BR102018002717A2 - queimador com combustão assistida a plasma - Google Patents

Abstract

o presente pedido de patente que pertence ao campo dos equipamentos das fontes térmicas, para uso na geração de calor, queima e incineração, para processos químicos, farmacêuticos, incineração de resíduos sólidos e combustão industrial; mais especificamente o equipamento, objeto do presente pedido de patente, apresenta uma combustão assistida por descargas elétricas contínuas, o que permite maior estabilidade ao combustor mesmo em condições de baixa ou alta razão de equivalência e com diferentes combustíveis; além disso, apresenta um cabeçote (2) único isolante onde todo sistema de alimentação e polos elétricos, positivo e negativo, são posicionados na porção posterior do queimador, o que permite melhor isolamento e seu uso em reatores de longas paredes refratárias; possui ainda refrigeração por meio de ar circulando por volta das paredes duplas, onde o próprio ar comprimido utilizado no queimador é o agente refrigerante do mesmo; possui também dois conjuntos de injetores tangenciais (7) e (9) e independentes, um para o ar comprimido e outro para o gás combustível, produzindo jatos tangencias tanto do combustível quanto do ar, o que provoca uma mistura entre si pelo vortex gerado na câmara de mistura (19).

Description

[001] A presente patente de invenção tem por objeto um inovador queimador com combustão assistida a plasma, pertencente ao campo dos equipamentos geradores de calor, para queima e incineração, de uso mais precisamente como fonte térmica, para processos químicos, farmacêuticos, incineração de resíduos sólidos e combustão industrial.

[002] Mais precisamente trata-se de um inovador queimador composto basicamente da junção dos princípios de um queimador convencional com os princípios de uma tocha de plasma térmico, desenvolvido com vistas a aproveitar as vantagens dos dois princípios descartando-se as desvantagens dos mesmos, ou seja, tem-se um queimador de baixo consumo de energia, mais estável durante o processo da combustão com uso de diferentes combustíveis, mais eficiente e que produz maior temperatura final de chama.

[003] Tem-se, portanto, no pedido de patente em questão, um equipamento especialmente projetado e desenvolvido para obter enorme praticidade e que traz grandes vantagens, tanto em sua utilização como em sua fabricação.

Estado da técnica [004] Muitas novas tecnologias surgiram no campo das fontes térmicas, com o aumento nos preços dos combustíveis e a preocupação com a eficiência energética.

[005] Nesse sentido alguns inventores idealizaram os produtos objetos dos documentos de patentes abaixo relacionadas, porém nenhum deles utiliza os princípios de

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2/18 um queimador convencional com os princípios de uma tocha de plasma térmico.

[006] O documento de patente US6250236B1, intitulado Sistema de reator de processamento de resíduos com várias zonas com unidade de processamento em massa revela um sistema de tratamento de resíduos preferencial e um método emprega várias zonas de reator para processamento de resíduos heterogêneos. Em uma configuração, o sistema do reator inclui os seguintes componentes: primeiro e segundo subsistemas de alimentação de resíduos sólidos; um subsistema de alimentação de resíduos líquidos; uma tocha de plasma ou queimador de gás para aquecer uma câmara de vitrificação preliminar do sistema do reator; um aquecedor de efeito Joule para aquecer uma câmara de vitrificação; subsistema de processamento de efluentes gasosos; primeiro e segundo subsistemas de tratamento de descarga de escória; e uma unidade de transformação a granel, incluindo uma área de carga e/ou arrefecimento, uma câmara de destruição de resíduos aquecida a temperaturas entre 250 °F e 2100 °F; um mecanismo de transporte entre a área de carga e a câmara de destruição de resíduos. Em uma configuração alternativa, cada uma das zonas do reator é aquecida por aquecedores de efeito Joule. O sistema do reator pode ser operado em uma oxidação ou em uma modalidade da redução. Em ambos os modos, o sistema do reator permite uma reação mais completa de uma variedade de resíduos heterogêneos.

[007] O documento de patente US6021723A, intitulado Método e aparelho de tratamento de resíduos perigosos antecipa um método e um aparelho para o tratamento térmico de resíduos perigosos aquecendo os resíduos numa câmara de pirolise

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3/18 e formando um gás de fora, aquecendo o gás por um tempo suficiente para destruir dioxinas e furanos, reduzindo e resfriando o gás de fora em um tratamento secundário câmara com uma pilha de grafite e recuperando metais por destilação.

[008] O documento de patente US5898124A, intitulado Dispositivo de injeção de plasma para uma arma eletrotérmica revela um dispositivo de injeção de plasma (queimador de plasma) para um projétil, que tem uma caixa de propelente de várias partes e um recipiente de recebimento de plasma anexado ao caso do propulsor. A caixa do propelente de várias partes inclui uma base do cartucho; um corpo estrutural com isolamento eléctrico diretamente ligado à base do cartucho e constituindo também um obturador; e um eletrodo mantido e sendo eletricamente isolado da base do cartucho.

[009] O documento de patente US6089169A, intitulado Conversão de produtos residuais revela uma instalação para recuperar produtos úteis provenientes de resíduos sólidos municipais e perigosos, que utiliza um forno rotativo para converter o material num fluxo de cinzas inorgânicas e um fluxo de produtos gasosos de combustão. O fluxo de produtos de combustão passa na relação de troca de calor com resíduos não queimados e produz um fluxo de compostos de carbono voláteis que são deficientes em oxigênio. Os fluxos de produtos de combustão e compostos voláteis de carbono são convertidos em um gerador de arco de plasma em um fluxo de átomos quentes e desconexos. O fluxo de gás quente é arrefecido pela passagem através de um ou mais trocadores de calor que recuperam o calor do processo. Os compostos estáveis que são produzidos são o hidrogênio e o monóxido de carbono. O processo é controlado pelo monitoramento do dióxido de carbono

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4/18 no fluxo de monóxido de carbono. O monóxido de carbono e o hidrogênio podem ser usados separadamente ou combinados, como em uma planta de síntese de metanol.

[010] O documento de patente US5762009A, intitulado Reator de energia de plasma reciclar e conversão (PERC) e processo revela um reator de energia de plasma reciclar e conversão (PERC) e processo para a eliminação de energéticos, tais como propelentes de foguetes sólidos, combustível de foguete líquido, agentes químicos, tais como gás nervoso, resíduos industriais, como lamas de tinta, resíduos médicos ou qualquer líquido aquoso/orgânico ou chorume que é bombeado e para separação/consolidação/conversão de resíduos radioativos de baixo nível ou resíduos mistos que incorporam uma fonte de calor de plasma acoplado à indução, câmaras de reação primárias e secundárias isoladas e controlo periférico associado, processar e filtrar dispositivos.

[011] O documento de patente US5548611A, intitulado Método de fusão, combustão ou incineração de materiais e aparelhos respectivos se refere a um derretimento do arco do plasma que seja equipado com pelo menos duas tochas transferidas do plasma do arco de polaridades opostas é usado para derreter materiais normais do grupo para produzir o vidro, a cerâmica, os refratários e outros tais materiais e para a reciclagem, a combustão e/ou incineração de materiais residuais. Para melhorar a estabilidade dos jatos de plasma, a tocha do ânodo é posicionada mais longe acima da superfície dos materiais que estão sendo processados do que a tocha de cátodo e os materiais que estão sendo processados são introduzidos no derretimento de modo que os materiais passem primeiramente abaixo da tocha de cátodo. Um

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5/18 gás oxidante pode ser introduzido na zona entre as tochas na região dos jatos de plasma para melhorar o processo de combustão. Para os resíduos com alto teor orgânico, pode utilizarse um maçarico de arco de plasma para tratar ainda mais os gases de escape do derretí mento.

[012] O documento de patente EP0645584A1, intitulado Fornalha da fusão do plasma e método de sua operação revela um equipamento que compreende um tubo de aspiração de material refratário, o qual é organizado na saída do orifício de exaustão da escória de um forno de fusão de plasma para orientar o gás de escape na direção à jusante da escória que flui. A escória que escorre pelo calor do gás de exaustão de alta temperatura, e as imediações da saída do orifício de exaustão é aquecida forçadamente para possibilitar a prevenção do bloqueio do orifício de exaustão nas imediações da saída devido a escória solidificada. Ao inclinar uma tocha de plasma em direção ao orifício de exaustão quando o orifício de exaustão começa a entupir, é possível evitar o bloqueio.

[013] O documento de patente JP2000257826A, intitulado Método e dispositivo para tratamento de plasma se refere a um método de tratamento de plasma e dispositivo, que são capazes de efetuar a recuperação seletiva e eficiente de um elemento ou um composto utilizando a corrente de calor do plasma, simples na constituição de uma instalação, fácil na operação, de reduzido custo de operação e assim por diante. Solução: um dispositivo de tratamento de plasma é fornecido com um forno de reação, introduzindo uma matéria a ser tratada contendo dois tipos ou mais de elementos ou compostos com propriedades diferentes através da introdução da unidade da

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6/18 matéria a ser tratada, um plasma tocha para formar corrente de calor de plasma no forno de reação, um fornecimento de gás plasma na tocha de plasma, e uma unidade de separação constituinte para recebimento de fluido, consistindo da mistura de matérias evaporadas produzidas em forno de reação e outras misturas de outros sólidos, líquidos, gases ou a mistura deles e selecionando para separar pelo menos dois tipos ou mais de elementos ou compostos de acordo com o tipo de componentes respectivos. Em tal dispositivo de tratamento de plasma, a unidade de introdução da matéria a ser tratada é fornecida com um dispositivo de pré-tratamento para a conversão da matéria a ser tratada, introduzido no forno de reação, em líquido suspenso anteriormente, e remoção substâncias solúveis da matéria a tratar.

Pontos deficientes do estado da técnica [014] O grande inconveniente dos queimadores de plasma do estado da técnica está no fato de que são equipamentos complexos que se baseiam em alta amperagem e baixa voltagem (diferente do aqui apresentado), que necessitam de uma sofisticada fonte de controle para geração do arco elétrico, além de trocadores de calor a água e blindagens mecânicas de elevado custo e, sobretudo apresenta um elevado consumo de energia elétrica e baixa vida de seus eletrodos, exigindo a troca em curto espaço de tempo.

[015] Como poderá ser observado nenhum desses documentos de patentes conhecidos do estado da técnica apresentam as características construtivas do equipamento objeto do presente pedido de patente.

Solução proposta [016] A fim de solucionar esses

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7/18 inconvenientes o inventor, pessoa ligada ao ramo e de notório saber, após inúmeras pesquisas e estudos, idealizou o, objeto do presente pedido de patente, QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA, o qual utiliza os princípios do plasma, mas com uma potência elétrica relativamente baixa. Nesse inovador produto, tem-se um fluido combustível (um gás ou mesmo um líquido combustível) e o ar atmosférico, em que é adicionada uma descarga elétrica através de dois eletrodos (catodo e anodo) entre os quais um arco de plasma (elétrico) é mantido.

[017] O equipamento é inovador por apresentar a combustão assistida continuamente a uma descarga de plasma transiente, e um sistema de resfriamento peculiar em que tanto o fluido combustível quanto o fluido comburente, participam no resfriamento do queimador circulando em volta de suas paredes. Esse queimador, pela sua peculiaridade, tem uma combustão extremamente estável funcionando com variados tipos de fluidos combustíveis de diferentes PCIs, e opera a elevadas temperaturas, em torno de 1500°C a pouco mais de 3000°C.

Breve descrição dos desenhos da invenção [018] A seguir, para melhor entendimento e compreensão de como se constitui o QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA, que aqui se pleiteia, apresentam-se os desenhos ilustrativos anexos, onde se vê:

[019] A FIG. 1 - Mostra uma vista lateral do queimador com combustão assistida a plasma.

[020] A FIG. 2 - Mostra uma vista em corte lateral, parcial, do queimador com combustão assistida a plasma.

[021] A FIG. 3 - Mostra uma vista posterior do queimador com combustão assistida a plasma.

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8/18 [022] A FIG. 4 - Mostra uma vista em corte transversal AA do queimador com combustão assistida a plasma.

[023] A FIG. 5 - Mostra uma vista representando o queimador com combustão assistida a plasma com as conexões do gás, ar comprimido e a fonte de energia elétrica.

[024] O processo consiste no uso de um gás combustível, o ar como comburente e uma descarga elétrica transiente, de baixa amperagem (ou seja, entre 300mA a 2A,) e alta voltagem, acima de 2000V. Os valores desses parâmetros são estabelecidos de acordo com a aplicação do modelo, uma vez que suas características físico-químicas variam bastante.

Definição de plasma transiente [025] Nesse campo da ciência há vários tipos de plasma. Dentre eles, três são bem característicos: o plasma térmico, o plasma frio e, localizado numa região de transição entre o plasma térmico e o plasma frio, encontra-se o plasma transiente, um plasma de transição, portanto, que apresenta propriedades relevantes na aplicação tecnológica desse trabalho.

[026] O plasma térmico pode ser entendido como um gás ionizado a temperaturas elevadas, quando comparado com sistemas convencionais, tais como combustão, resistência elétrica e outros. Típicas temperaturas alcançadas por plasmas térmicos são da ordem de 15.000°C, embora temperaturas de até 40.000°C sejam possíveis. O plasma térmico é gerado pelo uso de eletricidade, com alto rendimento energético, nas chamadas tochas de plasma.

[027] Os plasmas em estado de nonequilibrium, mais conhecidos como plasmas frios, são caracterizados por temperaturas dos elétrons da ordem de algumas

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9/18 dezenas de elétrons-Volt, bem acima das temperaturas em que se encontram as espécies pesadas como partículas neutras do gás, os átomos e os íons. A densidade característica da partícula para estes tipos de plasma é baixa, na ordem de 1 a 2eV, enquanto que os plasmas térmicos se caracterizam por apresentarem uma densidade de energia elevada e um estado termodinâmico perto do equilíbrio térmico.

[028] Diferentemente do plasma térmico, cuja principal característica é a alta temperatura dos gases e o elevado consumo de energia elétrica, nos plasmas não térmicos têm-se alta temperatura dos elétrons e menor transferência de energia para as partículas pesadas (íons e partículas neutras). Em tais condições termodinâmicas, esses plasmas oferecem grandes vantagens nos processos químicos, com baixo consumo de energia elétrica.

[029] Os plasmas frios, em estado de nonequilibrium, tais como descargas glow, corona e descargas, a barreira dielétrica tem grande eficiência de dissociação e oferecem boa seletividade. Entretanto, são limitados pela densidade de energia em jogo e a temperatura do gás não é suficientemente grande.

[030] Consequentemente, o plasma excelente para o aumento e estabilidade da combustão deve ter simultaneamente uma larga faixa de densidade de energia e um grau elevado no estado de non-equilibrium para suportar o processo químico seletivo. Além disso, deve poder favorecer um tempo de vida longa para os vários radicais e espécies ativas do hidrocarboneto e, sobretudo, suportar a elevada taxa de fluxo da mistura envolvida no processo.

[031] Por outro lado, descargas elétricas têm

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10/18 sido estudadas extensivamente nas últimas décadas com fins de aplicação em ignição e, principalmente, como suporte da combustão - combustão assistida a plasma. O grande desafio é combinar as vantagens de ambos, do plasma térmico com o não térmico, desenvolvendo uma fonte de plasma em estado de nonequilibrium, em descargas de transição. A ionização dos gases em descargas de transição é definida pelo impacto direto do elétron ou pela ionização step-wise mediante excitações sucessivas por colisão de elétrons. O impacto direto do elétron envolve a interação de um elétron de alta energia incidindo num átomo ou uma molécula neutra. No mecanismo do elétron step-wise a energia para ionização pode ser significativamente baixa enquanto as moléculas tornam-se eletronicamente excitadas. Os parâmetros do plasma de transição podem ser percebidos em descargas do tipo Glidarc (GA). A temperatura do gás no regime transiente é relativamente alta, mas o arco não se encontra em regime térmico.

Princípio de funcionamento do queimador assistido a plasma [032] Um queimador de combustão assistida a plasma transiente baseia-se em um queimador compacto, de boa densidade de energia, onde se tem um fluido (gás ou líquido) combustível e o ar atmosférico, com uma descarga elétrica contínua, entre dois eletrodos (catodo e anodo), onde uma coluna de plasma é mantida. A passagem de um fluido combustível, inicialmente à temperatura ambiente, pelo arco elétrico, ocasionará colisões entre os elétrons do arco elétrico e as moléculas ou átomos. Essas colisões transferem uma parte da energia cinética dos elétrons para o gás, dissociando-o e ionizando-o diretamente ou por ionização térmica, gerando dessa forma o plasma,

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11/18 produzindo altas estimulações dos processos químicos seletivos ao fenômeno da combustão. Essas colisões permitem a formação de radicais livres que atuam nas reações de decomposição dos hidrocarbonetos e tão bem como na propagação da combustão, ampliando fortemente a região de estabilidade de combustão numa mistura de ar atmosférico e combustível.

[033] O queimador desenvolvido com o sistema de plasma em estado transiente, em estado de transição, é um dispositivo baseado numa geometria cilíndrica, gerando um plasma entre dois eletrodos. Não se trata de plasma térmico, mas sim de um plasma em estado intermediário ao plasma frio e o plasma térmico, num fluxo volumétrico contínuo fornecendo um fluxo uniforme para a descarga e aplicação no processo. O fluxo é do tipo vórtice reverso, muito similar a um tornado, e se desenvolve no interior do queimador. Este possui também dois eletrodos, um positivo e um outro negativo. Quando a alta voltagem é aplicada, o arco se inicia no gap pequeno entre os eletrodos. Devido ao forte efeito do escoamento em vórtice, o arco é obrigado a se alongar num dos eletrodos no interior do cilindro. Para alongar o arco, há necessidade de uma demanda maior de potência. À medida que o arco se estica, a voltagem aumenta e a corrente diminui; consequentemente, o campo elétrico e a temperatura dos elétrons aumentam, mas a temperatura do gás diminui. Portanto, o plasma intensifica seu estado de non-equilibrium. Este modelo de queimador assistido a uma fonte de plasma no seu interior possui suas paredes internas envolvidas pelo ar atmosférico, de forma que o mesmo não requer sistema extra de resfriamento na zona de descarga. As espécies reativas da zona de plasma são retidas no interior do reator e auxiliam na combustão da mistura

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12/18 ar/combustível mantendo a combustão em forma estável mesmo em razões de equivalência fora da região de estabilidade para um queimador convencional operar. A velocidade no plano dos eletrodos é elevada, superior a 10m/s, o que é importante para mover o arco entre os eletrodos e ao mesmo tempo a taxa de fluxo volumétrico é baixa para fornecer um tempo de residência elevado. Todo o gás passa pela zona de descarga e pode ser puro ou uma mistura de vários tipos de gases como, por exemplo, o ar e metano, ar e butano, ar e metano mais um fluido combustível qualquer.

[034] Este queimador opera com uma descarga Glidarc que é de baixa corrente e uma coluna de arco em alta voltagem que se move (desliza) em volta dos eletrodos mantendo sua erosão mínima com uma relativa densidade de energia. O vórtice produzido no interior do cilindro mantém uma isolação térmica de suas paredes com a zona da descarga ao mesmo tempo em que o arco tem seu calor transferido eficientemente por convecção. Este arco com pré-mistura de um gás combustível na queima mantém uma coluna de arco estável com uma chama na zona central do vórtice gerado, desde a câmara primaria até o bocal. Baixas correntes podem ser utilizadas nesse sistema. Portanto alta eficiência e eficácia tornam o queimador, uma boa alternativa nos processos de combustão com controle de emissões.

[035] Para atuar efetivamente no processo de combustão este tipo de plasma não requer potências elevadas. As melhorias no aumento da entalpia dos gases (eficiência térmica) são significativas, enquanto que os índices de NOX e fuligem diminuem por volta de 30 a 70%.

Geometria do queimador

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13/18 [036] O queimador consiste de dois componentes principais: um corpo cilíndrico (1) e um cabeçote (2), compostos dos seguintes itens:

[037] O corpo (1) é constituído por:

• Um duto de circulação de ar comprimido (16), em forma de paredes duplas para resfriamento com preaquecimento dos fluidos operantes (ar e combustível);

• Uma câmara de troca de calor (17);

• Anel isolante dos eletrodos (3);

• Injetores tangenciais de ar comprimido (7), para injeção do ar na câmara de mistura;

• Uma câmara de gás (8);

• Injetores tangenciais (9) para injeção do gás na câmara de mistura;

• Uma câmara de mistura (19), onde ocorre o fenômeno da descarga elétrica e a mistura de injeção de combustível e ar;

• Uma câmara primária (13), onde se dá o início da combustão assistida a descarga de plasma;

• Um duto de escape, ou bocal, (14) onde se finaliza a combustão e ocorre o escape dos gases exaustos a elevada temperatura (que opera na faixa de 1500°C a 2400°C).

[038] Em volta do corpo (1) há um duto de circulação de ar (16) de paredes duplas para resfriamento das paredes externas do queimador com carreira de furos (18) na frente que permite retorno do ar para a câmara de troca de calor (17), melhorando a eficiência do processo. A principal função desse duto (16) é de resfriar as paredes externas do queimador.

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14/18 [039] Na câmara de troca de calor (17) é onde se dá o retorno do ar para região central do queimador. É essencial para captar parte do calor que seria desperdiçado nas paredes externas do queimador. Com isso, o ar de combustão é preaquecido aproveitando essa energia que seria perdida ao meio ambiente.

[040] Dito Anel isolante elétrico (3) é confeccionado em material isolante elétrico, tem como função fazer o isolamento elétrico entre os eletrodos positivo e negativo do queimador. É fundamental para formação da descarga de plasma na câmara de mistura (19).

[041] A câmara de gás (8) é a região com porção maior de gás onde o gás é ligeiramente confinado e sua pressão estabilizada para ser injetado na câmara de mistura (19). Facilita a injeção do gás na câmara de mistura (19) e ao mesmo tempo beneficia o resfriamento do queimador na região do isolante elétrico (3) entre os eletrodos.

[042] Os injetores tangenciais de ar (7) tem a função de injetar o ar na câmara de mistura (19). São orifícios tangenciais de diâmetro e quantidades calculados de acordo com a potência do queimador, que obrigam o ar a ser injetado na câmara de mistura (19) de forma a realizar um movimento tipo tornado circulando a parede da câmara de mistura (19) numa dada velocidade de giro.

[043] Os injetores tangenciais (9) tem a função de injetar o gás na câmara de mistura (19). São orifícios tangenciais similares ao de ar, para injeção do combustível na câmara de mistura (19), porém de diâmetros menores e quantidades ajustados de acordo com a potência do queimador e a

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15/18 razão estequiométrica da mistura ar/combustível.

[044] A câmara de mistura (19) é a região que recebe a mistura ar/combustível, injetados separadamente e em sequência. Trata-se de uma câmara em forma toroidal, confeccionada em aço, que recebe a mistura de ar e do fluido injetados tangencialmente a uma dada velocidade, que produz o efeito do tornado no seu interior, e em proporção e pressões adequadas. Esta velocidade permite a estabilização do escoamento, uma boa razão de turbulência na mistura gasosa e, principalmente, maior tempo de residência da mistura gasosa em contato com o arco de plasma. É onde se inicia o fenômeno da descarga elétrica - no seu interior ocorre um fenômeno físico que é a geração do plasma em estado de non equilibrium. Possui boa densidade de energia, com as vantagens das descargas que geram plasmas de non equilibrium, do tipo corona, glow, que possuem alta taxa de seletividade de radicais e de elétrons energéticos o que é suficiente para quebrar as ligações das moléculas dos gases e do comburente e produzir radicais livres. O combustível é craqueado em radicais menores, energizados em estados excitados, ou transformados em radicais livres. Nesse estado o combustível mais ativado é misturado ao ar e sofre a combustão. Este processo é o responsável pelo aumento da entalpia no processo da combustão.

[045] Câmara primária (13) ou câmara de vórtice é onde se dá a combustão primária com diminuição da velocidade periférica para o centro do queimador, aumentando o tempo de residência do processo de combustão assistida continuamente por descarga elétrica advinda da câmara de mistura (19). Tem a função de eletrodo também.

[046] Bocal de escape ou exaustão (14) é a

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16/18 região de escape onde ocorre a pós-combustão propriamente dita dos gases combustíveis restantes processo da combustão, finalizando com a saída de gases quentes do interior do queimador a elevada temperatura (que opera na faixa de 1500°C a 2400°C). Nesta câmara se dá o processo final da combustão, queimando assim o restante dos gases combustíveis principalmente do tipo H₂ e CO, provenientes da câmara primária (13). Trata-se de uma câmara de formato cilíndrico, confeccionada em material condutor, com capacidade de suportar elevadas temperaturas de operação. Tem a função de eletrodo também.

[047] O cabeçote (2) é a parte posterior do queimador, confeccionada em material isolante, por onde se dão todas as ligações com os sistemas de alimentação de ar, de combustível e os contatos elétricos. Possui duas entradas de fluido, sendo uma de gás (ou líquido) (10) e outra de ar (6); dois plugs eletrodos, um positivo (12) e outro negativo (11); e três pinos de sustentação (5) para suporte do conjunto na carcaça externa do queimador.

[048] Os componentes auxiliares são constituídos por uma fonte de potência (20) e ar comprimido.

[049] Dita fonte de potência (20), é compreendido por um equipamento elétrico-eletrônico, um módulo de potência, responsável pela geração do plasma transiente. Compõe-se basicamente de um transformador de alta voltagem, podendo ser do tipo AC ou DC, acima de 1000V, com sistema de controle de corrente e potência, resistências elétricas disjuntores, cablagem especial, fusíveis de alta voltagem. Tudo confinado num módulo de potência. Sua principal característica é produzir uma descarga cuja relação voltagem/amperagem é bem definida e

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17/18 estabilizada.

[050] O ar comprimido (21) é produzido por um compressor do tipo parafuso ou similar, com pressão constante e acima de 2 bar (depende do projeto específico) e vazão ajustada para uma pré-mistura, com o fluido combustível injetado na câmara de mistura (19). Esta mistura é fundamental para a relação de equivalência pretendida e para que se formem os radicais livres e elétrons energéticos que irão beneficiar o processo da combustão na câmara primária (13).

[051] Mais especificamente o queimador, objeto do presente pedido de patente é constituído a partir de um corpo cilíndrico (1), cuja meia porção frontal, mostrada na figura 4 é constituída por um bocal de escape ou exaustão (14) ao centro, antecedido pelos eletrodos envoltos no anel isolante (3), os quais são inseridos na câmara de mistura (19) dotada de injetores tangenciais em sua parede externa, sendo que a referida câmara de mistura (19) é rodeada pela câmara trocadora de calor (17), que por sua vez é rodada pelo duto trocado de calor (16), cuja porção frontal é dotada de uma sequência de orifícios (18) em sua parede interna.

[052] A meia porção anterior do corpo cilíndrico (1) é dotada de uma câmara de gás (8) unida a uma câmara de mistura (19) por meio de injetores tangenciais (9), sendo que a referida câmara de mistura (19) é antecedida por uma câmara primária (13).

[053] A porção posterior do corpo cilíndrico (1) é unida ao cabeçote (2), o qual é confeccionado em material isolante, e ostenta duas entradas de fluido, sendo uma de gás (ou líquido) (10) e outra de ar (6), dois plugs eletrodos, um positivo (12) e outro negativo (11) e três pinos de sustentação (5) para suporte

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18/18 do conjunto na carcaça externa do queimador.

Claims (7)

1- QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA, trata-se de um queimador caracterizado por utilizar uma descarga elétrica contínua, de características bem definidas, conhecida como plasma transiente em que opera a altas voltagens e baixa amperagem, numa faixa de 100mA a 2000 mA, a função da descarga elétrica contínua calibrada é gerar um plasma transiente de forma a assistir a combustão para torná-la mais estável e eficiente sob uso de qualquer combustível no processo.

2- QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por apresentar uma geometria bastante simples composta apenas de um corpo cilíndrico (1) e um cabeçote (2) isolante no mesmo diâmetro envolto com periféricos, ou sistemas auxiliares, onde o corpo (1) e o cabeçote (2) são presos por parafusos periféricos (15) e três pinos internos (5) sustentam os eletrodos (4) com o anel isolante (3), sem a necessidade de parafusos de fixação internos, mais especificamente o queimador, objeto do presente pedido de patente é constituído a partir de um corpo cilíndrico (1), cuja meia porção frontal, é constituída por um bocal de escape ou exaustão (14) ao centro, antecedido pelos eletrodos envoltos no anel isolante (3), os quais são inseridos na câmara de mistura (19) dotada de injetores tangenciais em sua parede, sendo que a referida câmara de mistura (19) é rodeada pela câmara trocadora de calor (17), que por sua vez é rodada pelo duto trocado de calor (16), cuja porção frontal é dotada de uma sequência de orifícios (18) em sua parede interna, sendo que a meia porção anterior do corpo cilíndrico (1) é dotada de uma câmara de gás (8) unida a uma câmara de mistura (19) por meio de

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2/3 injetores tangenciais (9), sendo que a referida câmara de mistura (19) é antecedida por uma câmara primária (13), sendo que a porção posterior do corpo cilíndrico (1) é unida ao cabeçote (2), o qual é confeccionada em material isolante, e ostenta duas entradas de fluido, sendo uma de gás (ou líquido) (10) e outra de ar (6), dois plugs eletrodos, um positivo (12) e outro negativo (11) e três pinos de sustentação (5) para suporte do conjunto na carcaça externa do queimador.

3- QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por apresentar no corpo (1) um compartimento de fluido de trabalho (gás ou líquido combustível), independente, antes da injeção na câmara de mistura (19), permitindo estabilidade na injeção do combustível e boa troca de calor deste com o calor das paredes da câmara de mistura, pré-aquecendo o combustível e resfriando o queimador, sendo que sob a carenagem externa do corpo (1) há um duto de ar comprimido (16) para resfriamento com troca de calor gerada no interior do queimador, o preaquecimento desse ar, na câmara de troca de calor (17), por outro lado, auxilia na combustão aumentando a eficiência do queimador e portanto a temperatura final de escape dos gases.

4- QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por possui três câmaras de combustão: uma de mistura (19), seguida de uma câmara de queima primária (13) e finalmente uma câmara de queima secundária, ou bocal de escape (14).

5- QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA de acordo com a reivindicação 1

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3/3 caracterizado por possui a injeção de combustível (9) em paralelo a de ar (7) e ambas injetadas no interior de uma câmara de mistura (19) para homogeneizar a mistura e receber ao mesmo tempo a descarga elétrica.

6- QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por possui um cabeçote (2) isolante e pelo fato de que todas as ligações do sistema serem feitas na porção posterior desse cabeçote, permitindo que o queimador possa ser manipulado de forma segura e com maior praticidade, uma vez que ao longo de seu corpo cilíndrico (1) não há dispositivos periféricos como tubos e fios.

7- QUEIMADOR COM COMBUSTÃO ASSISTIDA A PLASMA de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por trabalhar com um plasma específico, numa faixa bem caracterizada, ou seja, não se trata de um plasma qualquer, conhecido como plasma transiente, trata-se de um plasma com características entre o plasma térmico e o plasma frio; sua principal característica é a voltagem com que é gerado; o plasma transiente, diferentemente do plasma térmico e do plasma frio, é gerado com alta voltagem, acima de 1000V, e baixa amperagem, na faixa de 100 mA a 2000 mA; (enquanto que o plasma térmico é gerado com pequenas voltagens, da ordem de centenas de volt, e altas amperagens, na casa das centenas a milhares de amperes; enquanto que o plasma frio é gerado com altas voltagens e baixíssimas amperagens - inferior a 100 mA).