seguinte sequencia: [052] a) Liga-se o ventilador principal para regular o fluxo de ar (m3/h) por meio de inversor de frequência na vazão nominal do secador;[051] The furnace of the present invention operates as follows: [052] (a) The main fan is switched on to regulate the air flow (m3 / h) by means of a frequency inverter at the nominal flow rate of the dryer;
[053] b) Carrega-se a câmara de combustão (1) ou (100) com combustível sólido, tais como lenha ou biomassa, através das portas de alimentação de combustível (1-A-l) ou (100-D-l), mantendo-as mesmas fechadas;[053] (b) The combustion chamber (1) or (100) shall be loaded with solid fuel such as firewood or biomass through the fuel feed ports (1-Al) or (100-Dl). they are closed;
[054] b) Regula-se a entrada de ar primário por meio do registro (l-A-2) para permitir a perfeita combustão;[054] (b) the primary air inlet shall be regulated by means of the registration (I-A-2) to permit perfect combustion;
[055] c) Ao atingir a temperatura desejada de ar de saída no duto abaixo do ventilador (V), o ar de secagem (AS) a fornalha entrará em regime e mantêm-se a alimentação constante de combustível na câmara de combustão (1).[055] (c) Upon reaching the desired outlet air temperature in the duct below the fan (V), the drying air (AS) the furnace will go into steady state and the constant fuel supply to the combustion chamber (1) will be maintained. ).
[056] O processo de controle e automatização da fornalha se dá da seguinte sequência: [057] A) Ajustar a velocidade mínima na vazão e pressão nominal do secador e caso a temperatura na saída do trocador medida pelo sensor (4) tenha uma tendência a subir, o PID (8) aumenta automaticamente a rotação do motor (M) do ventilador (V) modulando o fluxo de ar no trocador de calor, com a finalidade de estabilizar a temperatura;[056] The furnace control and automation process is as follows: [057] A) Set the minimum flow velocity and nominal dryer pressure and if the temperature at the exchanger outlet measured by the sensor (4) tends to When rising, the PID (8) automatically increases the engine speed (M) of the fan (V) by modulating the air flow in the heat exchanger in order to stabilize the temperature;
[058] B) Se mesmo com estas medidas, a temperatura medida no sensor de temperatura de ar para secagem (9) continuar subindo ou se mantendo em níveis altos, uma primeira saída a relé do controlador de temperatura (5), que monitora a temperatura final de ar para secagem por meio do sensor (9), deve acionar o sinalizador de luz amarela (6) para alertar o operador para não mais alimentar lenha ou combustível sólido;[058] B) If even with these measurements, the temperature measured at the drying air temperature sensor (9) continues to rise or remain at high levels, a first relay output from the temperature controller (5), which monitors the final air temperature for drying through the sensor (9), the yellow light indicator (6) should be activated to alert the operator to no longer fuel wood or solid fuel;
[059] C) Se o operador continuar alimentando lenha e a temperatura do ar para secagem continuar subindo até atingir o valor limite, uma segunda saída a relé do controlador de temperatura (5) deve acionar o sinalizador de luz vermelha (7) e o sinalizador sonoro (11) para que o operador atue manualmente para abrir a mistura de ar externo (2-D-l) e/ou fechar tomadas de ar primário da câmara de combustão (l-A-2) e (l-B-2);[059] C) If the operator continues to feed wood and the drying air temperature continues to rise until the limit value is reached, a second relay output from the temperature controller (5) should trigger the red light beacon (7) and the buzzer (11) for the operator to act manually to open the external air mixture (2-D1) and / or close combustion chamber primary air inlets (la-2) and (lb-2);
[060] D) A luz vermelha e sinalização sonora devem-se manter até que a condição anormal cesse, isto é, a temperatura do ar de secagem na saída do trocador de calor retome ao valor nominal de set point do PID (8). O sensor de temperatura (4) do PID (8) deve estar localizado na saída da fòmalha, antes dos registros de mistura de ar externo, pois caso contrário “pode ser enganado” pelo alívio de temperatura ocasionado pela mistura de ar ambiente com ar de saída da fornalha;[060] D) The red light and audible signaling shall be maintained until the abnormal condition ceases, ie the drying air temperature at the heat exchanger outlet returns to the PID set point nominal value (8). The PID temperature sensor (4) must be located at the outlet of the firewood, prior to external air mixing records, otherwise it can be "fooled" by the temperature relief caused by mixing ambient air with ambient air. furnace outlet;
[061] E) Com o fechamento da tomada de ar da fornalha, a temperatura lentamente deve cair por redução da intensidade de combustão, acompanhado da modulação de vazão de ar via PID (8), quando a temperatura atingir o nível de Set Point, a vazão estará na nominal, o inversor (10) deverá parar na velocidade mínima e será dada ordem para abrir o registro de ar da câmara de combustão, apagando a luz vermelha, desligando a sinalização sonora e acionando o sinalizador luminoso com luz verde (12) via saída a relé do auto PID (8); e [062] F) O PID (8), não compensará as temperaturas baixas, pois o operador deve alimentar a fornalha com lenha suficiente, apenas terá a função de proteção ou estabilização da temperatura em uma faixa aceitável.[061] E) As the furnace air intake closes, the temperature should slowly fall by reducing the combustion intensity, accompanied by PID air flow modulation (8), when the temperature reaches the Set Point level, the flow will be at nominal, the inverter (10) should stop at the minimum speed and will be ordered to open the combustion chamber air register, turning off the red light, turning off the audible signaling and activating the green indicator light (12). ) via auto PID relay output (8); and [062] F) PID (8) will not compensate for low temperatures, as the operator must feed the furnace with sufficient firewood, it will only have the function of protecting or stabilizing the temperature in an acceptable range.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109373580A (en) * | 2018-10-18 | 2019-02-22 | 潍坊振铭环保设备有限公司 | A kind of blast furnace |
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|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
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