BR102019022552A2 - queimador para combustíveis gasosos e método para a queima de combustíveis gasosos - Google Patents

Abstract

É descrito um queimador para combustíveis gasosos, em particular para queima de gás natural, compreendendo uma cabeça de queima (1) internamente definido uma câmara de mistura (2) dotada de respectivas entradas de gás natural e de ar (3), bem como compreendendo ainda, na sua face frontal externa, um primeiro anel com entradas (4) para o gás tangencial, entradas (5) para o ar radial, e entradas (6) para o gás radial. A entrada de ar (3) compreende uma série de entradas (3) destinadas ao ingresso dos fluxos de ar tangencial no interior da câmara de mistura (2). É ainda descrito um método para a queima de combustíveis gasosos, compreendendo as etapas de: injeção, no interior de uma câmara de mistura, de respectivos fluxos de ar (oxidante) e de gás combustível; geração de fuligem, em uma região próxima da saída da câmara de mistura, a partir da combustão parcial da mistura injetada; e queima da fuligem assim produzida, bem como do gás natural residual da mistura não queimada na câmara de mistura e/ou de uma quantidade de gás natural injetado pela cabeça de queima, juntamente com uma quantidade adicional de ar, em uma chama produzida a jusante da cabeça de queima.

Description

QUEIMADOR PARA COMBUSTÍVEIS GASOSOS E MÉTODO PARA A QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS

[001] A presente invenção se refere a queimadores aperfeiçoados para a queima de combustíveis gasosos, bem como a um método específico de queima destes combustíveis, em particularmente aptos ao uso em fornos rotativos (por exemplo, fornos para a produção de cimento e cal) e em caldeiras para a produção de vapor. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um queimador apresentando uma cabeça de queima especificamente apta a operar com gás natural, ou quaisquer outros combustíveis gasosos tais como GLP, propano, hidrogênio, etc.

Estado da Arte

[002] Como sabido, queimadores são utilizados em fornos para que, através da queima de combustíveis (carvão, óleo ou gás natural, principal mente) seja gerado um ambiente de elevada temperatura onde o material processado, à temperatura ambiente, é aquecido o que permite então que este material sofra as transformações físicas (mudanças de estado físico e cristalográfico) e químicas (reações químicas com outros materiais e com os gases gerados na combustão) desejadas no interior do forno.

[003] De uma forma semelhante, queimadores também são utilizados em caldeiras para que, por meio da queima de combustíveis (carvão, óleo e gás natural, principalmente) seja gerado um ambiente de elevada temperatura onde a água alimentada à temperatura ambiente possa ser aquecida e então seja gerado o vapor d 'água na temperatura e na pressão desejadas.

[004] Um exemplo de queimador conhecido na arte é o descrito no documento EP 0628768. Tal documento ensina um queimador especificamente destinado para a queima de combustíveis sólidos, tal como pó fino de carvão, gerando saídas de ar (15) e de combustível (12) a partir de respectivos dutos de alimentação (10,17).

[005] No tocante particularmente aos queimadores para a produção de cimento e cal, os queimadores atualmente disponíveis no mercado apresentam uma cabeça de queima com configuração basicamente cilíndrica e composta por tubos concêntricos. Como resultado desta conformação concêntrica, o bocal do queimador resulta apresentando uma série de regiões anelares dotadas de respectivos orifícios, e/ou frestas, em quantidades previamente determinadas, através dos quais são injetados fluxos de ar primário e/ou combustível para a queima. Especificamente, os tipos mais comumente empregados de queimadores são o anular e o multicanal com injetores de ar discretos.

[006] A despeito da evolução havia nos últimos tempos no projeto de queimadores, evolução essa que buscou minimizar os impactos negativos da queima de combustíveis (emissões de gases tóxicos e particulados, principalmente), o mercado mundial vem incrementando as demandas por formas de produção mais limpas, ou verdes. Neste sentido, e como sabido, a queima de combustíveis gasosos pode se apresentar como vantajosa tanto pelo âmbito ambiental, por ser um combustível com baixa emissão de gases do efeito estufa, quanto do ponto de vista econômico, podendo em certos períodos e regiões ser um combustível mais barato.

[007] Não obstante, as trocas de calor por radiação resultantes da queima de combustíveis gasosos são baixas quando comparadas com a queima de óleo ou combustíveis sólidos, causando assim o aumento do consumo específico de combustível e dos custos associados à operação do equipamento.

Objetivos da Invenção

[008] Constituem os objetivos primários da presente invenção um queimador, dotado de uma cabeça de queima, e operando de acordo com um método específico, de modo a incrementar a eficiência energética da queima de combustíveis gasosos.

[009] Constitui um objeto adicional uma cabeça de queima destinada a melhorar as propriedades radiativas de chamas resultantes da queima de combustíveis gasosos através da maior produção de fuligem e sua posterior oxidação.

Síntese da Invenção

[0010] A geração de fuligem ocorre quando são geradas regiões ricas em combustível a altas temperaturas. A oxidação da fuligem tem o efeito de causar a formação de zonas de alta luminosidade na chama, aumentando assim as trocas de calor por radiação.

[0011] A cabeça de queima da invenção apresenta, em particular, uma câmara de mistura na qual oxidante e combustível são misturados em proporções próximas às ótimas para a formação da fuligem. Esta mistura é aquecida através da queima parcial do gás, consequência da injeção de ar e da presença de condições propícias para ignição da mistura gás/ar no interior da câmara. O ar é injetado na câmara de mistura na direção radial com alta quantidade de movimento, resultando na combustão parcial da mistura.

[0012] Através da geometria da cabeça de queima proposta, é possível gerar uma zona de alta formação de fuligem próxima à saída da câmara de mistura, esta fuligem gerada é então oxidada nas regiões posteriores da chama, propiciando assim a formação de uma região de grande luminosidade e resultando em melhoras das propriedades radiativas da chama dos combustíveis gasosos utilizados.

[0013] A presente invenção será melhor compreendida a partir da descrição de sua forma preferencial de realização, a qual toma por base as figuras em anexo, trazidas a título ilustrativo e não limitativo, nas quais:

• - A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma cabeça de queima de acordo com a invenção, com as superfícies externas transparentes; e
• - A figura 2 é uma vista em elevação frontal da cabeça de queima da figura 1.

Descrição detalhadas das formas preferencias de realização

[0014] De conformidade com as figuras supra referidas, com (1) é genericamente ilustrada uma cabeça de queima, preferencialmente uma cabeça de queima de um queimador (não ilustrado) de um forno destinado a produção de cimento.

[0015] Internamente a dita cabeça (1) é definida uma câmara de mistura (2), a qual, lateralmente, apresenta uma série de entradas (3) destinadas ao ingresso dos fluxos de ar tangencial aquecido no interior da câmara de mistura (2).

[0016] Além disto, e tal como particularmente ilustrado na figura 2, a dita cabeça de queima compreende ainda um primeiro anel com entradas (4) para o gás tangencial, entradas (5) para o ar radial, e entradas (6) para o gás radial.

[0017] Já no tocante ao método da presente invenção, este compreende uma primeira etapa de injeção, no interior de uma câmara de mistura, de respectivos fluxos de ar (oxidante) e de gás combustível; de geração de fuligem em uma região próxima da saída da câmara de mistura, a partir da combustão parcial da mistura injetada; e queima da fuligem assim produzida, bem como do gás natural residual da mistura não queimada na câmara de mistura e/ou de uma quantidade de gás natural injetado pela cabeça de queima, juntamente com uma quantidade adicional de ar, em uma chama produzida a jusante da cabeça de queima.

Claims (3)

1. Queimador para combustíveis gasosos, em particular para queima de gás natural, caracterizado por compreender uma cabeça de queima (1) internamente definido uma câmara de mistura (2) dotada de respectivas entradas de gás natural e de ar (3), bem como compreendendo ainda, na sua face frontal externa, um primeiro anel com entradas (4) para o gás tangencial, entradas (5) para o ar radial, e entradas (6) para o gás radial.
2. Queimador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita entrada de ar (3) compreender uma série de entradas destinadas ao ingresso dos fluxos de ar tangencial aquecido no interior da câmara de mistura (2).
3. Método para a queima de combustíveis gasosos, caracterizado por compreender as etapas de:

   • - injeção, no interior de uma câmara de mistura, de respectivos fluxos de ar aquecido (oxidante) e de gás combustível;
   • - geração de fuligem, em uma região próxima da saída da câmara de mistura, a partir da combustão parcial da mistura injetada; e
   • - queima da fuligem assim produzida, bem como do gás natural residual da mistura não queimada na câmara de mistura e/ou de uma quantidade de gás natural injetado pela cabeça de queima, juntamente com uma quantidade adicional de ar, em uma chama produzida a jusante da cabeça de queima.

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